专利名称：工业炉气的综合利用方法
技术领域：
本发明属于冶金领域，涉及工业炉气的综合利用方法，具体为主要含0)2的工业炉 气的利用。
背景技术：
对于主要含C02的工业炉气，目前的处理方法，一般是将其中的粉尘杂质或S02、 H2S等环境不友好的杂质除去后，直接排放至大气；或者对其余热进行利用。如金属氧化物还原工艺，即金属氧化物(如铜、铁、铬、钛等氧化物)与还原剂反 应得到金属的工艺，在还原过程中采用碳质还原剂时，还原后产生的高温炉气主要成分为 CO、co2及固体杂质。对于这类炉气的处理方式一般是采用富氧空气燃烧的方式，在还原炉 外另建设备加以利用，如利用余热发电、烘干或是预热工艺原料；或者是对炉气加常温空 气进行冷却后，采用变压吸附的方式对co、co2进行分离，将分离后的CO再加热到工艺所需 温度用于还原，将分离出的co2进行排放。上述处理工艺余热发电、烘干或是预热工艺原 料，可利用炉气中的热量，但会造成大量的co2排放；同时因未对炉气中的CO加以有效利 用，会增加主工艺还原气体CO的生产量，进而增加碳的消耗量。采用冷却后变压吸附的方 式，虽然可循环利用C0，但因冷却步骤和变压吸附脱除co2步骤均需大量的设备投资和运行 成本，分离后的CO用作还原剂再循环时，增加了贮存环节，还需耗能加热到还原所需要的 工艺温度，增加了运行能耗，故该方法的经济成本比较高。为有效利用工业炉气，减少C02排放，顺应低碳排放的大趋势，本领域急需开发新 技术解决上述技术问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种工业炉气的综合利用方法，针对的是主要含 co2的工业炉气，减少co2排放，提高炉气中碳源和余热的利用价值，该方法是通过以下技术 方案实现的A、对工业炉气进行预处理除杂；B、在不超过1450°C的温度环境中，用催化剂将步骤A处理后的工业炉气中的C02 分解成C0 ；C、利用步骤B得到的C0。在以往的工业炉气再利用中，一般只是单纯的利用余热资源，而本发明方法为了 有效利用其中的co2，不让其白白排掉，采用催化工艺将C02转化成C0后加以利用；还充分 利用了炉气的余热，为催化反应提供热源；催化co2转化成C0气体时，热量损失很少，故利 用这部分余热资源及C0可大大减少热源和碳源的使用，起到节能减排的作用，实现了炉气 中碳源和热量有效的综合利用。上述综合利用工业炉气的方法中，步骤A对工业炉气预处理，是为了除去会影响 步骤B的催化效率的杂质，主要影响杂质有S02、烟尘等，即进行相应的脱硫、除尘处理。若工业炉气中还含有其他会影响催化效率的杂质，按照现有的常规的处理方法先除去杂质后， 再进行步骤B的催化分解。步骤B中利用催化剂分解C02成CO的工艺为现有工艺，常用的催化剂有碳质 催化剂、过热蒸气、镍基催化剂、铁基催化剂，通常的催化反应条件不超过1450°C，一般在 750-1450°C的高温环境中催化分解。上述催化分解工艺单独应用催化剂将C02分解制成CO 时，由于反应温度较高，导致能耗偏高及运行成本高，一般很少应用，无实际意义。本发明方 法中，应用该催化工艺可最大化的利用炉气的余热，即利用还原工艺中的余热对催化室供 热，将C02分解成C0，避免以往在应用该催化工艺时，因供热导致运行成本高而难以应用。因为使用的催化剂不同，导致催化效率不同，从步骤B催化分解得到的气体中，有 可能是CO纯度很高的气体；也有可能CO含量较高的、含有co2及有其他不可避免杂质的混 合气体；也有可能是CO含量较低的，含有较多co2、及有其他不可避免杂质的混合气体；故 在催化co2时，可尽量选择催化效率与运行成本双赢的催化工艺来实现。在利用催化分解 得到的气体方面，既可以将其中的C0分离、收集后应用，也可以直接将该气体收集后应用， 还可以将该气体通过管道运输至相应工艺直接利用。如将分解得到的C0再次投入金属氧 化物还原工艺、或能够利用到C0的工艺进行联合生产，可达到碳源的循环利用，实现了低 碳排放；催化分解后的得到气体温度也较高，最好将该气体直接通入下一步的反应，实现余 热有效利用，产生更大的经济价值和社会价值。本发明方法实现了工业炉气的综合利用，主要优点如下1、减少C02的排放，实现几乎无C02排放，对环境友好。2、不再是单独的利用工业炉气余热发电、烘干或是预热工业原料，而是将余热循 环利用于金属氧化物还原主工艺，降低了工艺能耗，节约了能源。3、将C02分解成C0，实现碳源的循环利用，减少了碳的使用量。综上，本发明方法实现了炉气中碳源和余热的有效利用，也克服了单独使用现有 催化工艺分解co2成本高的问题，减少了能源消耗，尤其是在金属还原工业中，不再过度依 赖焦碳、天然气等资源，对贫焦、缺天然气的地区生产有极大的战略意义。
图1本发明工业炉气的综合利用方法流程图。图2应用本发明方法综合利用金属氧化物还原工艺的炉气。
具体实施例方式以下通过对本发明具体实施方式
的描述说明但不限制本发明。本发明方法是针对主要含C02的工业炉气或尾气进行处理，实现减少0)2排放，有 效利用余热和炉气中碳资源，减少能耗的目的。具体地，本发明提供的工业炉气的综合利用方法包括如下步骤(见图1)A、对工业炉气进行预处理除杂；B、在不超过1450°C的温度环境中，用催化剂将步骤A处理后的工业炉气中的C02 分解成C0 ；C、利用步骤B得到的C0。
分解得到的CO可回收利用于需要CO参与反应的工艺，还可以利用炉气的余热参 与催化co2分解成CO的反应，并将催化分解后的余热用于需要CO参与反应的工艺，或是采 用常规的发电、干燥、预热原料等方式利用余热。对炉气进行脱硫、除尘等预处理是为了防止S02、烟尘等杂质影响步骤B的催化效 率，故在实际应用过程中，可针对工业炉气和尾气本身的情况，针对性的先除去影响催化效 率的气体杂质或固体杂质。具体地，在步骤B的催化工艺中，采用的催化剂可用碳质催化 剂、过热蒸气、镍基催化剂、铁基催化剂。若采用碳加过热水蒸气作催化剂，温度越高，C02的 分解率也就越高。催化温度根据不同的催化剂有所不同，具体应用时，可根据催化剂成本及 能耗成本综合考虑选择适宜的反应温度条件。在本发明方法中，针对金属氧化物用碳质还原剂还原产生的高温炉气利用效率尤 其明显，见图2，在该还原工艺中一般是在750-1450°C的高温中进行还原，CO作为还原剂参 与还原反应，属气固反应。由于气速和气压的关系，参与反应的C0只有25-35%，大量的C0 还原气体并没有参与反应，而是在简单的气固热交换后与参与反应生成的C02 —起被排出 炉外。根据炉型结构、气速、炉压等不同，排出炉外的温度也不相同，一般在350-900°C之间， 有的甚至更高。如果要将金属氧化物还原工艺产生的炉气中的C0再用作还原剂循环使用，必须 脱除其中80%以上的C02，才能保持炉内的还原性气氛。而现有的变压吸附方式分离C0、 C02，主要是因为吸附是采用分子筛吸附，所以必须将炉气冷到到常温才能进行，分离后如 要需利用，还需要再行加热，导致投资成本高、运行能耗高，不利于实际生产。现有工艺中利用余热一般是将产生的高温炉气用于余热发电、余热烘干或用于预 热工艺原料，综合利用度不高。但是采用本发明方法时，该高温炉气在脱硫、除尘等预处理 过程中，温损在20--30°C之间，热量损失不大，处理后的炉气继续加热到750-1450°C进入 催化反应器(一般为催化室)用催化剂分解，生成C0 ；这里所指的加热，只是将还原炉反应 所需加热过程先用在了催化反应器(催化室)上，生成高温C0时再进入金属氧化物还原工 艺的还原炉，工艺过程中还原反应所需能耗能充分利用催化分解反应的余热。将金属氧化物还原工艺产生的炉气采用本发明方法催化得到C0后，循环应用于 金属氧化物还原工艺，实现了低碳排放，甚至是无碳排放，有效利用了炉气中的碳质组分及 余热，较现有工艺仅能利用到余热，或仅能利用到部分组分具有明显的改进。综上，本发明方法应用于工业炉气的综合利用，尤其是金属氧化物用碳质还原得 到的炉气，具有简单易行，现场工艺流程改造方便，可行性强，应用前景广的优点。
权利要求
工业炉气的综合利用方法，所述工业炉气中的主要成分是CO2，其特征在于它包括如下步骤A、对工业炉气进行预处理以除去杂质；B、在不超过1450℃的温度环境中，用催化剂将步骤A处理后的工业炉气中的CO2分解成CO；C、利用步骤B得到的CO。
2.根据权利要求1所述的工业炉气的综合利用方法，其特征在于步骤A所述预处理 为脱硫。
3.根据权利要求1或2所述的工业炉气的综合利用方法，其特征在于步骤A所述预 处理除尘。
4.根据权利要求1所述的工业炉气的综合利用方法，其特征在于步骤B所述催化剂 为碳质催化剂、过热蒸气、镍基催化剂、铁基催化剂中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的工业炉气的综合利用方法，其特征在于步骤B中是使处理 后的工业炉气在750-1450°C的环境中催化。
6.根据权利要求1所述的工业炉气的综合利用方法，其特征在于利用步骤B得到的 CO是将CO作为还原金属氧化物的还原剂。
7.根据权利要求1-6任一项所述的工业炉气的综合利用方法，其特征在于所述工业 炉气是金属氧化物还原工艺产生的炉气。
全文摘要
本发明属于冶金领域，涉及工业炉气的综合利用方法，具体为主要含CO2的工业炉气的利用，所解决的技术问题是提供一种综合利用工业炉气的方法，提高炉气中成分和热量的利用价值，方法如下A、对工业炉气进行预处理除杂；B、在不超过1450℃的温度环境中，用催化剂将步骤A处理后的工业炉气中的CO2分解成CO；C、步骤B得到的CO工业炉气的再利用，通常是单纯的利用余热资源，本发明方法为了有效利用其中的CO2，不让其白白排掉，采用催化工艺将CO2转化成CO；充分利用炉气余热，为催化反应提供热源；催化CO2转化成CO气体时，热量损失很少，故利用这部分余热资源及CO可大大减少热源和碳源的使用，实现炉气的综合利用。
文档编号F27D17/00GK101799244SQ201010149598
公开日2010年8月11日 申请日期2010年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者杨绍泉 申请人:杨绍泉