专利名称：一种高炉煤气浓缩的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及变压吸附的技术领域，特别是涉及一种高炉煤气浓缩的工艺。
背景技术：
钢铁行业是我国国民经济的支柱产业和基础行业，钢铁行业的基础工艺是高炉炼铁，几乎所有的钢材原料都由高炉炼铁生产，众所周知，高炉炼铁将会副产大量的高炉煤气。然而，由于高炉煤气中可燃组分含量不高，热值仅为约800kCal/Nm3，并且含有大量的氮气和二氧化碳，难以有效地回收利用。目前，大部分钢铁企业仍将大量高炉煤气直接放空燃烧。若按照全国年产5亿吨生铁、高炉煤气排放量为10% (体积分数)、高炉煤气中一氧化碳的体积分数为25%计算，则每年排放到空气中的一氧化碳达225亿立方(约为2800万 吨)，不仅严重污染环境，同时造成能源的巨大浪费。如果能将高炉煤气浓缩使其中一氧化碳的浓度提高，就可以显著提高高炉煤气的热值。当CO的体积分数提高到45%以上，即热值达到1350Kcal/Nm3以上，浓缩后的高炉煤气作为燃料时的燃烧热效率显著提高，尽管可能还需要添加焦炉煤气或者燃料油等配比使用；当CO的体积分数提高到60%以上，即热值达到1800Kcal/Nm3以上，浓缩的高炉煤气就可以直接于钢铁企业内部轧钢等工序，从而充分节省能源，减少环境污染。近年来，高炉煤气的浓缩工艺在不断地被开发。如97107736. 3号中国专利在1999年5月5日公开了一种从高炉煤气中提取一氧化碳的两段变压吸附工艺。该变压吸附法经第一段工序各吸附床循环经历含吸附、均压降、逆放、冲洗、均压升、最终升压的步骤，吸留而去除高炉煤气中吸附性强于一氧化碳的组份，如H20、CO2等杂质组分后，再经第二段工序各吸附床循环经历含吸附、均压降、顺放、冲洗、均压升、最终升压的步骤，去除吸附性弱于一氧化碳的组份，如N2、02、H2等组分，吸留而浓缩一氧化碳；最终得到一氧化碳含量为66%——85%、热值2000kCal/Nm3以上的产品气。又如，98111619. I号中国专利在1999年7月28日公开了一种采用催化吸附剂将含氮的一氧化碳多组分混合高炉气体以及石油和化工等工业中具有类似混合气体进行分离、浓缩和提纯的工艺过程，该工艺将采用专利96117226. 6中提到的催化剂，在前置一个脱除或者吸附二氧化碳变压吸附工序后，在0—55°C吸附温度下、0. 04—0. 7MPa的吸附压力下进行变压吸附浓缩一氧化碳。可以看出，为得到高纯一氧化碳气体，现有的变压吸附浓缩高炉煤气的技术大都采用两段工艺，由于浓缩操作工艺复杂、能耗高、投资大等缺点使变压吸附浓缩高炉煤气的技术始终没有实现工业化。因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能够创新地提出一种能耗低、投资小、易于实现工业化的新型变压吸附浓缩高炉煤气的工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能耗低、投资小、易于实现工业化的新型变压吸附浓缩高炉煤气的工艺。为了解决上述问题，本发明公开了一种高炉煤气浓缩的工艺，包括
预处理工序，用于去除高炉煤气中对吸附剂有害的物质；一段变压吸附工序，用于在预处理工序后，采用至少两台吸附塔循环进行吸附、均压降压、抽真空、均压升压和终升压步骤，获得CO体积分数大于或等于45%的产品气；其中，所述吸附剂为在相同的吸附温度和压力下对CO的静态吸附量为对CO2的静态吸附量I倍以上的吸附剂。优选的，所述吸附剂为，在相同的吸附温度和压力下对CO静态吸附量为对CO2的静态吸附量I倍以上，并且，对N2、CH4、H2的静态吸附量3倍以上的吸附剂。优选的，所述吸附剂为对CO具有选择吸附性的负载活性组份的多孔物质。优选的，所述吸附剂为负载铜化合物的各种比表面积大于200m2/g的多孔物质。优选的，所述负载铜化合物的各种比表面积大于200m2/g的多孔物质包括负载铜化合物的分子筛、活性炭、活性氧化铝、硅胶或多孔陶瓷。优选的，所述预处理工序包括以下步骤在高炉煤气进入变压吸附浓缩界区温度超过40°C时执行的降温步骤；和/ 或，在高炉煤气进入变压吸附浓缩界区时尘含量高于10mg/Nm3时执行的除尘步骤；和/ 或，在高炉煤气进入变压吸附浓缩界区的压力不能满足吸附压力要求时执行的增压步骤。优选的，所述预处理工序包括以下步骤在高炉煤气中H2S的含量在Ippm以上时执行的脱硫步骤；在高炉煤气中O2含量在IOOppm以上时执行的除氧步骤；所述除氧步骤在脱硫步骤之后执行。优选的，所述一段变压吸附工序还包括在吸附塔内压力高于预设的置换压力值时执行的顺放步骤；和/ 或，在置换压力高于常压时执行的逆放步骤。优选的，所述一段变压吸附工序还包括在吸附塔内气体中CO的浓度低于预置标准时执行的置换冲洗步骤。优选的，所述吸附步骤压力为0——I. OMPa，所述抽真空步骤压力为_0. 09——-0. 05Mpa,吸附床层温度在120°C以下。优选的，所述置换冲洗步骤压力为0——0. 3MPa。优选的，所述n台吸附塔每台吸附塔间隔1/n个时间周期依次执行所述一段变压吸附工序。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明实施例创造性地提出了一种采用一段变压吸附法浓缩高炉煤气的工艺，该工艺包括预处理工序和变压吸附工序。预处理工序的主要目的是用于去除高炉煤气中对吸附剂有害的物质，如粉尘、H2O, H2S等，经过预处理脱除有害物质后，采用至少两台吸附塔循环进行吸附、均压降压、抽真空、均压升压和终升压等步骤，以获得CO体积分数大于或等于45%的产品气。本发明实施例中所采用的吸附剂为对CO具有优良选择性的吸附剂，即CO与高炉气中其它组分，如C02、N2、CH4、H2的分离系数都很大的吸附剂。本发明中所采用吸附剂的优良性能为一段变压吸附法浓缩高炉煤气工艺提供了技术保证，从而突破了现有技术进行预处理工序后还要采用两段变压吸附法，多种吸附剂浓缩高炉煤气的旧工艺，既简化了操作工艺，又极大程度的降低了能耗。再者，本发明实现起来投资小、易于实现工业化；操作工艺灵活多变，可以根据产品气的要求自行设计。
图1是本发明的一种高炉煤气浓缩的工艺实施例的流程图；图2是本发明实施例中一种变压吸附系统变压吸附的流程示意图；图3是本发明示例I中三台吸附塔A、B、C循环执行一段变压吸附工序的时序图；图4是本发明示例2中三台吸附塔A、B、C循环执行一段变压吸附工序的时序图；图5是本发明示例3中三台吸附塔A、B、C循环执行一段变压吸附工序的时序图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。本发明实施例创造性地提出了一种采用一段变压吸附法浓缩高炉煤气的工艺，参考图I所示的工艺流程图，该工艺可以包括预处理工序101和一段变压吸附工序102。预处理工序的主要目的是用于去除高炉煤气中对吸附剂有害的物质，如粉尘、H20、H2S等，经过预处理脱除有害物质后，采用至少两台吸附塔循环进行吸附、均压降压、抽真空、均压升压和终升压等步骤，以获得CO体积分数大于或等于45%的产品气。需要说明的是，本发明实施例中所采用的吸附剂为对CO具有优良选择性的吸附齐U，即CO与高炉气中其它组分，如co2、n2、ch4、h2的分离系数都很大的吸附剂。在本发明一种优选的示例中，这种吸附剂可以为在相同的吸附温度和压力下单组分吸附时，对CO的静态吸附量为对CO2的静态吸附量I倍以上的吸附剂；或者，这种吸附剂也可以为在相同的吸附温度和压力下对CO静态吸附量为对CO2的静态吸附量I倍以上、对N2、CH4, H2的静态吸附量3倍以上的吸附剂。在具体实现中，所述吸附剂可以为对CO具有选择吸附性的负载活性组份的多孔物质，优选为负载铜化合物的各种比表面积大于200m2/g的多孔物质，例如负载铜化合物的分子筛、活性炭、活性氧化铝、硅胶或多孔陶瓷等。作为一种吸附剂具体实现的示例，所述吸附剂可以为专利号为86102838，名称为高效吸附剂及其制备方法和用途所公开的一种对一氧化碳或乙烯的吸附量都大于已有吸附剂或液体吸收剂容量，并对不饱和烃有吸附作用，同时避免液体吸收剂遇水水解以及由此产生有害后果的吸附剂，该吸附剂遇水不被破坏，吸附水后经加热去水，即可有效地吸附一氧化碳或不饱和烃。该吸附剂主要用于从混合气中分离一氧化碳或不饱和烃，使混合气与吸附剂接触，吸附剂吸附一氧化碳或不饱和烃后，经加热或减压即可脱附，并可重复使用。用此方法也可使含有一氧化碳或不饱和烃杂质的原料气得到净化。本发明中所采用吸附剂的优良性能为一段变压吸附法浓缩高炉煤气工艺提供了技术保证。在实际中，高炉煤气的组成与高炉炼铁工艺的过程密切相关，如高炉规模、喷煤工艺等都会对高炉煤气的组成都有影响。参考表1，常见的高炉煤气的组成为表I
化学成份 CH4 CO CO2 H2 N2 O2 H2S SQ2 I 体积分数％ 0.5 25 15 I 57.5 I IOOppm I ppm 100在本发明实施例中，预处理工序的操作步骤是根据高炉煤气工况确定的。一般高炉煤气在高炉出口压力都比较低，在0 0. 2MPa之间，如再经过炼铁企业其他工艺的处理，其压力将会更低，可用于变压吸附浓缩工艺的压力一般。因此，在本发明的一种优选实施例中，所述预处理工序可以包括以下步骤降温步骤降温的目的是除水和便于风机增压。若高炉煤气进入变压吸附浓缩界区时的温度超过40°C时，预处理工序中将需要有降温步骤。降温采用的方式有很多种，如喷淋冷却或者间壁式冷却等，本发明对此不作限制。通常情况下，此处高炉煤气的温度在60°C左右，含此温度下的饱和水，因此需要冷却至40°C。除尘步骤在正常情况下，高炉煤气进入变压吸附浓缩界区时尘含量在10mg/Nm3以下，若高于此值，则需要进行除尘处理。具体方法可以参照现有的任一种除尘技术执行，本发明对此不作限制。增压步骤如果进入变压吸附浓缩界区的压力不能满足吸附压力要求，则可以执行增压步骤。增压机的类型根据性能指标要求选择，本发明对此不作限制。脱硫步骤通过中国计量科学研究院测定高炉煤气的组分发现，高炉煤气中H2S的含量一般在IOOppm左右，SO2在Ippm左右，不含有机硫。为保护吸附剂，需要进行脱硫处理，以保证H2S浓度在Ippm以下。脱硫方法可以采用湿法脱硫、干法脱硫等现有的任一种脱硫方法，本发明对此不作限制。除氧步骤若浓缩工艺采用负载铜化合物的吸附剂，则要求O2含量在IOOppm以下。如氧含量高于此值，需要进行除氧。目前工业上除氧的方法有催化加氢除氧和催化一氧化碳氧化除氧等，可根据条件自行选择合理的除氧方法，本发明对此不作限制。在本发明实施例中，上述降温、除尘、增压、脱硫和除氧步骤可以根据实际工况择 一执行、部分执行或全部执行，并且，除所述除氧步骤需要在脱硫步骤之后执行外，各步骤的操作顺序可以按照需求任意调换。本领域技术人员按照变压吸附浓缩高炉煤气工艺要求和化工工艺设计标准安排顺序即可。
高炉煤气在预处理工序完成后进入一段变压吸附工序。本发明实施例中所述一段变压吸附工序采用至少两台吸附塔，每台吸附塔循环进行吸附、均压降压、抽真空、均压升压和终升压步骤，以获得CO体积分数大于或等于45%的产品气。以下具体介绍各步骤吸附⑷来自除氧工序的原料气在预先选择的吸附压力下进入吸附床，所述吸附压力优选为0——I. OMPa,采用本发明中对CO具有良好选择吸附性能的吸附剂，未被吸附的其他组份在此压力下流出吸附床。一次或多次均压降压(ED)让吸附床与低压均压缓冲罐或低压吸附塔连通，降低吸附床的压力，均压结束后吸附床和低压吸附塔或均压缓冲罐的压力接近。均压的作用是提高有用组分CO的收率，回 收压力能。均压次数越多有用组分的收率越大，同时设备费用也会增加，两者存在均衡的问题。一般均压次数不超过5次。抽真空(V)对吸附床抽真空，使吸附剂再生，抽出的即是产品CO。在本发明的一种优选实施例中，抽真空的压力可以为-0. 09 -0. 05Mpa ；一次或多次均压充压(ER)使吸附床与均压缓冲罐或吸附塔进行压力均衡，充压气由高压吸附塔顶部导出，低压吸附塔顶或底部导入，充压结束后，吸附床与均压缓冲罐或吸附塔压力相等。终充压(FR)由其它吸附塔吸附流出吸附尾气对当前吸附塔进行逆向充压，使当前吸附塔压力接近吸附压力。在实际中，吸附床层的温度优选在120°C以下。在本发明的一种优选实施例中，所述一段变压吸附工序还可以包括以下步骤顺放(P)开启吸附塔上部阀门，使吸附塔顺着吸附方向放压。均压降压后，若吸附塔内压力仍高于预设的置换压力时，便可采用顺着进料方向的泄压方式进行泄压，降至预设的置换压力值为止。和/ 或，置换冲洗(C)由吸附塔底部导入部分产品气，在优选为0—0.3MPa的压力下，吸附塔进行顺向置换冲洗。置换的作用是提高吸附塔中气体体积里的有用组分CO的浓度。和/ 或，逆放(BD)开启吸附塔底部阀门，使吸附塔逆着吸附方向放压。当置换压力高于常压时，为保证与吸附时同样的CO浓度梯度，需要采用逆着进料方向的泄压方式进行泄压。在实际中，n台吸附塔每个塔间隔1/n个时间周期执行所述一段变压吸附工序，如3台吸附塔，每台吸附塔则间隔1/3个时间周期执行一段变压吸附工序；如4台吸附塔，每台吸附塔则间隔1/4个时间周期执行一段变压吸附工序。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过三个具体示例进一步说明本发明。示例 I :假设原料高炉煤气的组成如表2所示，并且，原料气的压力为50KPa，温度为60°C，含饱和水蒸汽，含微量粉尘15mg/Nm3。产品气规格要求产品气中CO的浓度为45%。表2
化学成份 CH4 CO CO2 H2 N2 Q2 H2S SQ2 S体积分数％ 0.5 24 16 I 57.5 I IOOppm I ppm 100(一 )预处理工序降温、除尘为了达到除尘和降温的目的，采用喷淋冷却法冷却高炉煤气，冷却后高炉煤气的温度为40°C。根据产品气规格要求的CO的浓度为45%，吸附压力为0. 05MPa即可(不考虑到实际压降)，此处无需增压，直接进入后续脱硫步骤。脱硫H2S的含量是lOOppm，为保护变压吸附吸附剂，采用两段法干法脱硫粗脱硫和精脱硫，使硫含量降低到lppm。除氧02的含量为1%，为保护变压吸附吸附剂，采用除氧催化剂脱除O2，使O2含量降到IOOPPm以下。( 二)一段变压吸附工序参考图2所示的变压吸附流程示意图，采用3个吸附塔A，B和C，执行I塔进料，I塔抽真空，2次均压的变压吸附流程，图2中D、E为缓冲罐，F为真空泵，G为流量计。以A塔为例详细说明本发明的一段变压吸附工序，具体可以包括以下步骤A :吸附。来自除氧工序的原料气在0. 05MPa吸附压力下进入吸附床，采用对CO具有良好选择吸附性能的吸附剂，目前采用负载铜化合物的吸附剂吸附CO，未被吸附的其他组份在此压力下流出吸附床。EDl : 一次均压降压。让吸附床A与低压均压缓冲罐D连通，降低吸附床A的压力，均压结束后吸附床A和均压缓冲罐D的压力相同。ED2 : 二次均压降压。让吸附床A与低压均压缓冲罐E连通，降低吸附床A的压力，均压结束后吸附床A和均压缓冲罐E的压力相同。V :抽真空。对吸附床A抽真空，使吸附剂再生，抽出的即是产品CO，抽真空结束时，吸附床压力应达到-0. 085MPa以上。ER2 :一次均压充压。使吸附床A与均压缓冲罐E进行压力均衡，充压气由吸附塔顶部导入，充压结束，吸附床A与均压缓冲罐E压力相等。ERl :二次均压充压。使吸附床A与均压缓冲罐D进行压力均衡，充压气由吸附塔顶部导入，充压结束，吸附床A与均压缓冲罐D压力相等。FR:终充压。由C塔吸附流出吸附尾气对A塔进行逆向充压，使A塔压力接近吸附压力。B塔和C塔与A塔的操作步骤完全相同，只是时间上相差1/3周期。
参考图3所示的针对三台吸附器A、B、C执行一段变压吸附工序的时序图，假设执行一段变压吸附工序的循环周期由15个时间段组成，假设起始时间段为针对A塔执行一段变压吸附工序吸附步骤的时间段，即A塔的吸附步骤A占用第I—5个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第6个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第7个时间段；抽真空步骤V占用第8—12个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第13个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第14个时间段；终充压步骤FR占用第15个时间段。B塔相对于A塔间隔1/3周期执行所述一段变压吸附工序，具体而言，即B塔的吸附步骤A占用第6—10个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第11个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第12个时间段；抽真空步骤V占用第13—15以及I—2个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第3个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第4个时间段；终充压步骤FR占用第5个时间段。C塔相对于B塔间隔1/3周期执行所述一段变压吸附工序，具体而言，即C塔的吸附步骤A占用第11—15个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第I个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第2个时间段；抽真空步骤V占用第3—7个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第8个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第9个时间段；终充压步骤FR占用第10个时间段。在本示例中，经历预处理工序和一段变压吸附工序后，得到的产品气中CO的浓度为45%以上，产品气热值在1350Kcal/Nm3以上。示例2 : 假设原料高炉煤气的组成如表2所示，并且，原料气的压力为8KPa，温度为60°C，含饱和水蒸汽，含微量粉尘15mg/Nm3。产品气规格要求产品气中CO的浓度为60%。(一)预处理工序降温、除尘为了达到除尘和降温的目的，采用喷淋冷却法冷却高炉煤气，冷却后高炉煤气的温度为40°C。增压根据产品气规格要求的CO的浓度为60%，将原料气的压力增加到
0.2MPa(不考虑实际压降)。脱硫H2S的含量是lOOppm，为保护变压吸附吸附剂，采用两段法干法脱硫粗脱硫和精脱硫，使硫含量降低到Ippm以下。除氧02的含量为1%，为保护变压吸附吸附剂，采用除氧催化剂脱除O2，使O2含量降到IOOPPm以下。(二)一段变压吸附工序参考图2所示的变压吸附流程示意图，采用3个吸附塔A，B和C，执行I塔进料，I塔抽真空，2次均压的变压吸附流程，图2中D、E为缓冲罐，F为真空泵，G为流量计。以A塔为例详细说明本发明的一段变压吸附工序，具体可以包括以下步骤A:吸附。来自除氧工序的原料气在0. 2MPa吸附压力下进入吸附床，采用对CO具有良好选择吸附性能的吸附剂，目前采用负载铜化合物的吸附剂吸附CO，未被吸附的其他组份在此压力下流出吸附床。EDl : 一次均压降压。让吸附床A与低压均压缓冲罐D连通，降低吸附床A的压力，均压结束后吸附床A和均压缓冲罐D的压力相同。ED2 : 二次均压降压。让吸附床A与低压均压缓冲罐E连通，降低吸附床A的压力，均压结束后吸附床A和均压缓冲罐E的压力相同。C :置换冲洗。由A塔底部导入部分产品气，在常压下，对A塔进行顺向置换冲洗。V :抽真空。对吸附床抽真空，使吸附剂再生，抽出的即是产品CO，抽真空结束时，吸附床压力应达到-0. 085MPa以上。ER2 :一次均压充压。使吸附床A与均压缓冲罐E进行压力均衡，充压气由吸附塔顶部导入，充压结束，吸附床A与均压缓冲罐E压力相等。ERl :二次均压充压。使吸附床A与均压缓冲罐D进行压力均衡，充压气由吸附塔顶部导入，充压结束，吸附床A与均压缓冲罐D压力相等。 FR :终充压。由C塔吸附流出吸附尾气对A塔进行逆向充压，使A塔压力接近吸附压力。B塔和C塔与A塔的操作步骤完全相同，只是时间上相差1/3周期。参考图4所示的针对三台吸附器A、B、C执行一段变压吸附工序的时序图，假设执行一段变压吸附工序的循环周期由18个时间段组成，假设起始时间段为针对A塔执行一段变压吸附工序吸附步骤的时间段，即A塔的吸附步骤A占用第I—6个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第7个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第8个时间段；置换冲洗步骤C占用第9个时间段；抽真空步骤V占用第10—15个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第16个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第17个时间段；终充压步骤FR占用第18个时间段。B塔相对于A塔间隔1/3周期执行所述一段变压吸附工序，具体而言，即B塔的吸附步骤A占用第7—12个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第13个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第14个时间段；置换冲洗步骤C占用第15个时间段；抽真空步骤V占用第16—18以及I—3个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第4个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第5个时间段；终充压步骤FR占用第6个时间段。C塔相对于B塔间隔1/3周期执行所述一段变压吸附工序，具体而言，即C塔的吸附步骤A占用第13—18个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第I个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第2个时间段；置换冲洗步骤C占用第3个时间段；抽真空步骤V占用第4—9个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第10个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第11个时间段；终充压步骤FR占用第12个时间段。在本示例中，经历预处理工序和一段变压吸附工序后，得到的产品气中CO的浓度为60%以上，产品气热值在1800Kcal/Nm3以上。示例3 :假设原料高炉煤气的组成如表3所示，并且原料气的压力为8KPa，温度为60°C，含饱和水，含微量粉尘5mg/Nm3以下。产品气规格要求产品气中CO的浓度为80%。表3:化学成份 CH4 CO CQ2 H2 N2 Q2 H2S SO2 S体积分数％ 0.5 24 16 I 57.5 I IOOppm I ppm 100(一)预处理工序降温为了达到降温的目的，采用间壁式冷却器冷却高炉煤气，冷却后高炉煤气的温度为40°C。含尘量少无需除尘。增压根据产品气规格要求的CO的浓度为80%，将原料气的压力增加到
0.5MPa(不考虑实际压降)。脱硫H2S的含量是lOOppm，为保护变压吸附吸附剂，采用两段法干法脱硫粗脱硫和精脱硫，使硫含量降低到Ippm以下。除氧02的含量为1%，为保护变压吸附吸附剂，采用除氧催化剂脱除O2，使O2含量 降到IOOPPm以下。( 二)变压吸附制CO工序参考图2所示的变压吸附流程示意图，采用3个吸附塔A，B和C，执行I塔进料，I塔抽真空，2次均压的变压吸附流程，图2中D、E为缓冲罐，F为真空泵，G为流量计。以A塔为例详细说明本发明的一段变压吸附工序，具体可以包括以下步骤A:吸附。来自除氧工序的原料气在0.5MPa吸附压力下进入吸附床，采用对CO具有良好选择吸附性能的吸附剂，目前采用负载铜化合物的吸附剂吸附CO，未被吸附的其他组份在此压力下流出吸附床。EDl : 一次均压降压。让吸附床A与低压均压缓冲罐D连通，降低吸附床A的压力，均压结束后吸附床A和均压缓冲罐D的压力相同。ED2 : 二次均压降压。让吸附床A与低压均压缓冲罐E连通，降低吸附床A的压力，均压结束后吸附床A和均压缓冲罐E的压力相同。P :均压降压完成以后吸附床A压力在0. 15MPa左右，顺着吸附床A的吸附方向放压，降压至0. IMpa。C :置换冲洗。由A塔底部导入部分产品气，在0. IMpa下，对A塔进行顺向置换冲洗。BD :逆放。开启A塔底部阀门，使A塔逆着吸附方向放压，逆放气部分也是产品气。V :抽真空。对吸附床抽真空，使吸附剂再生，抽出的即是产品CO，抽真空结束时，吸附床压力应达到-0. 085MPa以上。ER2 :一次均压充压。使吸附床A与均压缓冲罐E进行压力均衡，充压气由吸附塔顶部导入，充压结束，吸附床A与均压缓冲罐E压力相等。ERl :二次均压充压。使吸附床A与均压缓冲罐D进行压力均衡，充压气由吸附塔顶部导入，充压结束，吸附床A与均压缓冲罐D压力相等。FR :终充压。由C塔吸附流出吸附尾气对A塔进行逆向充压，使A塔压力接近吸附压力。B塔和C塔与A塔的操作步骤完全相同，只是时间上相差1/3周期。参考图5所示的针对三台吸附器A、B、C执行一段变压吸附工序的时序图，假设执行一段变压吸附工序的循环周期由24个时间段组成，假设起始时间段为针对A塔执行一段变压吸附工序吸附步骤的时间段，即A塔的吸附步骤A占用第I—8个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第9个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第10个时间段；顺放步骤占用第11个时间段；置换冲洗步骤C占用第12个时间段；逆放步骤BD占用第13个时间段；抽真空步骤V占用第14—21个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第22个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第23个时间段；终充压步骤FR占用第24个时间段。B塔相对于A塔间隔1/3周期执行所述一段变压吸附工序，具体而言，即B塔的吸附步骤A占用第9—16个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第17个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第18个时间段；顺放步骤占用第19个时间段；置换冲洗步骤C占用第20个时间段；逆放步骤BD占用第21个时间段；抽真空步骤V占用第22——24以及I——5个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第6个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第7个时间段；终充压步骤FR占用第8个时间段。
C塔相对于B塔间隔1/3周期执行所述一段变压吸附工序，具体而言，即C塔的吸附步骤A占用第17—24个时间段；一次均压降压步骤EDl占用第I个时间段；二次均压降压步骤ED2占用第2个时间段；顺放步骤占用第3个时间段；置换冲洗步骤C占用第4个时间段；逆放步骤BD占用第5个时间段；抽真空步骤V占用第6—13个时间段；一次均压升压步骤ER2占用第14个时间段；二次均压升压步骤ERl占用第15个时间段；终充压步骤FR占用第16个时间段。经历预处理工序和变压吸附制CO工序后，得到的产品气中CO的浓度为80%以上，产品气热值在2400Kcal/Nm3以上。在具体应用中，依据各种实际情况，本领域技术人员可以自行设计所述一段变压吸附工序中的操作步骤，本发明对具体操作步骤顺序及选择无特别限制。本发明实施例所提供的新型高炉煤气浓缩工艺，突破了预处理后还要采用两段变压吸附法，多种吸附剂浓缩高炉煤气的旧工艺，既简化了操作工艺，又极大程度的降低了能耗。本发明操作工艺灵活多变，可以根据产品气的要求自行设计。以上对本发明所提供的一种高炉煤气的浓缩工艺进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，包括 预处理工序，用于去除高炉煤气中对吸附剂有害的物质； 一段变压吸附工序，用于在预处理工序后，采用至少两台吸附塔循环进行吸附、均压降压、抽真空、均压升压和终升压步骤，获得CO体积分数大于或等于45%的产品气； 其中，所述吸附剂为在相同的吸附温度和压力下对CO的静态吸附量为对CO2的静态吸附量I倍以上的吸附剂。
2.如权利要求I所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述吸附剂为，在相同的吸附温度和压力下对CO静态吸附量为对CO2的静态吸附量I倍以上，并且，对N2、CH4、H2的静态吸附量3倍以上的吸附剂。
3.如权利要求I所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述吸附剂为对CO具有选择吸附性的负载活性组份的多孔物质。
4.如权利要求3所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述吸附剂为负载铜化合物的各种比表面积大于200m2/g的多孔物质。
5.如权利要求4所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述负载铜化合物的各种比表面积大于200m2/g的多孔物质包括负载铜化合物的分子筛、活性炭、活性氧化铝、硅胶或多孔陶瓷。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述预处理工序包括以下步骤 在高炉煤气进入变压吸附浓缩界区温度超过40°C时执行的降温步骤； 和/或， 在高炉煤气进入变压吸附浓缩界区时尘含量高于10mg/Nm3时执行的除尘步骤； 和/或， 在高炉煤气进入变压吸附浓缩界区的压力不能满足吸附压力要求时执行的增压步骤。
7.如权利要求1、2、3、4或5所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述预处理工序包括以下步骤 在高炉煤气中H2S的含量在Ippm以上时执行的脱硫步骤； 在高炉煤气中O2含量在IOOppm以上时执行的除氧步骤； 所述除氧步骤在脱硫步骤之后执行。
8.如权利要求1、2、3、4或5所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述一段变压吸附工序还包括 在吸附塔内压力高于预设的置换压力值时执行的顺放步骤； 和/或， 在置换压力高于常压时执行的逆放步骤。
9.如权利要求1、2、3、4或5所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述一段变压吸附工序还包括 在吸附塔内气体中CO的浓度低于预置标准时执行的置换冲洗步骤。
10.如权利要求1、2、3、4或5所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述吸附步骤压力为0——I. OMPa，所述抽真空步骤压力为-0. 09--0. 05Mpa,吸附床层温度在120°C以下。
11.如权利要求10所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述置换冲洗步骤压力为 0-0. 3MPa。
12.如权利要求1、2、3、4或5所述的高炉煤气浓缩的工艺，其特征在于，所述n台吸附塔每台吸附塔间隔1/n个时间周期依次执行所述一段变压吸附工序。
全文摘要
本发明提供了一种高炉煤气浓缩的工艺，包括预处理工序，用于去除高炉煤气中对吸附剂有害的物质；一段变压吸附工序，用于在预处理工序后，采用至少两台吸附塔循环进行吸附、均压降压、抽真空、均压升压和终升压步骤，获得CO体积分数大于或等于45％的产品气；其中，所述吸附剂为在相同的吸附温度和压力下对CO的静态吸附量为对CO2的静态吸附量1倍以上的吸附剂。本发明实现了一种能耗低、投资小、易于实现工业化的新型变压吸附浓缩高炉煤气的工艺。
文档编号C10K1/00GK102643681SQ20111004114
公开日2012年8月22日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者伍科, 唐伟, 张佳平, 李腾蛟, 田伟, 耿云峰, 谢有畅 申请人:北京北大先锋科技有限公司