专利名称：一种冶金烟气用于煤气化的方法
技术领域：
本发明涉及一种冶金烟气资源化利用新方法，属于冶金工程与能源化工领域。
背景技术：
能源资源是经济发展的基础。仅从我国目前掌握的能源资源看，煤炭的剩余可采储量约为1100亿吨，石油的剩余可采储量约为24亿吨，天然气的剩余可采储量约为2万亿立方米，其人均拥有量分别为世界人均水平的70%、10%和5%。而随着我国经济快速发展和人民生活水平的提高，我国能源需求将持续增长。解决好我国现在和未来能源供应问题，保证经济稳定可持续发展，除了转变经济增长方式，提高能源利用效率，还必须重视新能源的开发利用，增加能源供应方式和供应量。 我国作为世界上的冶金大国，承载了全球大部分钢铁与主要有色金属的冶炼任务，冶金行业的能源消耗占全国20%以上。冶金行业也因此成为节能的重要承担着，其节能降耗对于缓解我国能源紧张状况有着重要的作用。冶金高温反应过程中，烟气通常会带走反应器总供热量的20 50%。近年我国在冶金余热回收上取得了较大的进展，但对与世界先进水平仍存在一定的差距，部分余热无法被利用或者在利用过程中存在很多问题。冶金烟气余热难以利用的一主要原因是由于冶金烟气成分十分复杂，通常烟气中会含有挥发性低熔点氧化物与难挥发性氧化物粉尘、还原性气体(CO与H2等)与酸性气体(NOx与SOx等)等，其复杂成分造成烟气中余热难以很好的回收利用。目前，冶金烟气的利用形式主要为烟气热量交换的形式进行余热发电。其中钢铁行业中，高炉煤气含有大量的可燃成分(ch4、co、h2等)具有一定的燃烧热值，大多用作钢厂燃料或燃烧发电，也有部分钢铁企业采用高炉煤气余压发电。有色冶金行业中，其火法冶炼过程烟气只有少数冶炼厂采用烟气余热回收发电，很多厂家仍采用锅炉加热蒸汽-蒸汽耗散的形式进行烟气降温，烟气中热量未得到很好的利用。鉴于现有冶金烟气余热利用过程中存在的问题，结合冶金烟气通常含有大量杂质与还原性气体的特性，提出了利用冶金烟气进行煤气化方法，将烟气中的余热转化为煤气化的化学能，提高烟气余热能量品位并综合利用其中可燃成分。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种冶金烟气用于煤气化的技术，这种冶金烟气余热利用耦合煤气化技术不仅能够实现烟气余热高效转化，还可综合利用烟气中可能存在的可燃成分。该技术的实施将对冶金烟气资源化利用将产生重要的影响。本发明的技术方案包括以下具体步骤如图I所示，将温度低于600°C的冶金烟气与水蒸气、二氧化碳的一种或者两种任意比例的气体混合，在冶金烟气温度低于800°C可以辅助通入氧气，然后将上述混合气体通入煤中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，得到经过净化的C0、H2的一种或两种。所述冶金烟气为高温冶金反应设备反应后尾气，冶金设备正常运行条件下烟气温度在600 1700°C范围内。冶金烟气作为主要热量来源，在其热量不能满足煤气化反应所需热量时可辅助通入少量氧气提高反应温度，其中所述氧气的通入可间歇或连续的方式供入，供入量以满足反应热量为原则进行调整。(以水蒸气单独或水蒸气与二氧化碳同时作为气化气体时候其含有大量成分为H2与CO气体，以二氧化碳作为气化气体时其含有的大量成分为CO)
所述煤的加入量与各种反应气体的比例为煤的加入量超过煤气化反应用量，煤为普通工业用煤。
所述煤气化反应温度为800 1700°C，反应压力O. I 8. 5MPa，反应形式可为连续式或间歇式，反应条件对煤的粒度要求各不相同，煤的粒度越大，反应温度越高，反应压力越高，反之，煤的粒度越小，反应温度越低，反应压力越低。所述余热回收可采用蒸汽发电形式或换热后用作其他用途，净化包括除尘、脱硝、脱硫等工序，最终得到的由CO与H2组成的供作燃料的合成气，可以用于合成甲醇与二甲醚组成的合成化工用的产品。本发明还可以同时联合整体煤气化联合循环发电系统(Integrated GaficationCombined Cycle, IGCC)与合成气制备液体燃料系统(Gas-To-Liquid, GTL)等现有技术进一步将烟气与煤资源化。本发明的实施为冶金烟气的利用提供了一种新途径，其优势在于可以进行实时调节进行温度不稳定烟气的利用；可从资源再利用或提高热值方面对烟气中可燃分进行高效利用；与烟气利用相结合可以提高煤的利用效率。本发明的优点和积极效果
(O资源化利用烟气余热与其中可能存在的可燃成分；
(2)通过与煤气化技术相结合，可以提高烟气余热与可燃分品质，最终达到提高烟气余热利用效率；
(3)如将CO2作为气化反应原料，该发明的实施还可以实现二氧化碳的资源化利用，减少碳排放。
图I为本发明冶金烟气用于煤气化工艺示意图。
具体实施方案实施例I :本实施例的具体制备步骤为如图I所示，将温度为800°C的冶金烟气与水蒸气混合，然后将上述混合气体通入优质无烟煤颗粒中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，最终得到经过净化的co、h2。反应条件和反应结果如表I和表2所示。采用的煤粉为优质无烟煤100g，粒度20-40目，水蒸气流量1g/min,氧气流量0 Nm3/h。表I模拟烟气流量、温度与成分
烟气温度压力 1 CO CH4 CO3 H2O I O2 I H2 I N2 CMmiIh % % % % % % %
§00 I O.IMpa I I | 2 | I | 6 | I [ 5 | 2 [ 83表2反应后尾气流量、温度与成分
烟气湯度压力 1 CO CH4 CO2 H2O I O2 I H2 I N2tCNm3Zh % % % % % % %
750 Q JMpa 193 ^5.2 0.5 3,1 0.5 2,6 25.2 42.9
实施例2 :本实施例的具体制备步骤为如图I所示，将温度为1000°C的冶金烟气与水蒸气，然后将上述混合气体通入煤中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，最终得到经过净化的CO、H2。反应条件和反应结果如表3和表4所示。采用的煤粉为优质无烟煤100g，粒度20 40目，水蒸气流量1 g/min，氧气流量0NmVh0表3模拟烟气流量、温度与成分
趣气湯度 I!力烟气I CO CH1 CO2 I H2O I O2 I H3 I N2 1C _ Nm^ % % % % % % %
1000 DiMpa I I__OS | I [ 6280
表4反应后尾气流量、温度与成分
烟气温度 I I 尾气11 CO I CH4CO3 H2O I O2I H3I N2
VNm3A % %% %%%%
900 OiMpa 2^43 30.5 0.0 13 0^4 2.5 30i 32J
实施例3 :本实施例的具体制备步骤为如图I所示，将温度为600°C的冶金烟气与水蒸气，协助通入氧气，然后将上述混合气体通入煤中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，最终得到经过净化的C0、H2。反应条件和反应结果如表5和表6所示。采用的煤粉为优质无烟煤100g，粒度20 40目，水蒸气流量1 g/min,氧气流量5 Nm3/h。表5模拟烟气流量、温度与成分
mm 压力烟气s Co I Ch4 Co21H2OI O2 I H2 I W2
V___Mm1Zh % % % % % % %
_ OJMps I 2 I O5I II 9I80 表6反应后尾气流量、温度与成分
MHrn I I 尾气i| CO I CH41CO2I H2OI O2I H2I N2
tC 刀 NiA % %%%%%%
800 IdJMpa 2J8 30.5 0.0 3.3 [ 0'41 4.5 30.5 30.P
实施例4 :本实施例的具体制备步骤为如图I所示，将温度为1700°C的冶金烟气与水蒸气，然后将上述混合气体通入煤中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，最终得到经过净化的C0、H2。反应条件和反应结果如表7和表8所示。采用的煤粉为优质无烟煤100g，粒度20 40目，水蒸气流量1 g/min，氧气流量0NmVh0表7模拟烟气流量、温度与成分
烟气温度压力烟气量' CO I CH| I CO3 I H2O I~I~~I N2~I VNm3A % % % % % % % 1700 OJMpa I 2 | O5I9280 表8反应后尾气流量、温度与成分 烟气湯度 I Λ , I 尾气量| CO I CH4 ICO2I H2O I O2I H2I N2 O Nm3A % %%%%%%
1000 OJMpa 3 30 5 °·° 4—31 °.41 15 29'5 319
实施例5 :本实施例的具体制备步骤为如图I所示，将温度为iioo°c的冶金烟气与二氧化碳气体混合，然后将上述混合气体通入煤中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，最终得到经过净化的CO。反应条件和反应结果如表9和表10所示。采用的煤粉为优质无烟煤150g，粒度20 40目，二氧化碳流量I Nm3/h,氧气流量0 Nm3/h。表9模拟烟气流量、温度与成分
烟气St 压力 Η CO I CH4 CO2 I H2O I O2 I H2 I N2 ΓNm3Zh % % % % % % % 1100 OJMpa I I [ O 8 |I [6280 表 ο反应后尾气流量、温度与成分 MHm C1T IM^lI CO I CH4co2 Ih2o IO2I H5I N2
tC 刀 % %%%%%%
900 I OJMpal 2J0 別 | 0.01 3.01 0.41 2.21 HO | 29.6
实施例6 :本实施例的具体制备步骤为如图I所示，将温度为1000°C的冶金烟气与水蒸气、二氧化碳气体混合，然后将上述混合气体通入煤中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，最终得到经过净化的co、h2。反应条件和反应结果如表11和表12所示。采用的煤粉为优质无烟煤150g，粒度20 40目，水蒸气流量1g/min, 二氧化碳流量I Nm3/h,氧气流量0 Nm3/h。表11模拟烟气流量、温度与成分
烟气溢ft 压力 1 CO I CH4 CO2 I H2O I O2 I H3 I N2 tC _ IkA % % % % % % %
1000 SiMpa I I [ O 5 | I [ 9 2 80
表12反应后尾气流量、温度与成分
权利要求
1.一种冶金烟气用于煤气化的方法，其特征在于将温度低于600°C的冶金烟气与水蒸气、二氧化碳的一种或者两种任意比例的气体混合，在冶金烟气温度低于800°C可以辅助通入氧气，然后将上述混合气体通入煤中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，得到经过净化的CO、H2的一种或两种。
2.根据权利要求I所述的冶金烟气用于煤气化的方法，其特征在于所述冶金烟气为高温冶金反应设备反应后尾气，冶金设备正常运行条件下烟气温度在600 1700°C。
3.根据权利要求I所述的冶金烟气用于煤气化的方法，其特征在于所述氧气的通入可间歇或连续的方式供入，供入量以满足反应热量为原则进行调整。
4.根据权利要求I所述的冶金烟气用于煤气化的方法，其特征在于所述煤的加入量与各种反应气体的比例为煤的加入量超过煤气化反应用量，煤为普通工业用煤。
5.根据权利要求I所述的冶金烟气用于煤气化的方法，其特征在于所述煤气化反应温度为800 1700°C，反应压力0. I 8. 5MPa。
全文摘要
本发明涉及一种冶金烟气用于煤气化的方法，属于冶金工程与能源化工领域。将温度低于600℃的冶金烟气与水蒸气、二氧化碳的一种或者两种任意比例的气体混合，在冶金烟气温度低于800℃可以辅助通入氧气，然后将上述混合气体通入煤中进行煤气化反应，最后将煤气化反应后得到的尾气进行余热回收和净化处理，最终得到经过净化的CO、H2的一种或两种。可以进行实时调节进行温度不稳定烟气的利用；可从资源再利用或提高热值方面对烟气中可燃分进行高效利用；与烟气利用相结合可以提高煤的利用效率。
文档编号C10J3/00GK102965153SQ20121050959
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者李孔斋, 祝星, 王 华, 魏永刚, 胡建杭 申请人:昆明理工大学