钢厂尾气处理

钢厂尾气处理技术介绍钢厂尾气处理技术介绍 开革开放 30 余年来 中国经济取得了巨大进步 作为中国经济发展的基础产业 炼钢 行业也得到飞跃式的发展 2013 年中国以 7 79 亿吨的粗钢产量位居世界第一 占全球粗钢产 量的 48 5 而中国 2013 年不锈钢产量也达到约 1800 万吨 占全球总产量的 48 3 钢铁 的生产过程中会产生大量的尾气 以转炉尾气为例 每炼一吨钢可以回收含 CO60 左右的 转炉煤气约 100Nm3左右 全国现有 30 吨以上的转炉 100 多座 年产转炉气 1000 亿 m3 除 了有转炉尾气外 炼钢过程中还会产生焦炉煤气和高炉尾气 这些尾气中含有甲烷和一氧化 碳等高热值的成分外 还含有大量的二氧化碳和氢气可以作为重要的化工原料 如果这些尾 气可以被高效合理利用的话 将为国家节约大量能源 创造十分可观的财富 尤其在当前世 界性能源紧张的形势下 搞好综合利用 节约能源更有现实意义 钢厂尾气主要有焦炉煤气 转炉尾气和高炉尾气 根据他们的气体组成可以有多种的综 合利用方式 下面我将详细介绍这三种尾气的处理方法 1 焦炉煤气 焦炉煤气是在煤在炼焦炉中干馏过程中产生的一种可燃性的气体 起主要成分见表 1 表 1 焦炉煤气的典型组成 主要成分H2O2N2CH4COCO2CnHm 组成 58 260 404 3824 552 672 672 微量组分H2SHCN萘苯氨COS焦油H2O 组成 mg m 3 500500150300015010050饱和 1 1 焦炉煤气发电 焦炉煤气中的成分大部分都为可燃气体 可以通过燃烧进行发电 利用焦炉煤气发电是 除焦炉煤气作为居民染料外最简单的利用方式 它具有建设快投资少等特点 但是 无论国 外还是国内的燃气发电机组都有热能利用效率低的缺点 国内的发电机组的热能利用效率只 有 30 国外的发电机组可达到 40 如此低的效率造成了巨大的能量浪费 在能源紧缺的 情况 发电的利用只是一种简单粗放的利用方式 1 2 焦炉煤气化工利用方式 焦炉煤气化工利用方式有制甲醇 合成氨和尿素 焦炉煤气制甲醇的反应原理是 CH4 H2O CO 3H2 CO 2H2 CH3OH 焦炉煤气经净化后脱出里面的有害杂质 然后去甲烷和氢气转化部分 将甲烷转化 合成气去经压缩后去甲醇合成塔合成甲醇 产生 的粗甲醇再经甲醇精馏脱去杂质 得到精甲醇和杂醇油 甲醇油可以作为商品卖出 其整个 的工艺路线图见图 1 图 1 焦炉煤气制甲醇工艺路线图 在生产甲醇的同时 可以将多余的 H2与来自空分的氮气进行合成反应 反应原理是 N2 3H2 2NH3 其工艺路线见图 2 甲醇驰放气生产合成氨工艺 充分与焦炉煤气制甲 图 2 驰放气合成氨工艺 醇工艺衔接 所用原料氮气和氢气全部来源于制甲醇工艺的废气 同时 由于甲醇驰放气的 压力较高 因此 经 PSA 提纯后的压力也较高 在 3 0MPa 以上 节约了压缩氢气所需的压 缩工 充分利用了空分装置所产生的氮气资源 达到了节能减排的目的 生产的合成氨还以 作为原料与 CO2反应生产尿素 甲醇和合成氨市场已经饱和 近几年的价钱也一直在下跌 固焦炉煤气做化产的经济效益有限 1 3 焦炉煤气制 LNG LNG Liquefied Natural Gas 即液化天然气的英文缩写 天然气是在气田中自然开采出 来的可燃气体 主要成分由甲烷组成 LNG 是通过在常压下气态的天然气冷却至 162 使 之凝结成液体 天然气液化后可以大大节约储运空间和成本 而且具有热值大 性能高等特 点 天然气作为清洁能源越来越受到青睐 很多国家都将 LNG 列为首选燃料 天然气在能源供 应中的比例迅速增加 液化天然气正以每年约 12 的高速增长 成为全球增长最迅猛的能源 行业之一 近年来全球 LNG 的生产和贸易日趋活跃 LNG 已成为稀缺清洁资源 正在成为 世界油气工业新的热点 利用剩余焦炉煤气生产 LNG 既有效解决了焦炉尾气的排放问题 甲醇驰放气PSA H2 解析气去锅 炉 干燥压缩合成氨压缩 空分装置脱氧 少量 H2 N2 又具有十分可观的经济效益和社会效益 传统的焦炉煤气制 LNG 分为三大部分即焦炉煤气的净化 甲烷化和液化 其甲烷化的目 的是将焦炉煤气中的 CO CO2与 H2发生甲烷化反应 生成甲烷 从而提高焦炉煤气中甲烷 的含量 增加 LNG 的产量 但是该工艺的投资大 且将 H2转化成 H2O 造成了 H2的浪费 我公司对现有的工艺进行了改进 不仅提高了焦炉煤气利用的附加值 而且投资也与甲烷化 流程相当 本技术通过处理分离净化 可将焦炉气的附加值提高到 1 6 元 Nm3 且投资与甲 烷化相比相当 特别是针对高氧含量 N2气含量较高的焦炉气 针对 N2高 而 N2正好是合成 氨原料气 高氧含量焦炉气特别适合制 LNG 联产合成氨 同时本技术 可将焦炉气中多碳碳 氢化合物以及 H2S 提取回焦炭炉燃烧 LNG 中甲烷含量高 品质好 同时环保 H2S 达到排放 标准 将焦炉尾气进行电捕油 脱萘脱焦油后 深度净化除氧脱硫脱汞 焦炉气中 CO 与 N2难 以分离 但 CO 可以通过变换将 CO 转为氢气 就不存在分离 CO 和 N2气 变换之后经过变 压吸附粗脱碳 粗脱碳的同时将大部分多碳碳氢化合物 H2S 等脱除 此部分热值高 与脱 除的 CO2回炉掺烧 热量得以解决 同时又提高了后工段冷箱制 LNG 的品质 H2S 也回炉燃 烧解决了 H2S 环保排放问题 粗脱碳后进入分子筛深度脱碳脱水 然后进入膜分离 将大部 气 H2先分离出去 这样可以有效降低后面液化甲烷冷箱负荷 降低投资和能耗 膜分离后的 富 CH4气进入冷箱 此处得到 LNG 产品气 甲烷液化后的气体主要就是 H2与 N2 与冷箱低 温闪蒸塔后的气体 膜分离得到的 H2混合 直接加压醇烃化 再通过补氮调节氢氮比 达到 合成氨的要求 送去合成氨塔 氨合成塔有合成氨弛放气 主要是 CH4 H2 N2 Ar 此部 分弛放气通过膜分离 将 H2分离出再补到合成氨气中 余下的 CH4混和气过入冷箱 将所 有 CH4深冷制作 LNG Ar 在循环中 富集到一定浓度排放部分弛放气以释放 Ar 但此处释 放量就很小 具体的工艺路线见图 3 整个工艺路线有多个新的技术手段和措施 1 通过变换将 CO 变换成 H2 巧妙的解决了高氧焦炉气含氮量高带的 CO N2分离的困难 同时将 CO 转换成化工产品氨水 提高了产能 2 通过变压吸附粗脱碳工序脱掉了大部分碳氢化合物和 H2S 以及 CO2 将这部分气体回炉 燃烧 脱碳的同时既将 H2S 脱除回炉燃烧解决 H2S 环保排放 又脱除碳氢化和物提高了后工 段 LNG 的品质 碳氢化合物热值较高 与 CO2 混合还能保证热值 达到掺烧热值要求 通过合成氨后膜分离将 H2 CH4 N2分离 循环利用 整个系统除 CO2外其余有效气均 回收利用 几乎无损失 提高了焦炉气的附加值 图 3 焦炉煤气无甲烷化联产合成氨工艺路线图 2 高炉煤气 高炉煤气是从高炉炉顶逸出的煤气 是高炉炼铁过程中所得到的一种副产品 高炉燃料 的热量约有 60 转移到高炉煤气中 据统计 高炉每消耗 1 吨焦炭约可产出 3800 4000 立 方米高炉煤气 高炉煤气的理论燃烧温度约为 1400 1500 在许多情况下 必须通过把空 气和煤气预热来提高它的燃烧温度 才能满足用户的要求 高炉煤气从高炉逸出时含有大量 粉尘 约为 60 80 克 立方米 必须经过除尘处理才能符合使用要求 其主要成分见表 2 表 2 高炉煤气的典型组分 主要成分COCO2H2N2 组成 2320255 其特点是含尘量大 不易着火 燃烧不稳定 热值低 一般为 3 000 3 800 kJ m3 产出波 动大 尤其是高炉休风或发生待料的时候 高炉煤气的主要用户是高炉热风炉 焦炉 电站 锅炉以及燃用高焦混合煤气的轧钢加热炉等 由于高炉煤气的热值较低 一般企业在煤气平 衡不好时首先选择放散高炉煤气 因此高炉煤气放散率一般作为衡量一个企业煤气平衡措施 和水平的标志 高炉煤气传统的处理办法是参加一些热值高焦炉煤气或转炉气后直接燃烧或 发电 利用效率低 燃烧后的产生的 CO2直接排放到大气中 增加了碳排放 我公司根据高 炉气组成设计了综合利用高炉煤气的工艺流程 将高炉气和转炉气配合做成合成氨尿素 实 现了钢厂尾气的综合利用 不仅减少了钢厂尾气的排放同时给钢厂带来了客观的经济效益 图 4 高炉煤气制尿素工艺路线图 每吨合成氨消耗高炉煤气约 8900Nm3 每方 0 1 元价格计 合成氨成本为 1500 元 吨 如果 不计原料气 合成氨成本约 600 元 吨 经济效益非常客观 3 转炉煤气 转炉煤气是转炉炼钢过程中 铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧 化碳的混合气体 其典型组成见表 3 表 3 转炉煤气的典型组成 主要成分H2O2N2COCO2 S P As PH2O 组成 20 4721 560160 010 021ppm1ppm饱和 3 1 转炉煤气制尿素 转炉煤气成分和高炉煤气相同 可以通过相同的工艺流程做合成氨尿素 转炉煤气富含 CO 可以提纯 CO 作为原料做乙二醇 醋酸和甲醇 3 2 转炉气补碳焦炉煤气制甲醇 焦炉煤气和转炉气作为原料生产甲醇 有两种工艺流程 一种是焦炉煤气纯氧转化补充 部分转炉气生产甲醇 见图 5 一种是焦炉煤气提纯氢气与转炉气生产甲醇 见图 6 图 5 焦炉煤气纯氧转化补充部分转炉气生产甲醇工艺路线图 图 6 焦炉煤气提纯氢气与转炉气生产甲醇工艺路线图 3 3 焦炉煤气 转炉气制油 费托合成是以合成气 CO 和 H2 为原料在催化剂 主要是铁系 和适当的反应条件下 合成以石蜡烃为主的液体燃料的工艺过程 其反应过程可以用下式表示 nCO 2nH2 CH2 nH2O 合成气中的 H2与 CO 的摩尔比要求在 2 2 5 根据焦炉煤气与转炉煤气的特点 可将焦炉煤 气纯氧转化 经过两段 PSA 净化提纯获得 CO 和 H2 再从转炉煤气中提纯得到 CO 补充 得 到费托合成油所需要的 H2与 CO 的摩尔比要求 焦炉煤气与转炉气制费托合成气的流程见图 7 图 7 焦炉煤气 转炉煤气制油的工艺框图 3 4 钢厂尾气制乙醇 目前钢厂尾气制乙醇的技术已经有中试项目 该技术是由宝钢 朗泽 中科院三方合作 共同