專利名稱：一種與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體凈化工藝，特別是涉及一種與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，國外多用天然氣重整制還原氣的方式提供CCHH2的還原氣，與國外相比，由于受到天然氣資源的限制，我國至今沒有大型的豎爐法直接還原鐵生產(chǎn)工廠。然而我國煤炭資源豐富，煤炭的資源利用效率較低，如果將煤氣化后進(jìn)行深度凈化脫硫處理作為原料氣，再與適量的水蒸氣等混合，進(jìn)變換爐進(jìn)行變換反應(yīng)即可得到H2/C0在4. 6-1. 5之間的H2和CO的混合氣。這些混合氣可以作為直接還原生產(chǎn)海綿鐵的還原性氣體，并且具有價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。煤氣化的氣體中大多含硫，這種工況對煤氣壓縮機(jī)的選型和操作將帶來非常不利 的影響，因此要求先進(jìn)行粗煤氣脫硫，然后在經(jīng)過壓縮、CO變換、精脫硫、脫碳等工序才能進(jìn)入氣基豎爐作為還原鐵的工藝氣。在粗煤氣脫硫工藝中，若采取氨水液相催化法、改良ADA法、栲膠法、KCA法等，也能夠滿足脫硫凈化工藝的要求，但由于這些脫硫方法的最大缺陷是溶液硫容低，對于硫含量高且處理氣量大的工況，存在著溶液循環(huán)量大、操作強(qiáng)度大、能耗高等弊端。而且粗煤氣脫硫和后續(xù)的精脫硫、脫碳等過程是采用不同的工藝技術(shù)來完成的。這使得整個(gè)裝置流程較為復(fù)雜，操作管理不便，設(shè)備投資費(fèi)用較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝及系統(tǒng)，該發(fā)明解決了傳統(tǒng)的脫硫方法中存在的操作強(qiáng)度大、能耗高等問題，以及粗煤氣脫硫和后續(xù)的精脫硫、脫碳等過程需要采用不同的工藝技術(shù)而導(dǎo)致的裝置流程復(fù)雜，設(shè)備投資費(fèi)用高等問題。并且提供一種與氣基豎爐還原鐵配套的氣體凈化工藝，同時(shí)解決爐頂氣凈化和循環(huán)利用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝，包括以下步驟(I)粗煤氣經(jīng)除塵降溫后，用N-甲基二乙醇胺(即MDEA)溶液進(jìn)行脫硫；(2)脫硫后的粗煤氣經(jīng)冷卻和氣液分離后送至壓縮機(jī)壓縮；(3)經(jīng)壓縮機(jī)出來的氣體與水蒸汽充分混合，進(jìn)行變換反應(yīng)，再經(jīng)氣液分離器分離液體后，返回壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮；(4)經(jīng)壓縮機(jī)出來的變換氣與經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的氣基豎爐爐頂氣混合，用N-甲基二乙醇胺溶液進(jìn)行脫硫脫碳，生成還原氣；(5)還原氣經(jīng)冷卻和氣液分離后，加熱升溫，進(jìn)入豎爐還原鐵；(6)經(jīng)豎爐反應(yīng)的生成的爐頂氣經(jīng)過凈化、氣液分離，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮；(7)壓縮后的爐頂氣重復(fù)步驟(4)-步驟(6)。
所述步驟(I)和所述步驟(4)排出的N-甲基二乙醇胺溶液，混合后進(jìn)入閃蒸罐，進(jìn)行脫硫再生，再生后的N-甲基二乙醇胺溶液經(jīng)換熱器和溶液冷卻器換熱后，在步驟(I)和步驟(4)循環(huán)使用。所述步驟(6)中豎爐反應(yīng)后的爐頂氣采用N-甲基二乙醇胺溶劑進(jìn)行凈化。所述步驟(4)生成的還原氣中，H2+C0體積含量在88%以上，H2/C0體積比可在4. 6-1. 5之間調(diào)節(jié)，氧化度〈5%，調(diào)節(jié)壓力約I. OMPa(G)。所述步驟(5)中加熱溫度為900°C。所述步驟(6)的凈化過程還包括除塵。所述與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝所用的系統(tǒng)，包括煤制氣單元，粗脫硫單元，第一壓縮單元，變換單元，混合單元，精脫硫脫碳單元，加熱單元，還原豎爐單元，第二壓縮單元，其中，所述煤制氣單元依次連接粗脫硫單元，第一壓縮單元，變換單元，混合單元， 精脫硫脫碳單元，加熱單元，還原豎爐單元，第二壓縮單元，混合單元。所述煤制氣單元與所述加熱單元連接。所述第二壓縮單元與精脫硫脫碳單元連接。所述加熱單元為管式加熱爐。本發(fā)明提供的技術(shù)方案，為了操作和管理的方便，采用煤氣粗脫硫和還原氣脫硫脫碳均在采用同一種溶劑N-甲基二乙醇胺(MDEA)的設(shè)備中進(jìn)行，同時(shí)脫硫的MDEA與脫硫脫碳的MDEA共用一套溶液再生系統(tǒng)，同時(shí)由于豎爐爐頂氣中除了反應(yīng)生成的CO2和水外，尚有大量的CO和H2沒有參加反應(yīng)，為了提高還原氣的利用率和提高經(jīng)濟(jì)性能，可將豎爐爐頂循環(huán)氣的凈化工藝也合并到本發(fā)明的凈化系統(tǒng)中，從而簡化系統(tǒng)、節(jié)省能耗、提高還原氣的利用率、減少設(shè)備數(shù)量和投資。


圖I是本發(fā)明中與氣基豎爐配套的還原凈化工藝流程圖
具體實(shí)施例方式為更好的說明本發(fā)明，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。I.粗脫硫粗煤氣經(jīng)除塵、洗滌等工藝后進(jìn)入凈化系統(tǒng)，在脫硫塔中與塔內(nèi)的MDEA溶液逆流接觸，使得混合氣體重的大部分H2S及部分SO2和COS被吸收。出脫硫塔的粗煤氣(常溫)進(jìn)入塔頂冷卻器，將因吸收升溫的工藝氣體冷卻至40°C，工藝氣進(jìn)行氣液分離，回收MDEA吸收液。然后工藝氣送煤氣壓縮。脫硫塔底排出的富液，進(jìn)行脫硫再生，再生后的MDEA溶液經(jīng)換熱器和溶液冷卻器換熱后回脫硫塔和脫碳塔循環(huán)使用。2.壓縮I :壓縮機(jī)將煤氣壓縮至一定壓力后，導(dǎo)入變換工序。3.變換煤氣壓縮機(jī)出口氣體在一定壓力和溫度下進(jìn)入變換工序，經(jīng)油水分離器分離掉壓縮過程中夾帶的油水，與水蒸汽一起進(jìn)入混合器使蒸汽與煤氣充分混合，約65%的粗煤氣進(jìn)入熱交換器，用出變換爐的變換氣為入口煤氣換熱升溫。煤氣由130°C升至300-3600C ;變換氣由400-350°C降至150-180°C。然后經(jīng)水冷器，溫度降至40°C左右，然后進(jìn)入氣液分離器，分離工藝?yán)淠汉蠓祷孛簹鈮嚎s機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)提壓后還原氣中h2/co在4. 6-1. 5 之間。4.混合煤氣壓縮機(jī)出口變換氣與豎爐爐頂循環(huán)氣壓縮機(jī)出口還原氣體混合。天然氣或焦?fàn)t煤氣制得的還原氣與豎爐爐頂循環(huán)氣壓縮機(jī)出口還原氣體混合。5.精脫硫脫碳煤制氣的變換氣與循環(huán)氣壓縮機(jī)出口的還原氣(或者是天然氣或焦?fàn)t煤氣制得的還原氣與豎爐爐頂循環(huán)氣壓縮機(jī)出口還原氣體混合)混合后進(jìn)入進(jìn)氣除油器，后進(jìn)精脫硫脫碳塔，還原氣體下進(jìn)上出，吸收液上進(jìn)下出，逆流接觸。脫碳后的氣體由塔頂出來，進(jìn)入塔頂冷卻器，回收再生MDEA吸收液。凈化后的還原氣經(jīng)調(diào)解壓力后送入管式加熱爐(H2+C0可達(dá)88%以上，H2/C0可在4. 6-1. 5之間調(diào)節(jié)，氧化度〈5%，壓力約I. OMPa(G))調(diào)節(jié)壓力后送加熱爐。6.管式爐加熱用于給還原氣加熱到豎爐還原鐵所需要的溫度、00°C。7.壓縮2 :經(jīng)豎爐還原反應(yīng)后的工藝氣體夾帶著鐵礦石粉塵400 450°C由豎爐 頂排出，由豎爐頂出來的爐頂氣進(jìn)入水洗除塵塔，凈化后的氣體經(jīng)循環(huán)氣氣液分離器少部分作為弛放氣送加熱爐作燃料，以維持系統(tǒng)的惰性氣平衡，大部分作為循環(huán)氣送循環(huán)氣壓縮機(jī)升壓到一定壓力后與新鮮的變換氣一起送入MDEA凈脫硫脫碳。本發(fā)明的有以下有益效果I.減少投資、降低操作的難度，在變換反應(yīng)之前預(yù)先將粗煤氣中的大部分硫脫除，降低了變換及脫碳工序的設(shè)備和管道對材質(zhì)的設(shè)計(jì)要求，減少了投資；MDEA溶液穩(wěn)定性好，不降解，揮發(fā)性小，對碳鋼設(shè)備腐蝕性小，對烴類溶解度低；煤氣的粗脫硫、還原氣脫硫脫碳和豎爐爐頂氣的凈化均采用同一種溶劑MDEA，MDEA脫硫與MDEA脫硫脫碳共用一套溶液再生系統(tǒng)，便于了操作和管理。2.多效脫除性能，可以在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)脫除H2S、有機(jī)硫、SO2, COS、CO2等，并在再生時(shí)分別處理滿足副產(chǎn)CO2產(chǎn)品氣、H2S濃縮等要求。3.凈化度高，凈化氣總硫< 10mg/m3，CO2含量彡1%。4.溶液吸收能力大，由于MDEA對于C02、H2S在低溫下具有優(yōu)越的吸收性能，與其它凈化方法相比具有溶液硫容高，吸收CO2能力高，溶液循環(huán)量低、操作強(qiáng)度大、能耗高5.降低能耗，采用豎爐爐頂氣循環(huán)利用，參與豎爐還原鐵的反應(yīng)，節(jié)省了還原單位質(zhì)量相同品味鐵礦石所需的還原氣，從而節(jié)省了耗煤量。從上述分析可知，本發(fā)明使用的氣體凈化工藝化節(jié)省了工藝投資和運(yùn)行成本，同時(shí)豎爐爐頂氣的循環(huán)利用降低了能耗。整個(gè)工藝從技術(shù)上說是環(huán)保節(jié)能可行的。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝，其特征在于，包括以下步驟 (1)粗煤氣經(jīng)除塵降溫后，用N-甲基二乙醇胺溶液進(jìn)行脫硫； (2)脫硫后的粗煤氣經(jīng)冷卻和氣液分離后送至壓縮機(jī)壓縮； (3)經(jīng)壓縮機(jī)出來的氣體與水蒸汽充分混合，進(jìn)行變換反應(yīng)，再經(jīng)氣液分離器分離液體后，返回壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮； (4)經(jīng)壓縮機(jī)出來的變換氣與經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的氣基豎爐爐頂氣混合，用N-甲基二乙醇胺溶液進(jìn)行脫硫脫碳，生成還原氣； (5)還原氣經(jīng)冷卻和氣液分離后，加熱升溫，進(jìn)入豎爐還原鐵； (6)經(jīng)豎爐反應(yīng)的生成的爐頂氣經(jīng)過凈化、氣液分離，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮； (7)壓縮后的爐頂氣重復(fù)步驟(4)-步驟(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝，其特征在于，所述步驟(I)和所述步驟(4)排出的N-甲基二乙醇胺溶液，混合后進(jìn)入閃蒸罐，進(jìn)行脫硫再生，再生后的N-甲基二乙醇胺溶液經(jīng)換熱器和溶液冷卻器換熱后，在步驟(I)和步驟(4)中循環(huán)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝，其特征在于，所述步驟(6)中豎爐反應(yīng)后的爐頂氣采用N-甲基二乙醇胺溶劑進(jìn)行凈化。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝，其特征在于，所述步驟(4)生成的還原氣中，H2+CO體積含量在88%以上，H2/CO的體積比在4.6-1. 5之間調(diào)節(jié)，氧化度〈5%，調(diào)節(jié)壓力約I. OMPa(G)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝，其特征在于，所述步驟(5)中加熱溫度為900°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝，其特征在于，所述步驟(6)的凈化過程還包括除塵。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝所用的系統(tǒng)，其特征在于，包括煤制氣單元，粗脫硫單元，第一壓縮單元，變換單元，混合單元，精脫硫脫碳單元，加熱單元，還原豎爐單元，第二壓縮單元，其中，所述煤制氣單元依次連接粗脫硫單元，第一壓縮單元，變換單元，混合單元，精脫硫脫碳單元，加熱單元，還原豎爐單元，第二壓縮單元，混合單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝所用的系統(tǒng)，其特征在于，所述煤制氣單元與所述加熱單元連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝所用的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二壓縮單元與精脫硫脫碳單元連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝所用的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱單元為管式加熱爐。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種與氣基豎爐配套的還原氣凈化工藝及系統(tǒng)，包括粗煤氣用MDEA溶液進(jìn)行脫硫，經(jīng)冷卻和氣液分離后送至壓縮機(jī)壓縮，在一定壓力和溫度下與水蒸汽進(jìn)行變換反應(yīng)，再經(jīng)氣液分離器分離液體后進(jìn)行壓縮，經(jīng)壓縮機(jī)出來的變換氣與經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的氣基豎爐爐頂氣混合，用MDEA溶液進(jìn)行脫硫脫碳，生成還原氣，還原氣經(jīng)冷卻和氣液分離后，加熱升溫，進(jìn)入豎爐還原鐵，經(jīng)豎爐反應(yīng)的生成的爐頂氣經(jīng)過凈化、氣液分離，進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，重復(fù)與變換氣混合后的工藝。該發(fā)明不僅能耗低，而且MDEA溶液吸收效果好，對設(shè)備腐蝕性小，且充分利用了豎爐爐頂氣，能同時(shí)解決爐頂氣凈化和循環(huán)利用。
文檔編號C10K1/02GK102876828SQ201210364110
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者吳道洪, 史雪君, 竇從從, 齊健 申請人:北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司