[发明专利]一种富氧高炉煤气制氨合成气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种富氧高炉煤气制氨合成气的方法，属于资源综合利用领域。

背景技术

冶金行业是高耗能高排放行业，其耗能量占我国总能耗的10％左右。国家“十一五”规划把单位GDP能耗在“十五”基础上下降20％作为目标，冶金行业节能减排首当其冲。

钢铁行业是高消耗、高污染的“大户”，而且是六大耗能行业中的“大户”。钢铁工业节能减排工作的成效关系到全社会整体节能减排工作的成效。

高炉炼铁是现代钢铁生产的重要工艺之一，炼铁高炉所用的还原剂是焦炭、煤、重油等，用空气鼓风生产还原剂CO并提供高温热量，由于空气中氮含量很高，稀释了还原气中的CO，故高炉煤气中的CO含量低，氮含量高，高炉排出的煤气中含CO：24-26％；CO₂ 14-16％；H₂1-2％；CH₄0.3-0.8％；N₂56-59％。热值：3200-4000kj/Nm³。目前，由于高炉煤气品质低，用处不大，只作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料用。

氨合成气的主要原料也为焦炭、煤、重油、天然气，通过气化炉制取满足氨合成气要求的水煤气，制取水煤气的方法常用的有常压间隙法、常压连续富氧气化法、加压气化法以及近年发展起来的纯氧熔渣气化法。

合成氨也是耗能大户，每吨合成氨平均消耗标准煤1400kg计算，我国年产合成氨3500万吨，消耗标准煤4900万吨。

高炉生产1t铁大约要消耗450-550kg焦炭，我国钢铁行业年消耗标准煤2亿多吨，如果钢铁工业排放的高炉煤气利用25％，则对全国工业CO2减排的贡献率将达3％。如果能把高炉煤气作为氨合成气利用起来，高炉煤气制合成氨可满足合成氨市场要求，可以省掉合成氨消耗掉的焦炭、煤、重油以及供应紧缺的天然气，对节能减排具有重大理论意义。

发明内容

本发明目的是提供一种富氧高炉煤气制氨合成气的方法，是利用高炉煤气制取合成氨原料气的方法来回收利用生产排放废气中的CO，使其成为合成氨的原料，把炼铁高炉作为富氧熔渣气化炉，对合理使用资源、节能减排，实现低碳经济，变废为宝具有十分重要的现实意义。

本发明的富氧高炉煤气制氨合成气的方法目的是这样实现的：其特征在于该方法为：通过炼铁高炉空气鼓风改为富氧鼓风，将高炉煤气中的一氧化碳浓度提高至氨合成气需要的浓度，再通过脱硫、部分变换和低温变换将CO转换为H₂，脱除二氧化碳和微量CO，满足氨合成气的要求。

该方法包括：

(1)富氧鼓风：高炉空气鼓风改为富氧鼓风，富氧鼓风使用的氧气浓度59～63％，富氧量每吨生铁580～650m³；

(2)ADA脱硫：在常温下，用常规ADA溶液，将高炉煤气中的H₂S脱至50mg/m³以下；

(3)部分变换：变换炉分为二段，控制蒸汽比为1.1～1.3，一段变换触媒用中温触媒，一段进口温度300～340℃，一段出口温度430～450℃，二段触媒用高温触媒，触媒层温度控制在470～480℃，变换炉出口CO 15～20％，H₂ 40～45％范围内；

(4)精脱硫：变换后串联精脱硫，精脱硫采用氧化锌脱硫剂，操作温度250～280℃，将总S脱至0.1ppm；

(5)中-低-低变换：变换炉分为三段，一段中温变换：用中温变换催化剂，由部分变换送来的温度250℃，经换热器换热后进一段温度320℃，经一段反应后出口温度400℃；二段低温变换：用低温变换催化剂，由一段出来的气体经换热器和水加热器后温度降低至190℃，进入二段低变触媒层，反应后温度220℃；三段低温变换：由二段低温变换来的气体经第一调温水加热器后温度下降至180℃，进入三段低温触媒层，反应后温度上升至185℃，使CO降低至1.5％以下；

(6)脱碳：变压吸附脱除CO₂和少量CO，吸附剂用分子筛，吸附器在0.6～0.7mpa压力和常温下将二氧化碳和CO脱除，使出口CO₂和CO均小于10ppm。

本发明的原理分四部分工艺：

1、高炉空气鼓风该为富氧鼓风