[发明专利]一种高炉煤气富化装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高炉煤气技术领域，特别是提供了一种高炉煤气富化装置及方法。该方法的核心设备煤气富化炉是在单段式煤气发生炉的基础上进行改进，实现了提高高炉煤气热值、降低二氧化碳排放。

背景技术

钢铁企业冶炼过程中会产生大量的高炉煤气，但是由于高炉煤气热值低并呈降低趋势是限制高炉煤气使用最重要原因。

高炉煤气的主要成分为CO、CO₂、N₂及少量H₂。目前国内各钢厂大都面临煤气不平衡的问题，高炉煤气放散率较高，而焦炉煤气普遍不足，这就使得钢厂不得不花费大量资金购买重油或液化石油气等作为补充燃料。钢厂许多加热炉需要热值高于6000kJ/m³的煤气，若使高炉煤气中CO富集到40％～60％就能满足要求，用这样的煤气来顶替焦炉煤气、重油或液化石油气等，将会产生巨大的经济效益和社会效益。

高炉煤气富化，尚无实际应用的成熟工艺，曾有学者提出采用变压吸附技术来富化高炉煤气，该技术在化工行业是比较成熟的，近来在冶金行业也越来越多地受到关注，并成功地用在焦炉煤气变压吸附制氢上。但是变压吸附投资较大，占地面积较大，而且处理能力有限。所以至今未见有实际应用的相关报道。

本发明的目的在于提供一种能够以非焦煤和高炉煤气为原料，提高高炉煤气热值、减少二氧化碳排放的方法及装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高炉煤气富化的装置及方法，以高炉煤气为原料，以煤气为能源，氧气为氧化剂，以非焦煤(＞10mm)、焦丁为还原剂，采用先预热后还原的工艺路线。高炉煤气经过预热器与富化后煤气进行热量交换，进入煤气加热器，煤气加热器利用高热值煤气与氧气燃烧为高炉煤气提供热量，使其到达800～900℃，由炉壁四周吹入炉内，煤气富化炉内填充得煤块，在煤块填充床内完成主要的还原任务，生成高热值煤气。

本发明的装置包括上料装置、煤块预热器、布料器、热交换器、煤气加热炉、煤气环管、煤气喷枪、分流器、灰渣盘、煤气富化炉、除尘装置、储气罐、氧气管道、煤气导出管道。煤块预热器上部与上料装置相连接，下部与安装在煤气富化炉炉顶的布料器相连接；热交换器、煤气加热炉、煤气环管均配置在煤气管道上；煤气环管与煤气喷枪相连接，煤气喷枪由煤气富化炉中部插入炉内；煤气富化炉底部连接灰渣盘，灰渣盘底部中心部位连有氧气管道及分流器；煤气导出管道、除尘装置、热交换器和储气罐串联于同一管道上。

本发明所采用的煤气富化炉有4根煤气喷枪插入炉内，高炉煤气由煤气喷枪喷入炉内。并且炉内包括六个区域：分别为：灰渣层、氧化层、还原层、干馏层、干燥层和煤气层；其中氧化层主要完成氧化放热的任务，还原层主要完成煤气还原富化的任务。

正常生产时，高炉煤气首先进入到换热器利用煤气富化炉生成的高温煤气进行预热，预热后在煤气加热炉内，通过煤气和氧气的燃烧反应来对高炉煤气进行加热，使其达到使其到达800～900℃的高温，高温煤气通过煤气喷枪进入到煤气富化炉，在煤气富化炉内高炉煤气依次通过还原层、干馏层、干燥层。在还原层中炽热的碳夺取氧化物中的氧而与之化合的本领，所以在还原层中，二氧化碳和水蒸气被碳还原成一氧化碳和氢气。其主要反应为：CO₂+C→2CO-172.52kJ·mol^-1 H₂O+C→H₂+CO-131.96kJ·mol^-1 2H₂O+C→CO₂+2H₂-91.4kJ·mol^-1。高炉煤向上来到了干馏层，由于还原层上升的气体随着热量的被消耗，其温度逐渐下降，煤在这个温度下，历经低温干馏的过程，煤中挥发份发生裂解，产生甲烷、烯烃及焦油等物质，它们受热成为气态，即生成煤气并通过上面干燥层而逸出，成为煤气的组成部分。煤气离开干馏层继续向上运动来到了干燥层，与刚入炉的燃料在这层相遇，进行热交换，燃料中的水分受热蒸发。富化后的煤气汇聚于炉顶形成了煤气层，离开煤气富化炉后，煤气经过除尘装置，一部分去预热高炉煤气，一部分去预热煤块，最后汇聚于储气罐。

煤块经过煤块预热器后，由布料器进入煤气富化炉内，形成固体填充床，与底部进入的高温煤气反应，直到形成灰渣排出炉外。