钢厂尾气处理

1、钢厂尾气处理技术介绍开革开放30余年来，中国经济取得了巨大进步，作为中国经济发展的基础产业一一炼钢 行业也得到飞跃式的发展。2013年中国以7.79亿吨的粗钢产量位居世界第一，占全球粗钢产 量的48.5%,而中国2013年不锈钢产量也达到约1800万吨，占全球总产量的48.3%。钢铁的 生产过程中会产生大量的尾气，以转炉尾气为例， 每炼一吨钢可以回收含 CO60%左右的转炉 煤气约100Nm3左右，全国现有30吨以上的转炉100多座，年产转炉气1000亿m3。除了有 转炉尾气外，炼钢过程中还会产生焦炉煤气和高炉尾气，这些尾气中含有甲烷和一氧化碳等高热值的成分外，还含有大量的二氧化碳和氢气可以作

2、为重要的化工原料。如果这些尾气可以被高效合理利用的话，将为国家节约大量能源，创造十分可观的财富。尤其在当前世界性能源紧 张的形势下，搞好综合利用，节约能源更有现实意义。钢厂尾气主要有焦炉煤气、转炉尾气和高炉尾气。根据他们的气体组成可以有多种的综合 利用方式，下面我将详细介绍这三种尾气的处理方法。1 .焦炉煤气焦炉煤气是在煤在炼焦炉中干储过程中产生的一种可燃性的气体，起主要成分见表1。表1.焦炉煤气的典型组成主要成分H2O2N2CH4COCO2CnH m组成58.260.404.3824.552.672.672微量组分H2sHCN蔡苯氨COS焦油H2O组成 /mg - m-35005001503

3、00015010050饱和1.1焦炉煤气发电焦炉煤气中的成分大部分都为可燃气体，可以通过燃烧进行发电，利用焦炉煤气发电是除 焦炉煤气作为居民染料外最简单的利用方式，它具有建设快投资少等特点。但是，无论国外还是国内的燃气发电机组都有热能利用效率低的缺点， 国内的发电机组的热能利用效率只有 30%, 国外的发电机组可达到40%0如此低的效率造成了巨大的能量浪费， 在能源紧缺的情况，发电 的利用只是一种简单粗放的利用方式。1.2 焦炉煤气化工利用方式焦炉煤气化工利用方式有制甲醇、合成氨和尿素。焦炉煤气制甲醇的反应原理是：CH4+H2O - CO+3H2 ; CO+2H2 f CH3OH。焦炉煤气经净

4、化后脱出里面的有害杂质，然 后去甲烷和氢气转化部分，将甲烷转化。合成气去经压缩后去甲醇合成塔合成甲醇， 产生的粗 甲醇再经甲醇精储脱去杂质，得到精甲醇和杂醇油，甲醇油可以作为商品卖出，其整个的工艺 路线图见图1:焦炉煤气来自张比,丽图1:焦炉煤气制甲醇工艺路线图娓放气外送电收气劭环气常甲柏 皿港4原料产品维区在生产甲醇的同时，可以将多余的N2 + 3H2* 2NH3,其工艺路线见图H2与来自空分的氮气进行合成反应，反应原理是：2。甲醇驰放气生产合成氨工艺，充分与焦炉煤气制甲图2 :驰放气合成氨工艺醇工艺衔接，所用原料氮气和氢气全部来源于制甲醇工艺的废气；同时，由于甲醇驰放气的压力较高，因此，经

5、PSA提纯后的压力也较高，在3.0MPa以上，节约了压缩氢气所需的压缩工； 充分利用了空分装置所产生的氮气资源，达到了节能减排的目的。生产的合成氨还以作为原料与CO2反应生产尿素。甲醇和合成氨市场已经饱和，近几年的价钱也一直在下跌，固焦炉煤 气做化产的经济效益有限。1.3 焦炉煤气制LNGLNG (Liquefied Natural Gas),即液化天然气的英文缩写。天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体，主要成分由甲烷组成。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162C,使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空间和成本， 而且具有热值大、性能高等特点。天然气作为清洁能源越来越受到青睐

6、， 很多国家都将LNG列为首选燃料，天然气在能源 供应中的比例迅速增加。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源 行业之一。近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，LNG已成为稀缺清洁资源，正在成为世 界油气工业新的热点。 利用剩余焦炉煤气生产LNG,既有效解决了焦炉尾气的排放问题，又 具有十分可观的经济效益和社会效益。传统的焦炉煤气制LNG分为三大部分即焦炉煤气的净化、甲烷化和液化。其甲烷化的目的是将焦炉煤气中的CO、CO2与H2发生甲烷化反应，生成甲烷，从而提高焦炉煤气中甲烷的 含量，增加LNG的产量。但是该工艺的投资大，且将 H2转化成H2O造成了 H2的浪费。我公

7、司对现有的工艺进行了改进，不仅提高了焦炉煤气利用的附加值， 而且投资也与甲烷化流程相 当，本技术通过处理分离净化，可将焦炉气的附加值提高到1.6元/Nm3,且投资与甲烷化相比 相当，特别是针对高氧含量N2气含量较高的焦炉气，针对N2高，而N2正好是合成氨原料气， 高氧含量焦炉气特别适合制LNG联产合成氨。同时本技术，可将焦炉气中多碳碳氢化合物以 及H2s提取回焦炭炉燃烧，LNG中甲烷含量高，品质好；同时环保 H2s达到排放标准。将焦炉尾气进行电捕油，脱紊脱焦油后，深度净化除氧脱硫脱汞。焦炉气中CO与N2难以分离，但CO可以通过变换将CO转为氢气，就不存在分离 CO和N2气。变换之后经过变 压吸

8、附粗脱碳，粗脱碳的同时将大部分多碳碳氢化合物、H2s等脱除，此部分热值高，与脱除的CO2回炉掺烧，热量得以解决，同时又提高了后工段冷箱制LNG的品质，H2s也回炉燃烧解决了 H2s环保排放问题。粗脱碳后进入分子筛深度脱碳脱水，然后进入膜分离，将大部气 H2先分离出去，这样可以有效降低后面液化甲烷冷箱负荷，降低投资和能耗。膜分离后的富 CH4气进入冷箱，此处得到LNG产品气，甲烷液化后的气体主要就是 H2与N2,与冷箱低温 闪蒸塔后的气体、膜分离得到的 H2混合，直接加压醇烧化，再通过补氮调节氢氮比，达到合 成氨的要求，送去合成氨塔。氨合成塔有合成氨弛放气，主要是CH4、H2、N2、Ar。此部分

9、弛放气通过膜分离，将H2分离出再补到合成氨气中。余下的CH4混和气过入冷箱，将所有CH4 深冷制作LNG, Ar在循环中，富集到一定浓度排放部分弛放气以释放 Ar,但此处释放量就很 小。具体的工艺路线见图3。整个工艺路线有多个新的技术手段和措施：一、通过变换将CO变换成H2,巧妙的解决了高氧焦炉气含氮量高带的 CO、N2分离的困难， 同时将CO转换成化工产品氨水，提高了产能。二、通过变压吸附粗脱碳工序脱掉了大部分碳氢化合物和H2s,以及CO2,将这部分气体回炉燃烧，脱碳的同时既将 H2s脱除回炉燃烧解决H2s环保排放，又脱除碳氢化和物提高了后工 段LNG的品质，碳氢化合物热值较高，与 CO2混

10、合还能保证热值，达到掺烧热值要求。通过合成氨后膜分离将 H2、CH4、N2分离，循环利用，整个系统除 CO2外其余有效气均 回收利用，几乎无损失，提高了焦炉气的附加值。图3焦炉煤气无甲烷化联产合成氨工艺路线图2 .高炉煤气高炉煤气是从高炉炉顶逸出的煤气， 是高炉炼铁过程中所得到的一种副产品。 高炉燃料的 热量约有60%转移到高炉煤气中。据统计，高炉每消耗 1吨焦炭约可产出3800- 4000立方米 高炉煤气。高炉煤气的理论燃烧温度约为1400-1500C,在许多情况下，必须通过把空气和煤气预热来提高它的燃烧温度，才能满足用户的要求。高炉煤气从高炉逸出时含有大量粉尘， 约为60-80克/立方米，

11、必须经过除尘处理才能符合使用要求。其主要成分见表2。表2高炉煤气的典型组分主要成分COCO2H2N2组成2320255其特点是含尘量大、不易着火、燃烧不稳定、热值低，3 0003 800 kj m3,产出波动大，尤其是高炉休风或发生待料的时候。高炉煤气的主要用户是高炉热风炉、焦炉、电站锅炉 以及燃用高焦混合煤气的轧钢加热炉等。由于高炉煤气的热值较低，一般企业在煤气平衡不好 时首先选择放散高炉煤气，因此高炉煤气放散率一般作为衡量一个企业煤气平衡措施和水平的 标志。高炉煤气传统的处理办法是参加一些热值高焦炉煤气或转炉气后直接燃烧或发电，利用效率低，燃烧后的产生的CO2直接排放到大气中，增加了碳排放

12、。我公司根据高炉气组成设 计了综合利用高炉煤气的工艺流程，将高炉气和转炉气配合做成合成氨尿素，实现了钢厂尾气 的综合利用，不仅减少了钢厂尾气的排放同时给钢厂带来了客观的经济效益。图4高炉煤气制尿素工艺路线图中献C0-C02一眦踹旻瞄鼬H2(78%W每吨合成氨消耗高炉煤气约8900Nm3,每方0.1元价格计，合成氨成本为1500元/吨。如果不 计原料气，合成氨成本约600元/吨，经济效益非常客观。3 .转炉煤气转炉煤气是转炉炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体。具典型组成见表 3。表3转炉煤气的典型组成主要成分H2O2N2COCO2汇S汇P汇As汇PH2O

13、组成20.4721.560160.010.021ppm1ppm饱和3.1转炉煤气制尿素转炉煤气成分和高炉煤气相同，可以通过相同的工艺流程做合成氨尿素，转炉煤气富含 CO,可以提纯CO作为原料做乙二醇、醋酸和甲醇。3.2 转炉气补碳焦炉煤气制甲醇焦炉煤气和转炉气作为原料生产甲醇，有两种工艺流程，一种是焦炉煤气纯氧转化补充部分转炉气生产甲醇，见图5。一种是焦炉煤气提纯氢气与转炉气生产甲醇，见图 6。图5焦炉煤气纯氧转化补充部分转炉气生产甲醇工艺路线图转炉气焦炉产品甲的转炉气焦炉煤气图6焦炉煤气提纯氢气与转炉气生产甲醇 工艺路线图)Uli 甲醉煤气3.3 焦炉煤气、转炉气制油费托合成是以合成气（CO和H2）为原料在催化剂（主要是铁系）和适当的反应条件下合 成以石蜡烧为主的液体燃料的工艺过程。其反应过程可以用下式表示：nCO+2nH2 - -CH2- +nH2O合成气中的H2与CO的摩尔比要求在22.5。根据焦炉煤气与转炉煤气的特点， 可将焦炉煤气 纯氧转化，经过两段PSA净化提纯获得CO和H2,再从转炉煤气中提纯得到 CO补充，得到 费托合成油所需要的H2与CO的摩尔比要求。焦炉煤气与转炉气制费托合成气的流程见图 7。图7焦炉煤气、转炉煤气制油的工艺框图转炉气焦炉煤气3.4 钢厂尾气制乙醇目前钢厂尾气制乙醇的技术已经有中试项目， 该技术是由宝钢、朗泽、中科院三方合作共 同研发，利用了