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鋼廠轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化新方法

文檔作者：楊云張信凱李小榮文檔來(lái)源： 1．四川天一科技股份有限公司變壓吸附分離工程研究所 2．云南云維集團(tuán)沾化分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月11日
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第1期 楊 云等：鋼廠轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化新方法 57
鋼廠轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化新方法
楊 云 ，張信凱 ，李小榮
(1．四川天一科技股份有限公司變壓吸附分離工程研究所，四川成都610225；
2．云南云維集團(tuán)沾化分公司，云南 曲靖655338)
摘要：介紹了一種鋼廠轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化新方法及其在一個(gè)利用焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣制甲醇項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用。該法第一步
通過(guò)變溫吸附( A)除去轉(zhuǎn)爐煤氣中的硫、磷、砷等有害雜質(zhì)，然后進(jìn)一步通過(guò)吸附的方法除去殘留的微量砷。該工藝具有凈
化度高，自動(dòng)化控制，操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益好的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)爐煤氣凈化運(yùn)行成本僅為0．0144元，m 。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐煤氣；凈化；TSA；吸附法；工業(yè)應(yīng)用；甲醇
中圖分類號(hào)：TF09；TQ028．15；X51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1001-9219(2014)01-57—03
目前．我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量高居世界首位，年產(chǎn)量已
達(dá)近7億t。轉(zhuǎn)爐吹氧冶煉過(guò)程中爐內(nèi)鐵水與吹入
的氧氣化學(xué)反應(yīng)生成爐氣，其反應(yīng)式為：
2C+O~2CO
2C+202=2CO2
2CO+O2=2CO2
同時(shí)。在吹煉過(guò)程中向轉(zhuǎn)爐添加各類輔助原料
時(shí)，也會(huì)生產(chǎn)爐氣。其反應(yīng)式為：
Fe203+3C=2Fe+3CO
Fe,．
O3+C=2FeO+CO
在采用吹氧冶煉的氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，其尾
氣氣量、成分和溫度隨冶煉階段呈周期性變化。在
吹煉中期CO體積分?jǐn)?shù)高達(dá)80％以上，一般情況下，
轉(zhuǎn)爐煤氣成分中CO的體積分?jǐn)?shù)約占55％～66％。當(dāng)
爐內(nèi)溫度較高時(shí)，碳的主要氧化物是CO，約占
90％，同時(shí)有少量的碳與氧直接作用產(chǎn)生CO ，或
CO從鋼液表面逸出后再與氧作用產(chǎn)生CO2，其總量
約占10％。鋼廠尾氣典型組成如下表1所示。
表1 鋼廠尾氣典型組成
收稿日期：2013．10．15；作者簡(jiǎn)介：楊云(1968一)，男，教授級(jí)高
工．電話13679007009，電郵yy6872@sina．COrn。
鋼鐵工業(yè)是物耗、能耗大戶，我國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企
業(yè)噸鋼可比能耗約為950kg標(biāo)煤。轉(zhuǎn)爐煤氣是寶貴
的優(yōu)質(zhì)資源，其熱值雖然不大，但其數(shù)量較大，有較
高的回收價(jià)值。按照每噸鋼回收轉(zhuǎn)爐煤氣60m3計(jì)，
每年可回收410多億m3折1000多萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。開(kāi)
發(fā)并推廣煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收與利用技術(shù)可獲
得節(jié)能與環(huán)保雙重效益，是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼工序負(fù)能
耗、建立節(jié)約型社會(huì)、走可持續(xù)發(fā)展道路的重要手
段。
1 國(guó)內(nèi)外各種凈化方法
隨著氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的發(fā)展，煉鋼工藝的日
趨完善。相應(yīng)的凈化技術(shù)也在不斷地發(fā)展完善。目
前。氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的凈化回收主要有以下2種方
法。
一種是日本新日鐵和川崎公司于上世紀(jì)60年
代聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制成功的煤氣濕法(OG法)凈化回收
系統(tǒng)。OG法系統(tǒng)主要由煙氣冷卻、凈化、煤氣回收
和污水處理等部分組成，凈化后的煤氣大多作為燃
料被回收利用。該技術(shù)存在的缺點(diǎn)：一是處理后的
煤氣含塵量較高，達(dá)lOOmg／ms以上，要利用此煤
氣。需在后部設(shè)置濕法電除塵器進(jìn)行精除塵，將其
含塵質(zhì)量濃度降至10mg／m3以下；二是系統(tǒng)存在二
次污染。其污水需進(jìn)行處理；三是系統(tǒng)阻損大，所以
能耗大，占地面積大，環(huán)保治理及管理難度較大。
另一種是德國(guó)LURGI(魯奇)公司和THYSSEN
(蒂森)鋼廠在上世紀(jì)60年代末聯(lián)合開(kāi)發(fā)的煤氣干
法(LT法1凈化回收系統(tǒng)。LT法系統(tǒng)主要是由煙氣冷
卻、凈化回收和粉塵壓塊3大部分組成。LT法與
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58 天然氣,It_v-(C 化學(xué)與化工) 2014年第39卷
OG法相比的主要優(yōu)點(diǎn)：一是除塵凈化效率高，粉塵
質(zhì)量濃度降至10mg／m。以下：二是該系統(tǒng)全部采用
干法處理，不存在二次污染和污水處理；三是系統(tǒng)
阻損小，煤氣熱值高，回收粉塵可直接利用，降低了
能耗；四是系統(tǒng)簡(jiǎn)化，占地面積小，便于管理和維
護(hù)。因此，LT法干法除塵技術(shù)比0G法濕法除塵技
術(shù)有更高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。從而獲得世界各
國(guó)的普遍重視和采用。國(guó)內(nèi)許多鋼鐵公司已經(jīng)意識(shí)
到LT法凈化回收技術(shù)的優(yōu)越性。
隨著世界能源危機(jī)的加深，石油和天然氣的價(jià)
格不斷上漲，使鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)廢氣中H 、CO、CH 、
CO 等組分的回收利用受到重視。鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)氣
的有效利用的關(guān)鍵技術(shù)之一就是解決氣體凈化，吸
附分離(PSA)技術(shù)為鋼鐵企業(yè)提供了可靠的技術(shù)
支持。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品成本是企業(yè)占領(lǐng)市場(chǎng)
的關(guān)鍵，也是企業(yè)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的根本，運(yùn)用鋼鐵
企業(yè)廉價(jià)的副產(chǎn)氣生產(chǎn)高附加值的高純H 、CO、
CH 、CO ，并進(jìn)一步深加工利用，可大大改善鋼鐵企
業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。
2 轉(zhuǎn)爐煤氣凈化新方法主要技術(shù)介
紹
轉(zhuǎn)爐煤氣是使用轉(zhuǎn)爐進(jìn)行冶金過(guò)程中排出的
廢氣，其主要成分是CO、CO2和N2，其中 (CO)在
60％～80％，平均發(fā)熱量約為8000kJ／m3，是一種非常
理想的化工原料氣和燃料氣。轉(zhuǎn)爐煤氣不僅有極大
的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣回收和利用，還
可以減少環(huán)境的污染，因此對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣的回收和利
用具有重要意義。
現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煤氣凈化技術(shù)主要針對(duì)降溫除塵以
及鐵粉的回收。回收的凈化氣由于仍存在體積分?jǐn)?shù)
近100xl0 的硫、磷、砷及其化合物等有毒有害雜
質(zhì)，一般只能用作燃料，造成了資源的浪費(fèi)。為進(jìn)一
步提高轉(zhuǎn)爐煤氣的應(yīng)用價(jià)值，使其成為合格的化工
原料，需要對(duì)其進(jìn)行深度凈化，而如何使得硫、磷、
砷及其化合物等主要微量雜質(zhì)組分的含量滿足化
工生產(chǎn)要求．成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
作為化工原料一般要求硫、磷、砷及其化合物
等有毒有害雜質(zhì)體積分?jǐn)?shù)均小于0．1×lO ，可用的
凈化技術(shù)有濕法和干法兩大類。濕法脫硫是以堿性
溶液為脫硫劑，化學(xué)吸收脫除硫化物，主要脫除硫
化氫，濕法脫硫量大，但精度有限；于法脫硫是以固
體吸附劑為脫硫劑，吸附脫除硫化物。干法可達(dá)較
高精度，但硫容偏低，經(jīng)濟(jì)性較差。典型的轉(zhuǎn)爐煤氣
脫硫技術(shù)有石灰石．石膏法。噴霧干燥法，電子束法，
氨法等。由于轉(zhuǎn)爐煤氣中硫化物形態(tài)多為氧化態(tài)的
SO 和COS，對(duì)氧化態(tài)的SO 和COS，尤其是COS
要達(dá)到精脫指標(biāo)，需要進(jìn)行水解轉(zhuǎn)化為H ，再通過(guò)
吸收或吸附的方法脫除，流程復(fù)雜、成本較高。
四川天一科技股份有限公司下屬變壓吸附分
離工程研究所經(jīng)過(guò)多年研究．成功開(kāi)發(fā)出新的工藝
技術(shù)和獨(dú)特的吸附劑，可根據(jù)要求將轉(zhuǎn)爐煤氣中的
有毒有害雜質(zhì)體積分?jǐn)?shù)分別凈化到1xl 級(jí)和1×
10-9級(jí)。凈化后的轉(zhuǎn)爐煤氣可用于焦?fàn)t煤氣制甲醇
的補(bǔ)碳等用途。此工藝具有流程簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度
高、操作成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
黑龍江建龍鋼鐵有限公司是一家大型鋼鐵聯(lián)
合企業(yè)，為實(shí)現(xiàn)資源綜合利用。在2010年建設(shè)l0
萬(wàn) a焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣制甲醇項(xiàng)目中所配套的
凈化裝置中．選用四川天一科技股份有限公司變壓
吸附分離工程研究所開(kāi)發(fā)的“從轉(zhuǎn)爐氣中凈化回收
有效組份的新工藝”技術(shù)。該裝置處理轉(zhuǎn)爐煤氣的
能力為13025m3,qa，2011年1O月裝置投運(yùn)。一次開(kāi)
車成功生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品凈化氣，很好地滿足甲醇
合成催化劑的要求。
該轉(zhuǎn)爐煤氣凈化裝置設(shè)計(jì)工況簡(jiǎn)介如下：
1)原料氣是轉(zhuǎn)爐煤氣，其組成見(jiàn)表2。原料氣處
理量：13025m3／h。
表2 轉(zhuǎn)爐煤氣組成
坌 蘭 蘭 三 三壘! 三 ： 蘭
口 2．00 0．47 21．50 60．00 16．00 0．01 0．02 1 x10一 1×10’ 飽和100
2)凈化氣有害物體積分?jǐn)?shù)： P≤0．1 xl0 、
Ehs~<5~10-9,ZF~<0．1x10 ；
3)工藝流程
流程框圖如圖l所示
圖1 轉(zhuǎn)爐煤氣凈化新工藝流程框圖
②凈化 c
③解吸氣
來(lái)自廠方氣柜的原料氣加壓后進(jìn)入吸附凈化
單元，在此原料氣中的S、P、As、F等微量雜質(zhì)組分
被凈化塔中裝填的吸附劑選擇性吸附。吸附在吸附
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第1期 楊 云等：鋼廠轉(zhuǎn)爐煤氣的凈化新方法 59
劑上的雜質(zhì)組分經(jīng)加熱沖洗脫附，每臺(tái)吸附器在不
同時(shí)間依次經(jīng)歷吸附、逆放、加熱沖洗、冷吹、升壓
等步序。凈化氣再進(jìn)入精制單元，在此凈化劑為一
次性使用，兩塔配置，可利用大修期間更換，保證裝
置穩(wěn)定運(yùn)行。獲得的達(dá)標(biāo)凈化氣輸出至合成氣壓縮
機(jī)進(jìn)口。
本技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中轉(zhuǎn)爐煤氣
凈化后仍然含有大量雜質(zhì)，無(wú)法滿足化工生產(chǎn)要求
的不足。流程簡(jiǎn)單、投資較少，可以有效降低轉(zhuǎn)爐煤
氣中有毒有害雜質(zhì)的含量，滿足化工生產(chǎn)對(duì)原料的
要求。提供的專用吸附劑，通過(guò)改性使其表面呈現(xiàn)
弱堿性和一定的活性，有較強(qiáng)的吸附硫、磷、砷及其
化合物的能力和較高的脫除精度。由于采用抽空或
沖洗方式再生都不能達(dá)到吸附劑循環(huán)使用的要求，
因此選用變溫吸附方式，在常溫下吸附、在升溫后
沖洗再生。精制單元主要是采用固定床反應(yīng)器催化
吸收。脫除混合氣中的砷化物，凈化氣出口砷體積
分?jǐn)?shù)可低至5xlar9以下。由于硫化物、磷化物會(huì)使
凈化劑的活性組分失活，因此將精制單元放在凈化
末端。該技術(shù)采用吸附分離工藝對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行處
理，不僅對(duì)硫、磷、砷及其化合物的脫除精度高，并
且能將轉(zhuǎn)爐煤氣中的其它雜質(zhì)均可從質(zhì)量濃度
lm m 5oom m 脫除至體積分?jǐn)?shù)<0．1xlO ，其中砷
化物可達(dá)<5xlO ，而且操作自動(dòng)化、流程簡(jiǎn)單、再生
簡(jiǎn)便、投資較少。
3 裝置的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益
轉(zhuǎn)爐煤氣凈化裝置作為甲醇合成氣補(bǔ)碳來(lái)源，
投入運(yùn)行后可處理轉(zhuǎn)爐煤氣1。04xlO。m3，a(以8000h
計(jì))，減少了廢氣的排放量，從而改善了環(huán)境質(zhì)量，
解決了鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)中的一大環(huán)保難題，真正做到
了達(dá)標(biāo)排放，其產(chǎn)生的社會(huì)、環(huán)保效益十分巨大。而
轉(zhuǎn)爐煤氣凈化成本較低，見(jiàn)表3。
表3 轉(zhuǎn)爐煤氣凈化成本
注：表中單價(jià)均為估計(jì)值，電耗未計(jì)入壓縮機(jī)消耗
上表數(shù)據(jù)顯示，轉(zhuǎn)爐煤氣凈化運(yùn)行成本極少，
僅為0．0144元，m，，用于甲醇生產(chǎn)將產(chǎn)生顯著經(jīng)濟(jì)
效益。
4 結(jié)語(yǔ)
由四川天一科技股份有限公司變壓吸附分離
工程研究所開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)爐煤氣凈化新技術(shù)在黑龍江建
龍鋼鐵有限公司投入工業(yè)化并穩(wěn)定運(yùn)行，證明了目
前對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收治理已有了行之有效的工
藝方法。
本工藝具有凈化效率高，自動(dòng)化控制，操作簡(jiǎn)
便。經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益好的特點(diǎn)。該技術(shù)的工業(yè)化不僅
使利用轉(zhuǎn)爐煤氣為焦?fàn)t煤氣制甲醇裝置補(bǔ)碳，從而
改善甲醇生產(chǎn)工藝。節(jié)約了能源成為可能。而且還
治理了鋼廠環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t氣煤氣的
綜合利用，達(dá)到了節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目的，
為我國(guó)鋼廠調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。具有很
好的推廣使用價(jià)值。
A novel process for purification of steel plant converter gas
YANG Yun~,ZHANG Xin—k LI Xiao—ron窖
(1．PSA Business Group，Sichuan Tianyi Science and Technology Co．，Ltd．，Chengdu 610225，China
2．Zhanhua Branch of Yunnan Yunwei Group Co．，Ltd．，Qujing 655338，China)
Abstract：A novel process for purification of steel plant converter gas by removing the harmful substances such as sulfur，
~osohOroUS and arsenic using a temperature swing adsorption 0"3A)technique and further removing the arsenic remaining in the gas
using a adsorption technique and its practical application in a methanol plant with coke oven gas and converter gas as feedstock were
introduced．This process had the advantages of high purifying degree，automation control，simple operation，and good economic and
environmental benefits．The cost of purification was only 0．0144 RMB per cubic meter converter gas．
Keywords：converter gas；purification；TSA；adsorption；industrial application；methanol

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