【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及烟气资源化，特别是涉及一种高炉煤气水汽变换耦合富集二氧化碳和氢气的方法。
技术介绍
1、钢铁行业以炼铁工序为主，现有的炼铁工艺主要采用的是高炉-转炉长流程工艺，其中每生产一吨生铁，会产生1300～1600m3的高炉煤气，高炉煤气组分复杂，除含有n2、co2、co、o2、h2o等常规组分外，还含有低浓度的h2、ch4等碳氢化合物，以及h2s、cos、hcl等有毒有害气体，高炉煤气既是低热值气体燃料，又是重要的二次能源来源，还是典型的有毒有害工业废气。近年来，为提高高炉煤气利用率，高炉煤气资源化利用是其重要的技术发展趋势，在资源化的同时还可以对煤气脱碳，减少高炉工序co2的排放，支撑钢铁行业低碳发展。
2、cn112374458a公开了一种炼铁高炉煤气制氢的方法及装置，将炼铁高炉煤气进行脱硫处理得到脱硫高炉煤气，将脱硫高炉煤气进行变压吸附co2和co，除去氮气得到浓缩煤气，将浓缩煤气的co经水蒸气变换制氢处理得到含氢变换气，将含氢混合气经脱碳变压吸附分离纯化得到纯净氢气，专利工艺路线清晰、易于实施，但co水汽变换后还会生成co2，在此过程中存在两次除碳的步骤，且二氧化碳不能作为产品气回用。cn114955992a公开了高炉煤气制氢的生产工艺，提出先进行水汽变换，然后采用液胺吸收法回收co2，通过变压吸附提氢；核心点在于贵金属负载的wmoox催化剂，可以延长水汽变换反应的耐受性和寿命，但专利中采用湿法碱洗以及吸收法富集co2的方法与前面单元水汽变换高压的条件匹配性不高，且运行成本较高。
1、本专利技术的目的是提供一种高炉煤气水汽变换耦合富集二氧化碳和氢气的方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术的技术方案之一：一种高炉煤气水汽变换耦合富集二氧化碳和氢气的方法，包括以下步骤：
4、将高炉煤气采用干法净化方法净化后升温，然后与水蒸气混合，在催化剂的作用下进行水蒸气变换耦合反应，得到二氧化碳和氢气的混合气体；
5、所述干法净化方法采用多层复合吸附剂实现；所述多层复合吸附剂的成分包括碱改性的活性炭、分子筛和氧化铝中的一种或多种。
6、进一步地，当所述多层复合吸附剂的成分为碱改性的活性炭、分子筛和氧化铝，三者的质量比为(3～5):(3～5):2。
7、更进一步地，所述碱改性的活性炭、分子筛和氧化铝的质量比为3:5:2、4:4:2或5:3:2。
8、进一步地，所述高炉煤气净化后的温度为160～220℃，压力为0.18～0.3mpa；所述升温的温度为320～400℃。
9、进一步地，所述催化剂为铁系催化剂；所述水蒸气变换耦合反应的空速为400～1200h-1。
10、进一步地，在所述水蒸气变换耦合反应后还包括再次进行水蒸气变换耦合反应。
11、进一步地，所述再次进行水蒸气变换耦合反应的温度为200～250℃，催化剂为铜基催化剂，空速为2000～3600h-1。
12、进一步地，所述方法，还包括，对二氧化碳和氢气的混合气体进行分离纯化的步骤；
13、所述分离纯化的步骤，具体包括：将二氧化碳和氢气的混合气体采用二氧化碳吸附剂吸附后解吸，得到二氧化碳；未被二氧化碳吸附剂吸附的气体通入分子筛类吸附剂除杂后得到氢气。
14、水汽变换(wgs)反应(co+h2o→h2+co2)通常需要在高温(320～400℃)和高压(1.0～6.0mpa)的条件下进行，而高炉煤气经过降温除尘后温度一般在160～220℃左右，压力为0.2～0.3mpa，具备水汽变换的温度区间，因此，利用高炉煤气高温高压的特性，进行水汽变换反应制氢，可以将煤气中20～30vol.％的co转化为co2和h2，提高煤气中co2和h2浓度，降低co2富集和提氢的工艺成本，实现煤气的综合资源化利用。
15、本专利技术的技术方案之二：一种利用高炉煤气制备二氧化碳和氢气的装置，用于实现上述高炉煤气水汽变换耦合富集二氧化碳和氢气的方法，包括依次连接的煤气压缩机、第一汽水分离器、煤气预处理塔、第一段绝热变换炉、第二段绝热变换炉、余热预压透平发电器、第二汽水分离器、co2吸附塔、压缩机和提氢塔。
16、更进一步，采用上述装置实现高炉煤气水汽变换耦合富集二氧化碳和氢气的方法，具体包括以下步骤：
17、(1)利用高炉煤气净化单元对高炉煤气进行净化：将高炉煤气经过煤气压缩机加压至2.0～3.4mpa，然后经过第一汽水分离器后进入煤气预处理塔进行净化处理，预处理塔采用干法净化方法，填充有多层复合吸附剂，对煤气组分中的hcl、cos和h2s进行脱除，得到净化后的高炉煤气(温度为160～220℃，压力为0.18～0.3mpa，cos、h2s、hcl浓度降低至5mg/nm3、5mg/nm3、1mg/nm3以下)，预处理塔设置有含氧气体吹扫，防止吸附剂堵塞。
18、所述多层复合吸附剂的成分为质量比为3:5:2、4:4:2或5:3:2碱改性的活性炭、分子筛和氧化铝。
19、所述含氧气体吹扫主要采用压缩空气进行吹扫，作用是加速吸附剂上s的氧化，防止吸附剂堵塞，吸附饱和后的多层复合吸附剂可掺入烧结工序混烧，通过末端烟气脱硫装置实现s的最终固化，吸附饱和后可以更换新鲜吸附剂，更换方式为整体更换。
20、(2)利用co水汽变换反应单元进行煤气co和水蒸气变换反应：将净化后的高炉煤气升温至320～400℃，和水蒸气发生器产生的水蒸气在第一级绝热变换炉中进行水蒸气变换反应生成co2和h2，采用铁系催化剂，空速为400～1200h-1，通过换热后煤气温度降低至200～250℃，进入第二段绝热变换炉，采用铜基催化剂，空速为2000～3600h-1，继续将煤气中co转换为h2和co2，反应后煤气中co浓度降低至0.2vol.％以下，煤气中co2浓度升高至40vol.％以上，h2增加至25vol.％以上。
21、所述第一级绝热变换炉和第二段绝热变换炉内催化剂床层为绝热床层，炉内设置有分段隔板，支撑催化剂，两段绝热变换炉之间设置有热交换器，回收过量反应潜热。
22、(3)利用co2的变压吸附分离单元富集co2：将变换后煤气经过余热余压透平发电器将温度降低至30～50℃，压力降到0.3mpa，经过第二汽水分离器后进入co2吸附塔，吸附塔装填有co2吸附剂(分子筛或硅胶)，吸附塔底部设计氧化铝层，对煤气中的低浓度水蒸气吸附，减少对co2吸附的影响，吸附塔饱和后通过真空泵将co2从底部提浓，提浓(co2浓度在95vol.％以上)后的co2进入二氧化碳储罐进行缓存。
23、所述余热余压透平发电器是利用煤气具有的压力能和热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动电机实现二次能源回收，透平功率在85％以上。
24、所述co2吸附塔是由4～5个吸附塔串联或并联而成的吸附设备(多个吸附塔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高炉煤气水汽变换耦合富集二氧化碳和氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述多层复合吸附剂的成分为碱改性的活性炭、分子筛和氧化铝，三者的质量比为(3～5):(3～5):2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉煤气净化后的温度为160～220℃，压力为0.18～0.3MPa；所述升温的温度为320～400℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为铁系催化剂；所述水蒸气变换耦合反应的空速为400～1200h-1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述水蒸气变换耦合反应后还包括再次进行水蒸气变换耦合反应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述再次进行水蒸气变换耦合反应的温度为200～250℃，催化剂为铜基催化剂，空速为2000～3600h-1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，对二氧化碳和氢气的混合气体进行分离纯化的步骤；
8.一种利用高炉煤气制备二氧化碳和氢气的装置，用于实现
...【技术特征摘要】
1.一种高炉煤气水汽变换耦合富集二氧化碳和氢气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述多层复合吸附剂的成分为碱改性的活性炭、分子筛和氧化铝，三者的质量比为(3～5):(3～5):2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高炉煤气净化后的温度为160～220℃，压力为0.18～0.3mpa；所述升温的温度为320～400℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为铁系催化剂；所述水蒸气变换耦合反应的空速为400～1200h-1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述水蒸气变换耦合反应后...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱廷钰，郭旸旸，谷硕果，叶猛，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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