焦炉煤气精制工艺及精制系统的制作方法

本发明涉及焦炉煤气净化，尤其涉及一种焦炉煤气精制工艺及精制系统。

背景技术：

1、随着碳达峰、碳中和目标的不断推进，钢铁行业面临着减少碳排放、推进低碳冶金工艺的压力和挑战。焦炉煤气作为钢厂的副产品，其能通过气基竖炉技术替代焦炭用于高炉炼铁，实现钢厂的低碳生产，不仅可以降低吨钢的碳排放量，还能提高能源使用的收益率，推动钢铁行业的绿色发展。

2、气基竖炉技术典型的有三种工艺，包括midrex、hyl、pered，midrex工艺利用焦炉煤气非催化部分氧化产生co和h2的还原气，不需要催化剂，但需要对焦炉煤气进行源头净化以去除杂质。hyl工艺则需要对焦炉煤气进行深度净化，以消除btx等杂质对还原工艺的危害，从而生产直接还原铁。至于pered工艺，采用干重整技术，在催化剂的作用下将焦炉煤气催化重整为还原气，需要对气体中的硫进行脱除以保证催化剂的活性。对焦炉煤气进行深度净化是上述气基竖炉技术中的关键步骤，以确保生产高质量的直接还原铁。

3、传统焦炉煤气净化工艺主要包括干法多段净化吸附和湿法工艺。干法多段净化吸附工艺通过吸附剂的选择和使用，能够有效去除焦炉煤气中的硫化氢、有机硫等杂质。湿法工艺则主要包括湿法吸收和湿式氧化法；湿法吸收工艺采用碱性吸收液吸收焦炉煤气中的酸性气体，再通过反应和再生过程将其转化为硫酸或硫磺产品。湿式氧化法利用催化剂将焦炉煤气中的酸性气体氧化为单质硫，同时进行再生过程。然而，这些传统焦炉煤气净化工艺在脱硫效率、成本和环保方面存在一定的缺点。

4、随着绿色、低碳、可持续发展的要求越来越明确，传统焦炉煤气净化技术仍存在以下问题：传统的干法多段净化吸附工艺需要大量的吸附剂和设备，投资和运行成本较高。湿法工艺中的吸收液需要周期性更换，造成浪费和二次污染。此外，上述净化工艺对一些特定的杂质，如有机硫和氰化氢的去除效果相对较差。

5、因此，研究和开发满足氢冶金要求的高效焦炉煤气净化技术具有重要意义。新型的焦炉煤气净化技术应具备高脱硫效率、低成本、环保和可持续发展等特点，能够满足环保要求，提高能源利用效率，降低碳排放，促进钢铁行业的绿色发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种焦炉煤气精制工艺及精制系统，实现对焦炉煤气中硫的高效脱除，解决现有净化工艺中存在的杂质脱除效果较差、工艺复杂、以及成本高的问题。

2、本发明的上述技术目的主要通过以下技术方案实现：

3、一方面，本发明提供一种焦炉煤气精制工艺，用于将焦炉煤气净化为生产直接还原铁的还原气，所述焦炉煤气精制工艺包括吸附过程，所述吸附过程包括以下步骤：

4、步骤s1：通过水洗或焦炭吸附的方式去除所述焦炉煤气中的部分焦油和部分萘；

5、步骤s2：通过第一吸附剂进一步去除所述焦炉煤气中的焦油和萘、苯和苯系物、以及部分含硫杂质；

6、步骤s3：将经过初步吸附后的所述焦炉煤气进行过滤以去除颗粒杂质；

7、步骤s4：通过第二吸附剂去除过滤后的所述焦炉煤气中的硫化物，进而获得所述还原气。

8、本发明所述的焦炉煤气精制工艺，吸附过程采用多级吸附工艺，吸附焦炉煤气中的焦油、苯、萘、硫等杂质，实现焦炉煤气深度精脱硫超净处理，达到气基竖炉技术对于还原气的要求。同时，采用上述吸附过程处理后产生的还原气的杂质组分波动小，净化效果稳定可靠。

9、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述第一吸附剂为活性炭；和/或，所述第二吸附剂为碱改性的活性炭、分子筛、或者疏水改性的分子筛中的任一种。

10、在本实施方式中，组合利用分子筛和活性炭的不同特性，实现对焦炉煤气中不同杂质的高效吸附；同时利用活性炭对分子筛进行保护，提高了分子筛的使用寿命，降低了材料更换成本。用于初步吸附的第一吸附剂采用活性炭，活性炭成本低，更换周期在两年以上，进一步降低了一次投资和换料成本。

11、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述焦炉煤气精制工艺还包括解吸过程，在所述第一吸附剂和所述第二吸附剂达到饱和时，停止所述吸附过程而启动所述解吸过程，所述解吸过程包括以下步骤：

12、步骤s5：将所述吸附过程中产生的部分所述还原气进行加热升温；

13、步骤s6：将升温后的所述还原气用于所述第一吸附剂和所述第二吸附剂的再生，进而产生解吸气。

14、在本实施方式中，采用吸附深度净化与解吸分离相结合的工艺技术，通过解吸过程实现吸附物的资源化回收利用，从而减少环境污染和资源浪费。

15、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述解吸过程还包括以下步骤：

16、步骤s7：将所述解吸气送至焦化厂进一步加工利用。

17、在本实施方式中，解吸气中含有大量的焦油、苯、萘、硫等物质，且其含量远高于焦炉煤气中的含量，因此可以再次通回焦化厂进行重新利用。

18、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述焦炉煤气精制工艺还包括冷吹过程，在完成所述解吸过程后启动所述冷吹过程，所述冷吹过程包括以下步骤：

19、步骤s8：将所述吸附过程中产生的部分所述还原气用于再生后的所述第一吸附剂和所述第二吸附剂的吹扫冷却。

20、在本实施方式中，在完成第一吸附剂和第二吸附剂的再生后，由于吸附过程中，需要维持在低温环境，以提高各个吸附阶段中的吸附效果；因此直接通过未加热的还原气对第一吸附剂和第二吸附剂进行吹扫冷却，以加快第一吸附剂和第二吸附剂的冷却速率，进而使得工艺系统能快速再次进行吸附过程。

21、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述解吸过程中加热升温后的所述还原气的温度为180℃～250℃。

22、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述吸附过程中所述焦炉煤气的流动速度为0.5m/s～2.0m/s。

23、另一方面，本发明还提供一种焦炉煤气精制系统，用于将焦炉煤气净化为生产直接还原铁的还原气，所述焦炉煤气精制系统包括吸附管线，所述吸附管线的入口通有焦炉煤气，沿所述吸附管线内所述焦炉煤气的流动方向，所述吸附管线上依次设有：

24、用于去除所述焦炉煤气中的焦油和萘的除油塔，所述除油塔为水洗塔或焦炭吸附塔；

25、用于进一步去除所述焦炉煤气中的焦油和萘、苯及苯系物和部分含硫杂质的预处理塔，所述预处理塔为内设有吸附剂的吸附塔；

26、用于对预处理后的所述焦炉煤气进行过滤的过滤器；

27、用于去除经过过滤后所述焦炉煤气中的硫化物的脱硫塔，所述脱硫塔为内设有吸附剂的吸附塔。

28、本发明所述的焦炉煤气精制系统，吸附管线上设有能对焦炉煤气进行多级吸附的除油塔、预处理塔和脱硫塔，吸附焦炉煤气中的焦油、苯、萘、硫等杂质，实现焦炉煤气深度精脱硫超净处理，达到气基竖炉技术对于还原气的要求。同时，采用上述精制系统处理后产生的还原气的杂质组分波动小，净化效果稳定可靠。

29、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述焦炉煤气精制系统包括解吸管线，所述解吸管线的入口端与所述吸附管线的出口端相连，所述解吸管线的出口端与所述脱硫塔相连，所述解吸管线上设有脱硫塔解吸气换热器。

30、在本实施方式中，当脱硫塔内的吸附剂达到饱和状态时，解吸管线能将部分还原气加热后通入脱硫塔，用于脱硫塔内吸附剂的解吸再生，进而实现脱硫塔内吸附剂的重新利用。

31、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述脱硫塔解吸气换热器上游的所述解吸管线与所述脱硫塔之间设有冷吹管线。

32、在本实施方式中，由于脱硫塔内的吸附剂在低温时具有较佳的吸附效果，因此利用高温还原气再生后，通过冷吹管线向脱硫塔内通入低温还原气进行冷却吹扫，以提高脱硫塔的冷却速率。

33、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述焦炉煤气精制系统包括解吸管线，所述解吸管线的入口端与所述吸附管线的出口端相连，所述解吸管线的出口端与所述预处理塔相连，所述解吸管线上设有预处理塔解吸气换热器。

34、在本实施方式中，当预处理塔内的吸附剂达到饱和状态时，解吸管线能将部分还原气加热后通入预处理塔，用于预处理塔内吸附剂的解吸再生，进而实现预处理塔内吸附剂的重新利用。

35、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述预处理塔解吸气换热器上游的所述解吸管线与所述预处理塔之间设有冷吹管线。

36、在本实施方式中，由于预处理塔内的吸附剂在低温时具有较佳的吸附效果，因此利用高温还原气再生后，通过冷吹管线向预处理塔内通入低温还原气进行冷却吹扫，以提高预处理塔的冷却速率。

37、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述焦炉煤气精制系统包括解吸管线，所述解吸管线的入口端与所述吸附管线的出口端相连，所述解吸管线的出口端连接有第一分支管线和第二分支管线；所述第一分支管线与所述脱硫塔相连，所述第一分支管线上设有脱硫塔解吸气换热器；所述第二分支管线与所述预处理塔相连，所述第二分支管线上设有预处理塔解吸气换热器。

38、在本实施方式中，当脱硫塔内的吸附剂达到饱和状态时，解吸管线和第一分支管线能将部分还原气加热后通入脱硫塔，用于脱硫塔内吸附剂的解吸再生，进而实现脱硫塔内吸附剂的重新利用；当预处理塔内的吸附剂达到饱和状态时，解吸管线和第二分支管线能将部分还原气加热后通入预处理塔，用于预处理塔内吸附剂的解吸再生，进而实现预处理塔内吸附剂的重新利用。

39、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述脱硫塔解吸气换热器上游的所述第一分支管线与所述脱硫塔之间设有第一冷吹管线；和/或，所述预处理塔解吸气换热器上游的所述第二分支管线与所述预处理塔之间设有第二冷吹管线。

40、在本实施方式中，由于脱硫塔内的吸附剂在低温时具有较佳的吸附效果，因此利用高温还原气再生后，通过第一冷吹管线向脱硫塔内通入低温还原气进行冷却吹扫，以提高脱硫塔的冷却速率；由于预处理塔内的吸附剂在低温时具有较佳的吸附效果，因此利用高温还原气再生后，通过第二冷吹管线向预处理塔内通入低温还原气进行冷却吹扫，以提高预处理塔的冷却速率。

41、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述脱硫塔还连接有第一解吸气管线；和/或，所述预处理塔还连接有第二解吸气管线。

42、在本实施方式中，第一解吸气管线和第二解吸气管线能将再生过程中产生的解吸气通向焦化厂，进而对解吸气中含有大量的焦油、苯、萘、硫等物质进行重新利用。

43、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述脱硫塔的入口处连接的所述吸附管线和出口处连接所述吸附管线之间设有第一回流管线；和/或，所述预处理塔的入口处连接的所述吸附管线和出口处连接的所述吸附管线之间设有第二回流管线。

44、本实施方式中，第一回流管线和第二回流管线能将用于吹扫冷却的还原气通回吸附管线内，避免还原气产生浪费。

45、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述预处理塔内的吸附剂为活性炭；和/或，所述脱硫塔内的吸附剂为活性炭、分子筛、或者疏水改性的分子筛中的任一种。

46、在本实施方式中，组合利用分子筛和活性炭的不同特性，实现对焦炉煤气中不同杂质的高效吸附；同时利用活性炭对分子筛进行保护，提高了分子筛的使用寿命，降低了材料更换成本。用于预处理塔内的吸附剂采用活性炭，成本低，更换周期在两年以上，进一步降低了一次投资和换料成本。

47、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述吸附管线上还设有焦炉煤气鼓风机。

48、在本实施方式中，焦炉煤气鼓风机能为吸附管线内焦炉煤气的流动提供动力。

49、在本发明的一个较佳的实施方式中，所述解吸管线上设有解吸气鼓风机。

50、在本实施方式中，解吸气鼓风机能为解吸管线内还原气的流动提供动力。