一种转炉煤气在线提质处理方法与流程

本发明涉及冶金行业能源和副产品回收利用技术领域，尤其涉及炼钢和炼焦过程中副产煤气和余热的利用。

背景技术：

钢铁行业能耗占能源总消耗量的很大一部分，而二氧化碳的排放量和能源消耗量直接关联，目前中国钢铁行业二氧化碳排放量超过国内总排放量的10％。研究钢铁行业节能减排的新工艺，不仅是实现国家减排目标的需要，也是行业自身生存和发展的需要。作为能量和资源密集型产业，钢铁生产过程会生成大量的二次能源和副产品，然而在中国这些二次资源的回收利用率较低。实现钢铁生产过程中二次能源的高效科学利用，是提高资源利用率、降低能耗和二氧化碳排放的有效途径，研发二次资源利用技术，有很大必要性和发展潜力。中国钢铁产量居世界第一，转炉煤气产量为每吨钢80-120m³，温度高达1400～1600℃，其高温和其中的各种成分有很大的利用价值。目前的煤气利用方式主要为燃烧供热，存在利用效率低，煤气附加值低的缺点。通过对煤气进行高效科学的提质处理后再利用，可充分利用煤气的余热及其中的有效成分，极大地提高煤气的附加值，产生巨大的经济效益。现有的关于转炉煤气重整的技术皆是将转炉煤气经过降温除尘后再进行重整处理或用作化工生产原料，尚无转炉煤气直接高温在线重整提质的技术。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种能够充分利用转炉煤气中物理热、提高转炉煤气质量、降低co2排放的转炉煤气在线提质处理方法，以弥补目前转炉煤气利用技术的不足。

一种转炉煤气在线提质处理方法，其特征在于，直接将经过预热的焦炉煤气通入转炉烟道中，转炉煤气进入烟道后与焦炉煤气混合并于转炉烟道中发生多种重整反应，得到主要成分为h2和co的产物气，提高转炉煤气中h2和co的比例；所述两种煤气的高温混合重整过程发生于转炉烟道中，重整过程通过以化学反应ch4+co2＝2co+h2为主的一系列物理化学变化实现。重整过程所需能量部分或全部由所述高温转炉煤气提供，部分或全部去除通常转炉汽化烟道的汽化冷却装置，由低温焦炉煤气升温吸热和重整过程反应耗能作为转炉煤气的冷却方式。

进一步地，所述焦炉煤气中ch4体积分数不低于20％，h2体积分数范围为55～60％；所述转炉煤气中co和co2体积分数之和不低于70％，co2体积分数不低于15％，n2体积分数不超过20％。

进一步地，关于煤气重整的技术多为有催化剂参与下的重整反应，相对于催化重整，本发明在重整过程中无额外的催化剂加入转炉烟道，重整过程通常要求重整过程中混合气体温度不低于900℃。

进一步地，所述焦炉煤气于转炉烟道入口部分通入，焦炉煤气从多个入口进入转炉烟道，焦炉煤气入口在转炉烟道圆周上均匀分布。

进一步地，可根据进入转炉烟道的转炉煤气的量、温度及成分的变化，来控制通入转炉烟道的焦炉煤气量。

进一步地，位于转炉烟道后段或转炉烟道之后连接有气体换热装置，在气体换热器中利用产物气的余热预热焦炉煤气。

进一步地，所述产物气可用作气基直接还原炼铁工艺的还原气，也可以与高h2气体混合后用作化工合成气。

本申请中的方法具有以下有益效果：

1.充分利用了高温转炉煤气中的物理热，实现了炼钢过程余热的高效回收，提高了能量利用效率，间接地降低了冶金过程能源消耗；

2.处理后的煤气可用作还原气或化工合成气，提高了炼钢过程副产品转炉煤气的附加值；

3.处理过程将co2转化为co，实现了co2的回收利用，降低了co2的排放。

附图说明

为了更清楚地说面本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为转炉煤气和焦炉煤气混合重整流程图；

图2为焦炉煤气通入转炉烟道方式示意图。

具体实施方式

下面以100吨转炉煤气重整为实施例详述本发明技术方案，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

该100吨转炉冶炼条件：铁水比90％，废钢比10％，铁水平均含碳量4.0％，钢水含碳量0.03％，平均供氧强度3.0m³/(t·min)，平均吹炼时间15min，则吹炼期间回收煤气平均流量约600m³/min，进入烟道转炉煤气平均温度1500℃。表1为用于重整过程的转炉煤气和焦炉煤气成分。

整个转炉煤气提质处理过程流程如图1所示。该过程主要发生于转炉烟道内，在转炉烟道的入口部分，焦炉煤气从转炉烟道壁上沿圆周均匀分布的多个孔进入烟道中(如图2所示)，以确保两种煤气的充分混合以及圆周方向上烟道温度均匀。两种煤气混合后在烟道内发生各种重整反应，得到主要成分为h2和co的产物气。

ch4-co2重整反应是提质处理过程的主要反应，无催化剂条件下该反应在900℃以上反应动力学条件良好，可大幅度进行，所以需保证重整反应区域高于900℃。重整过程中转炉煤气供应充足，co2远多于ch4，因此可假定ch4全部消耗，同时该反应为强吸热反应，在无外供热源的条件下，充足的热量供应是重整过程顺利进行的保证，因此，若无外部热源供热，通入转炉烟道的焦炉煤气量可通过转炉烟道内重整过程热量平衡计算得到。

转炉煤气平均温度1500℃，通入烟道内的预热后焦炉煤气平均温度为500℃，假定烟道内重整反应在高于900℃的区域完成。按以上所述热平衡计算方法，同时炼钢过程进入转炉烟道的煤气成分和流量，可计算得出焦炉煤气的通入量为180m³/min。重整反应初始条件如表2所示，重整后产物气体成分如表3所示。

转炉煤气和焦炉煤气混合重整后得到的产物气温度在900℃左右，仍包含较多的可利用物理热，可经过净化除尘后在催化条件下进一步和焦炉煤气混合重整，提高产物气中h2含量，生产化工用合成气。本专利中产物气的余热用于预热焦炉煤气，可在其后接换热装置用于加热焦炉煤气。预热装置目标为将焦炉煤气从25℃加热到500℃，产物气体温度为900℃，且产物气量是预热焦炉气量的6～8倍，可保证预热设备热量的充足供应。

转炉煤气流量和成分随转炉冶炼周期变化而变化，因此，可重整焦炉煤气也发生变化，应具备焦炉煤气流量控制设备，可实现焦炉煤气配气量的周期变化和实时控制。

由表3可看出，重整后煤气中co、h2体积分数之和大于80％，适合用作气基直接还原炼铁工艺的还原气；但其中h2/co较小，不能直接用于化工合成，可在温度较低且有催化剂参与的条件下，进一步与焦炉煤气混合重整，提高其h2/co，或与其他高h2含量气体混合，得到可用于化工生产的合成气。

表1转炉煤气和焦炉煤气成分

表2重整过程条件

表3重整后产物气体成分