利用炼钢过程煤气制取氢气的方法技术

一种利用炼钢过程煤气制取氢气的方法，其特征在于： ①以炼钢过程煤气为原料制取氢气，过程煤气中ＣＯ浓度为６０～８０％Ｖｏｌ，回收的煤气量７０～１１０Ｎｍ↑［３］／ｔ－钢水； ②该方法的工艺流程包括：炼钢系统提供过程煤气、过程煤气降温和除尘、水煤气变换反应、脱碳除硫、氢气提纯； ③过程煤气通过常规换热器进行降温，降温后，要求过程煤气温度≤４５０℃；煤气除尘采用布袋式除尘或旋风式除尘； ④过程煤气经降温除尘后，进入水煤气变换装置中，在水煤气变换催化剂的作用下，与水蒸汽发生水煤气变换反应，煤气与水蒸汽的配比（Ｖｏｌ％）为：１∶４～１，变换温度：２００～４５０℃，压力：０．１～５ＭＰａ，空速：３０００～１５０００ｈ↑［－１］； ⑤水煤气变换反应后，经冷却，所获得的富含氢气的混合气体需经脱碳除硫，分离出ＣＯ↓［２］和杂质硫，脱碳采用湿法脱碳，如二乙醇胺脱碳法，可脱除ＣＯ↓［２］＋Ｈ↓［２］Ｓ，脱除ＣＯ↓［２］和Ｈ↓［２］Ｓ后的气体中总硫含量为１０～１００ｐｐｍ。脱碳除硫过程温度：３０～７０℃；压力：０．３～１．５ＭＰａ； ⑥经脱碳除硫后的混合气体采用变压吸附制氢法，获取高纯氢气。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金和化工领域，涉及炼钢过程煤气的利用和氢气制取。
技术介绍
转炉和电炉炼钢是目前最主要的炼钢工艺技术。在转炉炼钢过程(或兑入部分铁水进行冶炼的电炉炼钢过程)中，还副产大量高热值煤气。在传统的钢铁生产流程中，炼钢过程副产的大量煤气主要作为钢铁联合企业的燃料气源，用于各种炉窑的加热、升温等。但都未能得到充分利用。炼钢过程副产的过程煤气，其CO含量高达60～80％Vol，可以成为合成重要的化工原料，但目前只能当成燃料烧掉，是很大的浪费。在现有技术中，常规的大规模制取氢气的原料是天燃气、煤等，其制氢的成本较高，并消耗了国家宝贵的和有限的资源。利用炼钢过程副产的过程煤气制取氢气将大大降低成本，有利于节省国家资源，有利于环保，且投资小，产氢量大，效益好，成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效的、低成本的利用炼钢过程煤气制取氢气的方法。针对上述目的，本专利技术以炼钢副产的过程煤气为主要原料，经必要的处理后，在催化剂作用下进行水煤气变换反应，水煤气变换的产物进行适当分离，最终获得大量廉价的高纯氢气。本专利技术利用炼钢过程煤气制取氢气的方法包括如下工艺流程炼钢系统提供过程煤气、过程煤气降温除尘、水煤气变换反应、脱碳除硫、氢气提纯。现仅以氧气转炉为例分述如下①转炉炼钢系统转炉炼钢以铁水、废钢为主要原料，以工业纯氧、石灰、白云石等为辅助原料。将带有产生高速氧气射流喷嘴的水冷氧枪从转炉上口插入炉内，使水冷氧枪端部与金属液体表面保持一定距离，利用高速氧气射流冲击金属液体，形成氧气与熔渣和金属液体相互混合的乳浊液。氧气快速氧化金属液体中的杂质元素(C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni等)，同时放出大量热量，保持金属液体始终处于高温状态。利用吹氧过程中加入炉内的石灰、白云石等造渣剂，与上述氧化反应产物发生作用，形成炉渣。该炉渣不断吸收氧化金属液体中所含杂质元素而生成的氧化产物。使金属液体逐渐转变成相对洁净的状态，由最初的铁水与废钢构成的液态混合物，转变为化学成分合格、温度合适的钢水(此过程简称炼钢过程)。炼钢过程中发生的反应，使该过程的气体产物(过程煤气)中CO浓度比较高(50～80％Vol)，其煤气量可达70～110Nm3/吨钢水。这种量大、CO浓度高的过程煤气正是制氢的廉价原料。②过程煤气降温除尘转炉炼钢系统提供的过程煤气需降温和除尘，通过常规的换热器进行降温，经降温后，要求过程煤气温度≤450℃；降温后进行除尘，煤气除尘采用布袋式除尘或旋风式除尘。③水煤气变换反应过程煤气经降温除尘后，进入水煤气变换装置中，在水煤气变换催化剂的作用下，与水蒸汽发生水煤气变换反应；煤气与水蒸汽的配比(Vol％)为1∶4～1，变换温度200～450℃，压力0.1～5MPa，空速3000～15000h-1；反应后，经冷却、分离，可获得富含氢气的混合气体。水煤气变换催化剂可为铁钼系、铬钼系耐硫变换催化剂中任一种，如SSK、K8-11、B301或NCBC中任一种。④脱碳除硫脱碳除硫主要是脱除混合气体中的CO2和H2S，从水煤气变换装置出来的气体包含H2、CO2以及未反应完的CO和杂质气体(如H2S)，故需进入脱碳除硫系统，进行脱碳除硫，分离出CO2和杂质硫，脱碳采用湿法脱碳，如二乙醇脱胺脱碳法，可脱除CO2和H2S。脱除CO2和H2O后，气体中总硫量为10～100ppm，脱碳除硫过程温度30～70℃；压力0.3～1.5MPa⑤氢气提纯经脱碳除硫后的混合气体采用变压吸附制氢法，可获得高纯度氢气。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点①转炉炼钢过程煤气得到合理、充分的应用，为国家节省了资源。②本专利技术投资小，产氢气量大，效益好，效率高。③制氢成本低。④有利于环保。附图说明附图1为本专利技术利用转炉炼钢过程煤气制取氢气的工艺流程图。图中，1为铁水等原料；2为氧气；3为转炉炼钢系统；4为过程煤气降温；5为除尘系统；6为水煤气变换反应；7为脱碳除硫；8为氢气提纯，A为钢水，B为过程煤气，C为氢气。实施例根据本专利技术所述的工艺流程，以顶吹氧气转炉炼钢的过程煤气为原料，制备了3批氢气，转炉炼钢的过程煤气经降温除尘，水煤气变换、脱碳脱硫和氢气提纯，获得三批氢气。3批转炉炼钢过程煤气的成分(Vol％)及煤气发生量如表1所示。在整个工艺流程中，煤气降温后的温度、水煤气变换反应中的参数、煤气与水蒸汽的配比以及催化剂列入表2中，在降温除尘过程中，采用旋风式除尘。水煤气变换反应后，进行脱碳除硫，脱碳除硫参数以及脱除CO2和H2O后气体中的总含硫量列入表3。表3中还列出三批试验最终所获得氢气产量.表1实施例转炉炼钢过程煤气的成分(％Vol) 表2 实施例工艺流程中的工艺参敉 表3实施例脱碳除硫参数以及脱除CO2和H2O后气体中的总含硫量及氢气产量。 权利要求1.一种利用炼钢过程煤气制取氢气的方法，其特征在于①以炼钢过程煤气为原料制取氢气，过程煤气中CO浓度为60～80％Vol，回收的煤气量70～110Nm3/t-钢水；②该方法的工艺流程包括炼钢系统提供过程煤气、过程煤气降温和除尘、水煤气变换反应、脱碳除硫、氢气提纯；③过程煤气通过常规换热器进行降温，降温后，要求过程煤气温度≤450℃；煤气除尘采用布袋式除尘或旋风式除尘；④过程煤气经降温除尘后，进入水煤气变换装置中，在水煤气变换催化剂的作用下，与水蒸汽发生水煤气变换反应，煤气与水蒸汽的配比(Vol％)为1∶4～1，变换温度200～450℃，压力0.1～5MPa，空速3000～15000h-1；⑤水煤气变换反应后，经冷却，所获得的富含氢气的混合气体需经脱碳除硫，分离出CO2和杂质硫，脱碳采用湿法脱碳，如二乙醇胺脱碳法，可脱除CO2+H2S，脱除CO2和H2S后的气体中总硫含量为10～100ppm。脱碳除硫过程温度30～70℃；压力0.3～1.5MPa；⑥经脱碳除硫后的混合气体采用变压吸附制氢法，获取高纯氢气。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于提供过程煤气的炼钢过程可为纯氧顶吹转炉炼钢过程、纯氧底吹转炉炼钢过程、纯氧顶底复合吹炼转炉炼钢过程和兑入部分铁水进行冶炼的电炉炼钢过程中的任一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于水煤气变换催化剂可为铁钼系、铬钼系耐硫变换催化剂中任一种，如SSK、K8-11、B301或NCBC中任一种。全文摘要本专利技术属于冶金和化工领域，涉及炼钢过程煤气的利用和氢气制取。本专利技术以炼钢过程煤气为原料，经过如下工艺流程炼钢系统、过程煤气降温除尘、水煤气变换反应、脱碳除硫、氢气提纯，最终获取高纯氢气。炼钢过程煤气经降温除尘后，通入水煤气变换装置，并在催化剂作用下，与水蒸汽进行水煤气变换反应，产生富含氢气的混合气体，混合气体经脱碳除硫后，分离出CO文档编号C01B3/06GK1418807SQ0215376公开日2003年5月21日 申请日期2002年12月6日 优先权日2002年12月6日专利技术者殷瑞钰, 刘浏, 黎汉生, 干勇, 王金福, 金庸, 曾加庆 申请人:钢铁研究总院, 清华大学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：殷瑞钰，刘浏，黎汉生，干勇，王金福，金庸，曾加庆，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，清华大学，
类型：发明
国别省市：