[发明专利]高炉煤气的分离方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离由高炉排出的高炉煤气的方法及装置。

背景技术

在炼铁厂中，由炼焦炉、高炉、转炉等设备产生称为副产物气体的气体。该副产物气体的大部分用于发电厂或加热炉等利用由燃烧产生的热的用途。但是，除了氢气、一氧化碳、甲烷等可以用作燃料的成分之外，还含有氮气、二氧化碳等惰性成分，因此与作为一般的燃料气体的丙烷气体或天然气相比，存在每单位体积的热量低，为700～4500kcal/Nm³的问题。特别是，高炉煤气的每单位热量为700kcal/Nm³左右，属于副产物气体的热量中最低的种类。

这是由于，在高炉煤气中，氢气、一氧化碳、甲烷等燃料成分少，而且这些燃料成分通过燃烧产生的热量用于使作为惰性成分的氮气或二氧化碳的温度上升而导致的。另外，高炉煤气中所含的氮气为52～60体积％左右，二氧化碳为19～24体积％左右。

另外，最近，由于保护地球环境的问题，强烈地期望减少二氧化碳的排放量，因此分离并回收来自高炉的二氧化碳也成为大的课题。

因此，关于除去这些惰性成分的方法，提出多种方案。

在日本特开昭61-28446号公报中提出了，使从高炉煤气等含有氮气、一氧化碳、二氧化碳的气体中分离出一氧化碳后的气体在燃烧催化剂存在下进行燃烧，由此除去残留的微量燃料气体和氧气，回收以氮气和二氧化碳为主要成分的惰性气体的方法。另外，还提出了从该惰性气体中分离出二氧化碳，得到高纯度的氮气的方法。

在日本特开昭62-193622号公报中提出了一种变压式吸附分离方式，其在一个吸附塔内填充吸附高炉煤气中的二氧化碳的氧化铝类吸附剂和用于吸附氮气的多孔性聚苯乙烯，将吸附塔内加压和减压，由此可以得到含有比较多的一氧化碳和氢气的气体。

在日本特开2004-292298号公报中提出了，由从高炉煤气为代表的副产物气体中用化学吸收液吸收二氧化碳后，加热化学吸收液来使二氧化碳分离的方法。

但是，上述的现有技术分别具有如下所示的问题，都无法达到实用化。

在日本特开昭61-28446号公报的方法中，在从高炉煤气中分离出一氧化碳后的气体中，还依然存在1％左右的一氧化碳和几乎所有的氢气。由于它们是不具有可用作燃料程度的热量的气体，因此在分离器的后段设置的燃烧器中进行完全燃烧而废弃。但是，该热量相当于高炉煤气所具有的总热量的5％，因此期望提高一氧化碳的分离率，并且也分离氢气，降低分离后的气体中残留的一氧化碳和氢气的量。

在日本特开昭62-193622号公报的方法中，一氧化碳和氢气的分离率不超过80％，含有残留20％左右的一氧化碳和氢气的气体还含有大量的二氧化碳、氮气，即使使其燃烧也不能得到大量的热量，因此多数情况下也无法利用。

在日本特开2004-292298号公报的方法中，只分离了高炉煤气中的浓度为20％左右的二氧化碳，在分离后残留的气体中依然含有大量氮气，因此使其燃烧时的热量改善也只有25％左右。

另外，在所有方法中，还残留有在分离操作中需要大量的能量的问题。在日本特开昭61-28446号公报所示的方法中，为了使吸收液再生，将吸收液加热至100～150℃或者使加入了吸收液的容器减压的能量，在日本特开昭62-193622号公报所示的方法中，需要将吸附塔内在吸附一氧化碳和氢气时加压至2atm、在吸附的一氧化碳和氢气脱附时减压至0.1atm的能量，在日本特开2004-292298号公报所示的方法中，需要将吸收液加热至120℃以使其再生的能量。这些能量可以通过在炼铁厂内产生的废热的再利用而进行供给，但未必充足。

这样，从在炼铁厂产生的副产物气体中分离作为惰性成分的二氧化碳、氮气，使分离后残留的气体的热量增加而作为燃料气体再利用，这对节能当然是有贡献的，由降低二氧化碳排放量的观点考虑也是重要的。但是，在其实用化中，还残留有提高作为燃料成分的一氧化碳或氢气的回收率、降低分离操作所需的能量等成本方面的问题。

日本特开平9-47634号公报公开了以使用胺类的化学吸收法回收二氧化碳的方法。但是，在化学吸收法中，由于未除去在不燃性气体中占最大比例的氮气，因此不能预见被处理后的气体的发热量的大幅提升。由于氮气是缺乏反应性的惰性气体，因此以化学处理方法分离氮气基本上是困难的，有必要研究其它的分离方法。