[發明專利]一種富二氧化碳的高爐煤氣的利用方法及系統

在審

• 申請號: 201810077302.7
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108265145A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 陳倩倩;孫予罕;唐志永;顧宇;汪丹峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院;中國科學院大學
• 主分類號: C21B5/06
• 分類號: C21B5/06
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種富二氧化碳的高爐煤氣的利用方法及系統，包括將焦爐煤氣進行脫硫凈化處理和氫氣提純處理，獲得富氫氣體；將高爐煤氣進行除塵凈化處理和脫硫脫氮處理，獲得富CO₂氣；將富氫氣體和富CO₂氣混合后壓縮換熱進行甲醇催化合成反應，獲得甲醇產品，產生的甲醇馳放氣與脫硫凈化處理產生的焦爐氣余氣及氫氣提純處理產生的變壓吸附解析氣混合作為鋼鐵聯合生產企業各生產工序及發電裝置的燃料氣。本發明采用富CO₂的高爐煤氣與來自焦爐煤氣提純后的氫氣混合后去富CO₂加氫制甲醇裝置，工藝過程簡單，實現了鋼鐵生產過程中二氧化碳的資源化利用，進一步降低了傳統鋼鐵聯合生產過程的二氧化碳排放，同時高附加值的產品增加了鋼鐵生產企業的經濟效益。

技術領域

本發明屬于黑色金屬冶煉技術領域，特別是涉及一種富二氧化碳的高爐煤氣的利用方法及系統。

背景技術

鋼鐵行業是中國工業部門的重要組成部分，在中國的國民經濟和城鎮化進程中占著舉足輕重的地位。中國粗鋼產量自1996年起已經連續20年位列世界第一。2015年中國粗鋼產量超過800Mt，占世界總產量的50％。2013年該行業總能耗為688.4Mtce，占工業部門能源消費量的23.65％，全國能源消費量的16.51％。但是，隨著我國煉鋼技術水平的提高，落后產能的淘汰，我國黑色鋼鐵冶煉及壓延工業的單位能耗下降明顯，同2000年相比下降了約28％左右但相比日本仍高出10％左右。根據2013年國家能源統計年鑒計算，黑色金屬冶煉及壓延工業2012年CO₂排放達到16.9億噸，占工業部門總排放量的30.4％。在2015年召開的全球氣候變化大會上，中國政府承諾將于2030年左右使二氧化碳排放達到峰值并爭取盡早實現，2030年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60％～65％。因此，作為中國的國民經濟行業的能源消耗大戶和碳排放大戶，實現鋼鐵行業的低碳化的發展對中國目前面臨的碳減排壓力非常重要。

目前鋼鐵聯合生產企業實現降低能耗和減少二氧化碳排放的方式主要是鋼鐵生產技術的改進和替代如電爐鋼技術和豎爐還原鐵煉鋼技術的應用以及傳統鋼鐵生產過程中余熱余能回收技術的使用如干法熄焦技術、燒結余熱回收技術、高爐爐頂壓差發電技術、蓄熱式軋鋼加熱轉爐技術、煤調濕技術等。但是，目前我國廢鋼產量少，用電費用高，電爐鋼的生產不具備較好的經濟競爭力，我國的電爐鋼產量長期維持在10％左右。對于豎爐直接還原鐵技術，目前全球80％的直接還原鐵采用以天然氣為原料的MIDREX和HYL工藝，我國由于天然氣產量少，價格高，不具備規模化發展該技術的優勢。對于傳統鋼鐵生產過程，采用余熱余能回收工藝從而降低生產系統的外供電和蒸汽從而降低間接CO₂排放量是我國鋼鐵生產企業的主要節能減排的方法。從鋼鐵生產企業的碳素平衡分析，煤炭作為鋼鐵生產企業的原料(用于焦化和高爐工序)和燃料(用于發電和供熱)，除少量碳被固定在焦化工序的化學品(煤焦油、粗笨)和生鐵及粗鋼產品中，超過90％以上的碳都作為CO₂排放到了大氣中。因此僅通過余熱余能回收降低間接CO₂排放是不夠的，CO₂作為含碳元素，應該同其他含碳元素一樣被充分利用。

傳統鋼鐵生產過程中副產大量煤氣，其中高爐煤氣的CO₂含量最高，脫氮后可達35～45％，同時高爐煤氣的產量是鋼鐵生產過程中最大的，噸鋼高爐煤氣產量可達1500m3，目前大部分高爐煤氣的利用方式是作為燃料與其他煤氣混合后為各生產工序燃燒供熱或去發電單元發電，而其含有的CO₂全部排放至大氣中。

專利201010242294.0公布了一種回收利用高爐煤氣的方法，高爐煤氣壓縮后進入變溫吸附系統，再加壓輸送至變壓吸附提碳系統提純碳一混合氣，再將剩余高爐煤氣加壓輸送至變壓吸附提氮系統，分離回收氮氣，獲得高純度的碳一混合氣和氮氣，該專利僅涉及高爐煤氣的分離和回收并未公布分離后的高純碳一混合氣的具體利用方法。