[發明專利]一種煉鐵高爐煤氣制氫的方法及裝置

在審

• 申請號: 202011276858.2
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112374458A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 寧平;張秋林;殷梁淘;殷在飛;殷穎;王學謙;王郎郎
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01B3/14
• 分類號: C01B3/14;C01B3/56
• 代理公司: 天津煜博知識產權代理事務所(普通合伙) 12246
• 代理人: 朱維

本發明涉及一種煉鐵高爐煤氣制氫的方法及裝置，屬于煙氣資源化技術領域。本發明將煉鐵高爐煤氣進行脫硫處理得到脫硫高爐煤氣，將脫硫高爐煤氣進行變壓吸附CO₂和CO，除去氮氣得到濃縮煤氣，將濃縮煤氣的CO經水蒸氣變換制氫處理得到含氫變換氣，將含氫混合氣經脫碳變壓吸附分離純化得到純凈氫氣。本發明煉鐵高爐煤氣制氫的方法，無需化石燃料，成本低，附加值提高，效益顯著，據預算1m³氫氣成本0.7～0.8元，銷售價1.1～1.2元，作為燃料電池車用與汽油車用費用相當，具有很高的經濟價值。

技術領域

本發明涉及一種煉鐵高爐煤氣制氫的方法及裝置，屬于煙氣資源化技術領域。

背景技術

在眾多的新能源中，氫能將會成為最理想的能源。在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產生的能量最多，而且它燃燒的產物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產生溫室效應和酸雨。

目前，全球人工制氫的主要原料以石油、天然氣、煤炭等化石資源為主，相較其他的制氫工藝(如：電解水制氫、光解水制氫、微生物制氫等工藝)，化石資源制氫的工藝相對成熟。2017年，全球主要人工制氫原料的96％以上是化石資源，其中約48％為天然氣，僅4％左右來源于電解水。從國內的制氫原料結構看，煤炭是我國人工制氫的主要原料，占比高達為62％，天然氣制氫的占比次之，約19％。

化石原料制氫需要消耗大量化石燃料，化石燃料制氫工藝本身環境污染嚴重，化石燃料制氫用于燃料電池的氫源，只是將分散污染轉化為集中污染而已，對環保經濟無明顯效果，應該是一個迫不及待而為之措施。

高爐煉鐵是現代鋼鐵生產的重要工藝之一，煉鐵高爐所用的還原劑是焦炭、煤、重油等，用空氣鼓風生產還原劑CO并提供高溫熱量，由于空氣中氮含量很高，稀釋了還原氣中的CO，故高爐煤氣中的CO含量低，氮含量高，高爐排出的煤氣中含CO：20-26％；CO₂14-22％；H₂1-2％；CH₄0.3-0.8％；N₂56-59％。熱值：3200-4000kJ/Nm³。目前，由于高爐煤氣品質低，用處不大，只作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料用，多余部分用于余熱發電，高爐煤氣用來發電，網上查得，發1度電需要35-40m³，高爐煤氣用于發電節能效率很低只有15～17％左右。余熱發電CO₂不但不減排，反而大大增大了二氧化碳排放量，余熱發電的CO₂排放量比高爐煤氣中的CO₂增大3.3倍以上。根據2019年4月生態環境部等五部委《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》(以下簡稱“意見”)的頒布，當前燃燒廢氣中外排SO₂濃度(SO₂限值30mg/Nm³)。由于高爐煤氣中有機硫較復雜，含量較高，單獨采用某種方法脫硫均無法滿足國家超低排放濃度限值要求。由此可見，高爐煤氣使用價值不高，并未實現節能減排之目的。

因此，目前尚未有廉價且不需要化石燃料的低碳型制取氫源的方法，更沒有利用煉鐵高爐煤氣制氫的方法及裝置。

發明內容

針對現有制取氫源昂貴且需要消耗化石燃料的技術問題，本發明提供一種煉鐵高爐煤氣制氫的方法及裝置，本發明將高爐煤氣中的一氧化碳濃縮至50％以上，利用水蒸汽將中濃度的CO轉化為氫氣和CO₂，然后采用變壓吸附的方法脫除變換氣中CO₂，獲取高純度的氫氣產品，以達到節能減排之目的。

高爐煉鐵是用還原劑(焦炭或煤)在高溫下將鐵礦石或含鐵原料還原成液態生鐵，同時產生高爐煤氣；