專利名稱：一種冶金煙氣用于煤氣化的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冶金煙氣資源化利用新方法，屬于冶金工程與能源化工領域。
背景技術：
能源資源是經濟發(fā)展的基礎。僅從我國目前掌握的能源資源看，煤炭的剩余可采儲量約為1100億噸，石油的剩余可采儲量約為24億噸，天然氣的剩余可采儲量約為2萬億立方米，其人均擁有量分別為世界人均水平的70%、10%和5%。而隨著我國經濟快速發(fā)展和人民生活水平的提高，我國能源需求將持續(xù)增長。解決好我國現(xiàn)在和未來能源供應問題，保證經濟穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，除了轉變經濟增長方式，提高能源利用效率，還必須重視新能源的開發(fā)利用，增加能源供應方式和供應量。 我國作為世界上的冶金大國，承載了全球大部分鋼鐵與主要有色金屬的冶煉任務，冶金行業(yè)的能源消耗占全國20%以上。冶金行業(yè)也因此成為節(jié)能的重要承擔著，其節(jié)能降耗對于緩解我國能源緊張狀況有著重要的作用。冶金高溫反應過程中，煙氣通常會帶走反應器總供熱量的20 50%。近年我國在冶金余熱回收上取得了較大的進展，但對與世界先進水平仍存在一定的差距，部分余熱無法被利用或者在利用過程中存在很多問題。冶金煙氣余熱難以利用的一主要原因是由于冶金煙氣成分十分復雜，通常煙氣中會含有揮發(fā)性低熔點氧化物與難揮發(fā)性氧化物粉塵、還原性氣體(CO與H2等)與酸性氣體(NOx與SOx等)等，其復雜成分造成煙氣中余熱難以很好的回收利用。目前，冶金煙氣的利用形式主要為煙氣熱量交換的形式進行余熱發(fā)電。其中鋼鐵行業(yè)中，高爐煤氣含有大量的可燃成分(ch4、co、h2等)具有一定的燃燒熱值，大多用作鋼廠燃料或燃燒發(fā)電，也有部分鋼鐵企業(yè)采用高爐煤氣余壓發(fā)電。有色冶金行業(yè)中，其火法冶煉過程煙氣只有少數(shù)冶煉廠采用煙氣余熱回收發(fā)電，很多廠家仍采用鍋爐加熱蒸汽-蒸汽耗散的形式進行煙氣降溫，煙氣中熱量未得到很好的利用。鑒于現(xiàn)有冶金煙氣余熱利用過程中存在的問題，結合冶金煙氣通常含有大量雜質與還原性氣體的特性，提出了利用冶金煙氣進行煤氣化方法，將煙氣中的余熱轉化為煤氣化的化學能，提高煙氣余熱能量品位并綜合利用其中可燃成分。

發(fā)明內容
本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種冶金煙氣用于煤氣化的技術，這種冶金煙氣余熱利用耦合煤氣化技術不僅能夠實現(xiàn)煙氣余熱高效轉化，還可綜合利用煙氣中可能存在的可燃成分。該技術的實施將對冶金煙氣資源化利用將產生重要的影響。本發(fā)明的技術方案包括以下具體步驟如圖I所示，將溫度低于600°C的冶金煙氣與水蒸氣、二氧化碳的一種或者兩種任意比例的氣體混合，在冶金煙氣溫度低于800°C可以輔助通入氧氣，然后將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，得到經過凈化的C0、H2的一種或兩種。所述冶金煙氣為高溫冶金反應設備反應后尾氣，冶金設備正常運行條件下煙氣溫度在600 1700°C范圍內。冶金煙氣作為主要熱量來源，在其熱量不能滿足煤氣化反應所需熱量時可輔助通入少量氧氣提高反應溫度，其中所述氧氣的通入可間歇或連續(xù)的方式供入，供入量以滿足反應熱量為原則進行調整。(以水蒸氣單獨或水蒸氣與二氧化碳同時作為氣化氣體時候其含有大量成分為H2與CO氣體，以二氧化碳作為氣化氣體時其含有的大量成分為CO)
所述煤的加入量與各種反應氣體的比例為煤的加入量超過煤氣化反應用量，煤為普通工業(yè)用煤。
所述煤氣化反應溫度為800 1700°C，反應壓力O. I 8. 5MPa，反應形式可為連續(xù)式或間歇式，反應條件對煤的粒度要求各不相同，煤的粒度越大，反應溫度越高，反應壓力越高，反之，煤的粒度越小，反應溫度越低，反應壓力越低。所述余熱回收可采用蒸汽發(fā)電形式或換熱后用作其他用途，凈化包括除塵、脫硝、脫硫等工序，最終得到的由CO與H2組成的供作燃料的合成氣，可以用于合成甲醇與二甲醚組成的合成化工用的產品。本發(fā)明還可以同時聯(lián)合整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(Integrated GaficationCombined Cycle, IGCC)與合成氣制備液體燃料系統(tǒng)(Gas-To-Liquid, GTL)等現(xiàn)有技術進一步將煙氣與煤資源化。本發(fā)明的實施為冶金煙氣的利用提供了一種新途徑，其優(yōu)勢在于可以進行實時調節(jié)進行溫度不穩(wěn)定煙氣的利用；可從資源再利用或提高熱值方面對煙氣中可燃分進行高效利用；與煙氣利用相結合可以提高煤的利用效率。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果
(O資源化利用煙氣余熱與其中可能存在的可燃成分；
(2)通過與煤氣化技術相結合，可以提高煙氣余熱與可燃分品質，最終達到提高煙氣余熱利用效率；
(3)如將CO2作為氣化反應原料，該發(fā)明的實施還可以實現(xiàn)二氧化碳的資源化利用，減少碳排放。


圖I為本發(fā)明冶金煙氣用于煤氣化工藝示意圖。
具體實施方案實施例I :本實施例的具體制備步驟為如圖I所示，將溫度為800°C的冶金煙氣與水蒸氣混合，然后將上述混合氣體通入優(yōu)質無煙煤顆粒中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，最終得到經過凈化的co、h2。反應條件和反應結果如表I和表2所示。采用的煤粉為優(yōu)質無煙煤100g，粒度20-40目，水蒸氣流量1g/min,氧氣流量0 Nm3/h。表I模擬煙氣流量、溫度與成分
煙氣溫度壓力 1 CO CH4 CO3 H2O I O2 I H2 I N2 CMmiIh % % % % % % %
§00 I O.IMpa I I | 2 | I | 6 | I [ 5 | 2 [ 83表2反應后尾氣流量、溫度與成分
煙氣湯度壓力 1 CO CH4 CO2 H2O I O2 I H2 I N2tCNm3Zh % % % % % % %
750 Q JMpa 193 ^5.2 0.5 3,1 0.5 2,6 25.2 42.9
實施例2 :本實施例的具體制備步驟為如圖I所示，將溫度為1000°C的冶金煙氣與水蒸氣，然后將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，最終得到經過凈化的CO、H2。反應條件和反應結果如表3和表4所示。采用的煤粉為優(yōu)質無煙煤100g，粒度20 40目，水蒸氣流量1 g/min，氧氣流量0NmVh0表3模擬煙氣流量、溫度與成分
趣氣湯度 I!力煙氣I CO CH1 CO2 I H2O I O2 I H3 I N2 1C _ Nm^ % % % % % % %
1000 DiMpa I I__OS | I [ 6280
表4反應后尾氣流量、溫度與成分
煙氣溫度 I I 尾氣11 CO I CH4CO3 H2O I O2I H3I N2
VNm3A % %% %%%%
900 OiMpa 2^43 30.5 0.0 13 0^4 2.5 30i 32J
實施例3 :本實施例的具體制備步驟為如圖I所示，將溫度為600°C的冶金煙氣與水蒸氣，協(xié)助通入氧氣，然后將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，最終得到經過凈化的C0、H2。反應條件和反應結果如表5和表6所示。采用的煤粉為優(yōu)質無煙煤100g，粒度20 40目，水蒸氣流量1 g/min,氧氣流量5 Nm3/h。表5模擬煙氣流量、溫度與成分
mm 壓力煙氣s Co I Ch4 Co21H2OI O2 I H2 I W2
V___Mm1Zh % % % % % % %
_ OJMps I 2 I O5I II 9I80 表6反應后尾氣流量、溫度與成分
MHrn I I 尾氣i| CO I CH41CO2I H2OI O2I H2I N2
tC 刀 NiA % %%%%%%
800 IdJMpa 2J8 30.5 0.0 3.3 [ 0'41 4.5 30.5 30.P
實施例4 :本實施例的具體制備步驟為如圖I所示，將溫度為1700°C的冶金煙氣與水蒸氣，然后將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，最終得到經過凈化的C0、H2。反應條件和反應結果如表7和表8所示。采用的煤粉為優(yōu)質無煙煤100g，粒度20 40目，水蒸氣流量1 g/min，氧氣流量0NmVh0表7模擬煙氣流量、溫度與成分
煙氣溫度壓力煙氣量' CO I CH| I CO3 I H2O I~I~~I N2~I VNm3A % % % % % % % 1700 OJMpa I 2 | O5I9280 表8反應后尾氣流量、溫度與成分 煙氣湯度 I Λ , I 尾氣量| CO I CH4 ICO2I H2O I O2I H2I N2 O Nm3A % %%%%%%
1000 OJMpa 3 30 5 °·° 4—31 °.41 15 29'5 319
實施例5 :本實施例的具體制備步驟為如圖I所示，將溫度為iioo°c的冶金煙氣與二氧化碳氣體混合，然后將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，最終得到經過凈化的CO。反應條件和反應結果如表9和表10所示。采用的煤粉為優(yōu)質無煙煤150g，粒度20 40目，二氧化碳流量I Nm3/h,氧氣流量0 Nm3/h。表9模擬煙氣流量、溫度與成分
煙氣St 壓力 Η CO I CH4 CO2 I H2O I O2 I H2 I N2 ΓNm3Zh % % % % % % % 1100 OJMpa I I [ O 8 |I [6280 表 ο反應后尾氣流量、溫度與成分 MHm C1T IM^lI CO I CH4co2 Ih2o IO2I H5I N2
tC 刀 % %%%%%%
900 I OJMpal 2J0 別 | 0.01 3.01 0.41 2.21 HO | 29.6
實施例6 :本實施例的具體制備步驟為如圖I所示，將溫度為1000°C的冶金煙氣與水蒸氣、二氧化碳氣體混合，然后將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，最終得到經過凈化的co、h2。反應條件和反應結果如表11和表12所示。采用的煤粉為優(yōu)質無煙煤150g，粒度20 40目，水蒸氣流量1g/min, 二氧化碳流量I Nm3/h,氧氣流量0 Nm3/h。表11模擬煙氣流量、溫度與成分
煙氣溢ft 壓力 1 CO I CH4 CO2 I H2O I O2 I H3 I N2 tC _ IkA % % % % % % %
1000 SiMpa I I [ O 5 | I [ 9 2 80
表12反應后尾氣流量、溫度與成分
權利要求
1.一種冶金煙氣用于煤氣化的方法，其特征在于將溫度低于600°C的冶金煙氣與水蒸氣、二氧化碳的一種或者兩種任意比例的氣體混合，在冶金煙氣溫度低于800°C可以輔助通入氧氣，然后將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，得到經過凈化的CO、H2的一種或兩種。
2.根據(jù)權利要求I所述的冶金煙氣用于煤氣化的方法，其特征在于所述冶金煙氣為高溫冶金反應設備反應后尾氣，冶金設備正常運行條件下煙氣溫度在600 1700°C。
3.根據(jù)權利要求I所述的冶金煙氣用于煤氣化的方法，其特征在于所述氧氣的通入可間歇或連續(xù)的方式供入，供入量以滿足反應熱量為原則進行調整。
4.根據(jù)權利要求I所述的冶金煙氣用于煤氣化的方法，其特征在于所述煤的加入量與各種反應氣體的比例為煤的加入量超過煤氣化反應用量，煤為普通工業(yè)用煤。
5.根據(jù)權利要求I所述的冶金煙氣用于煤氣化的方法，其特征在于所述煤氣化反應溫度為800 1700°C，反應壓力0. I 8. 5MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種冶金煙氣用于煤氣化的方法，屬于冶金工程與能源化工領域。將溫度低于600℃的冶金煙氣與水蒸氣、二氧化碳的一種或者兩種任意比例的氣體混合，在冶金煙氣溫度低于800℃可以輔助通入氧氣，然后將上述混合氣體通入煤中進行煤氣化反應，最后將煤氣化反應后得到的尾氣進行余熱回收和凈化處理，最終得到經過凈化的CO、H2的一種或兩種。可以進行實時調節(jié)進行溫度不穩(wěn)定煙氣的利用；可從資源再利用或提高熱值方面對煙氣中可燃分進行高效利用；與煙氣利用相結合可以提高煤的利用效率。
文檔編號C10J3/00GK102965153SQ20121050959
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權日2012年12月4日
發(fā)明者李孔齋, 祝星, 王 華, 魏永剛, 胡建杭 申請人:昆明理工大學