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鋼廠轉爐煤氣的凈化新方法

文檔作者：楊云張信凱李小榮文檔來源： 1．四川天一科技股份有限公司變壓吸附分離工程研究所 2．云南云維集團沾化分公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月11日
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第1期 楊 云等：鋼廠轉爐煤氣的凈化新方法 57
鋼廠轉爐煤氣的凈化新方法
楊 云 ，張信凱 ，李小榮
(1．四川天一科技股份有限公司變壓吸附分離工程研究所，四川成都610225；
2．云南云維集團沾化分公司，云南 曲靖655338)
摘要：介紹了一種鋼廠轉爐煤氣的凈化新方法及其在一個利用焦爐煤氣和轉爐煤氣制甲醇項目的實際應用。該法第一步
通過變溫吸附( A)除去轉爐煤氣中的硫、磷、砷等有害雜質，然后進一步通過吸附的方法除去殘留的微量砷。該工藝具有凈
化度高，自動化控制，操作簡便，經(jīng)濟、環(huán)保效益好的特點。轉爐煤氣凈化運行成本僅為0．0144元，m 。
關鍵詞：轉爐煤氣；凈化；TSA；吸附法；工業(yè)應用；甲醇
中圖分類號：TF09；TQ028．15；X51 文獻標識碼：B 文章編號：1001-9219(2014)01-57—03
目前．我國鋼鐵產量高居世界首位，年產量已
達近7億t。轉爐吹氧冶煉過程中爐內鐵水與吹入
的氧氣化學反應生成爐氣，其反應式為：
2C+O~2CO
2C+202=2CO2
2CO+O2=2CO2
同時。在吹煉過程中向轉爐添加各類輔助原料
時，也會生產爐氣。其反應式為：
Fe203+3C=2Fe+3CO
Fe,．
O3+C=2FeO+CO
在采用吹氧冶煉的氧氣轉爐煉鋼過程中，其尾
氣氣量、成分和溫度隨冶煉階段呈周期性變化。在
吹煉中期CO體積分數(shù)高達80％以上，一般情況下，
轉爐煤氣成分中CO的體積分數(shù)約占55％～66％。當
爐內溫度較高時，碳的主要氧化物是CO，約占
90％，同時有少量的碳與氧直接作用產生CO ，或
CO從鋼液表面逸出后再與氧作用產生CO2，其總量
約占10％。鋼廠尾氣典型組成如下表1所示。
表1 鋼廠尾氣典型組成
收稿日期：2013．10．15；作者簡介：楊云(1968一)，男，教授級高
工．電話13679007009，電郵yy6872@sina．COrn。
鋼鐵工業(yè)是物耗、能耗大戶，我國重點鋼鐵企
業(yè)噸鋼可比能耗約為950kg標煤。轉爐煤氣是寶貴
的優(yōu)質資源，其熱值雖然不大，但其數(shù)量較大，有較
高的回收價值。按照每噸鋼回收轉爐煤氣60m3計，
每年可回收410多億m3折1000多萬t標準煤。開
發(fā)并推廣煉鋼轉爐煤氣凈化回收與利用技術可獲
得節(jié)能與環(huán)保雙重效益，是實現(xiàn)轉爐煉鋼工序負能
耗、建立節(jié)約型社會、走可持續(xù)發(fā)展道路的重要手
段。
1 國內外各種凈化方法
隨著氧氣轉爐煉鋼生產的發(fā)展，煉鋼工藝的日
趨完善。相應的凈化技術也在不斷地發(fā)展完善。目
前。氧氣轉爐煉鋼的凈化回收主要有以下2種方
法。
一種是日本新日鐵和川崎公司于上世紀60年
代聯(lián)合開發(fā)研制成功的煤氣濕法(OG法)凈化回收
系統(tǒng)。OG法系統(tǒng)主要由煙氣冷卻、凈化、煤氣回收
和污水處理等部分組成，凈化后的煤氣大多作為燃
料被回收利用。該技術存在的缺點：一是處理后的
煤氣含塵量較高，達lOOmg／ms以上，要利用此煤
氣。需在后部設置濕法電除塵器進行精除塵，將其
含塵質量濃度降至10mg／m3以下；二是系統(tǒng)存在二
次污染。其污水需進行處理；三是系統(tǒng)阻損大，所以
能耗大，占地面積大，環(huán)保治理及管理難度較大。
另一種是德國LURGI(魯奇)公司和THYSSEN
(蒂森)鋼廠在上世紀60年代末聯(lián)合開發(fā)的煤氣干
法(LT法1凈化回收系統(tǒng)。LT法系統(tǒng)主要是由煙氣冷
卻、凈化回收和粉塵壓塊3大部分組成。LT法與
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58 天然氣,It_v-(C 化學與化工) 2014年第39卷
OG法相比的主要優(yōu)點：一是除塵凈化效率高，粉塵
質量濃度降至10mg／m。以下：二是該系統(tǒng)全部采用
干法處理，不存在二次污染和污水處理；三是系統(tǒng)
阻損小，煤氣熱值高，回收粉塵可直接利用，降低了
能耗；四是系統(tǒng)簡化，占地面積小，便于管理和維
護。因此，LT法干法除塵技術比0G法濕法除塵技
術有更高的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。從而獲得世界各
國的普遍重視和采用。國內許多鋼鐵公司已經(jīng)意識
到LT法凈化回收技術的優(yōu)越性。
隨著世界能源危機的加深，石油和天然氣的價
格不斷上漲，使鋼鐵企業(yè)副產廢氣中H 、CO、CH 、
CO 等組分的回收利用受到重視。鋼鐵企業(yè)副產氣
的有效利用的關鍵技術之一就是解決氣體凈化，吸
附分離(PSA)技術為鋼鐵企業(yè)提供了可靠的技術
支持。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，產品成本是企業(yè)占領市場
的關鍵，也是企業(yè)產生經(jīng)濟效益的根本，運用鋼鐵
企業(yè)廉價的副產氣生產高附加值的高純H 、CO、
CH 、CO ，并進一步深加工利用，可大大改善鋼鐵企
業(yè)的產業(yè)結構，提高企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。
2 轉爐煤氣凈化新方法主要技術介
紹
轉爐煤氣是使用轉爐進行冶金過程中排出的
廢氣，其主要成分是CO、CO2和N2，其中 (CO)在
60％～80％，平均發(fā)熱量約為8000kJ／m3，是一種非常
理想的化工原料氣和燃料氣。轉爐煤氣不僅有極大
的經(jīng)濟價值，而且通過對轉爐煤氣回收和利用，還
可以減少環(huán)境的污染，因此對轉爐煤氣的回收和利
用具有重要意義。
現(xiàn)有轉爐煤氣凈化技術主要針對降溫除塵以
及鐵粉的回收?；厥盏膬艋瘹庥捎谌源嬖隗w積分數(shù)
近100xl0 的硫、磷、砷及其化合物等有毒有害雜
質，一般只能用作燃料，造成了資源的浪費。為進一
步提高轉爐煤氣的應用價值，使其成為合格的化工
原料，需要對其進行深度凈化，而如何使得硫、磷、
砷及其化合物等主要微量雜質組分的含量滿足化
工生產要求．成為一個亟待解決的問題。
作為化工原料一般要求硫、磷、砷及其化合物
等有毒有害雜質體積分數(shù)均小于0．1×lO ，可用的
凈化技術有濕法和干法兩大類。濕法脫硫是以堿性
溶液為脫硫劑，化學吸收脫除硫化物，主要脫除硫
化氫，濕法脫硫量大，但精度有限；于法脫硫是以固
體吸附劑為脫硫劑，吸附脫除硫化物。干法可達較
高精度，但硫容偏低，經(jīng)濟性較差。典型的轉爐煤氣
脫硫技術有石灰石．石膏法。噴霧干燥法，電子束法，
氨法等。由于轉爐煤氣中硫化物形態(tài)多為氧化態(tài)的
SO 和COS，對氧化態(tài)的SO 和COS，尤其是COS
要達到精脫指標，需要進行水解轉化為H ，再通過
吸收或吸附的方法脫除，流程復雜、成本較高。
四川天一科技股份有限公司下屬變壓吸附分
離工程研究所經(jīng)過多年研究．成功開發(fā)出新的工藝
技術和獨特的吸附劑，可根據(jù)要求將轉爐煤氣中的
有毒有害雜質體積分數(shù)分別凈化到1xl 級和1×
10-9級。凈化后的轉爐煤氣可用于焦爐煤氣制甲醇
的補碳等用途。此工藝具有流程簡單、自動化程度
高、操作成本低、便于維護等優(yōu)點。
黑龍江建龍鋼鐵有限公司是一家大型鋼鐵聯(lián)
合企業(yè)，為實現(xiàn)資源綜合利用。在2010年建設l0
萬 a焦爐煤氣和轉爐煤氣制甲醇項目中所配套的
凈化裝置中．選用四川天一科技股份有限公司變壓
吸附分離工程研究所開發(fā)的“從轉爐氣中凈化回收
有效組份的新工藝”技術。該裝置處理轉爐煤氣的
能力為13025m3,qa，2011年1O月裝置投運。一次開
車成功生產出合格的產品凈化氣，很好地滿足甲醇
合成催化劑的要求。
該轉爐煤氣凈化裝置設計工況簡介如下：
1)原料氣是轉爐煤氣，其組成見表2。原料氣處
理量：13025m3／h。
表2 轉爐煤氣組成
坌 蘭 蘭 三 三壘! 三 ： 蘭
口 2．00 0．47 21．50 60．00 16．00 0．01 0．02 1 x10一 1×10’ 飽和100
2)凈化氣有害物體積分數(shù)： P≤0．1 xl0 、
Ehs~<5~10-9,ZF~<0．1x10 ；
3)工藝流程
流程框圖如圖l所示
圖1 轉爐煤氣凈化新工藝流程框圖
②凈化 c
③解吸氣
來自廠方氣柜的原料氣加壓后進入吸附凈化
單元，在此原料氣中的S、P、As、F等微量雜質組分
被凈化塔中裝填的吸附劑選擇性吸附。吸附在吸附
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第1期 楊 云等：鋼廠轉爐煤氣的凈化新方法 59
劑上的雜質組分經(jīng)加熱沖洗脫附，每臺吸附器在不
同時間依次經(jīng)歷吸附、逆放、加熱沖洗、冷吹、升壓
等步序。凈化氣再進入精制單元，在此凈化劑為一
次性使用，兩塔配置，可利用大修期間更換，保證裝
置穩(wěn)定運行。獲得的達標凈化氣輸出至合成氣壓縮
機進口。
本技術的目的在于克服現(xiàn)有技術中轉爐煤氣
凈化后仍然含有大量雜質，無法滿足化工生產要求
的不足。流程簡單、投資較少，可以有效降低轉爐煤
氣中有毒有害雜質的含量，滿足化工生產對原料的
要求。提供的專用吸附劑，通過改性使其表面呈現(xiàn)
弱堿性和一定的活性，有較強的吸附硫、磷、砷及其
化合物的能力和較高的脫除精度。由于采用抽空或
沖洗方式再生都不能達到吸附劑循環(huán)使用的要求，
因此選用變溫吸附方式，在常溫下吸附、在升溫后
沖洗再生。精制單元主要是采用固定床反應器催化
吸收。脫除混合氣中的砷化物，凈化氣出口砷體積
分數(shù)可低至5xlar9以下。由于硫化物、磷化物會使
凈化劑的活性組分失活，因此將精制單元放在凈化
末端。該技術采用吸附分離工藝對轉爐煤氣進行處
理，不僅對硫、磷、砷及其化合物的脫除精度高，并
且能將轉爐煤氣中的其它雜質均可從質量濃度
lm m 5oom m 脫除至體積分數(shù)<0．1xlO ，其中砷
化物可達<5xlO ，而且操作自動化、流程簡單、再生
簡便、投資較少。
3 裝置的環(huán)保、經(jīng)濟效益
轉爐煤氣凈化裝置作為甲醇合成氣補碳來源，
投入運行后可處理轉爐煤氣1。04xlO。m3，a(以8000h
計)，減少了廢氣的排放量，從而改善了環(huán)境質量，
解決了鋼鐵行業(yè)生產中的一大環(huán)保難題，真正做到
了達標排放，其產生的社會、環(huán)保效益十分巨大。而
轉爐煤氣凈化成本較低，見表3。
表3 轉爐煤氣凈化成本
注：表中單價均為估計值，電耗未計入壓縮機消耗
上表數(shù)據(jù)顯示，轉爐煤氣凈化運行成本極少，
僅為0．0144元，m，，用于甲醇生產將產生顯著經(jīng)濟
效益。
4 結語
由四川天一科技股份有限公司變壓吸附分離
工程研究所開發(fā)轉爐煤氣凈化新技術在黑龍江建
龍鋼鐵有限公司投入工業(yè)化并穩(wěn)定運行，證明了目
前對轉爐煤氣凈化回收治理已有了行之有效的工
藝方法。
本工藝具有凈化效率高，自動化控制，操作簡
便。經(jīng)濟、環(huán)保效益好的特點。該技術的工業(yè)化不僅
使利用轉爐煤氣為焦爐煤氣制甲醇裝置補碳，從而
改善甲醇生產工藝。節(jié)約了能源成為可能。而且還
治理了鋼廠環(huán)境，實現(xiàn)了轉爐煤氣和焦爐氣煤氣的
綜合利用，達到了節(jié)能減排，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的目的，
為我國鋼廠調整產業(yè)結構提供了技術基礎。具有很
好的推廣使用價值。
A novel process for purification of steel plant converter gas
YANG Yun~,ZHANG Xin—k LI Xiao—ron窖
(1．PSA Business Group，Sichuan Tianyi Science and Technology Co．，Ltd．，Chengdu 610225，China
2．Zhanhua Branch of Yunnan Yunwei Group Co．，Ltd．，Qujing 655338，China)
Abstract：A novel process for purification of steel plant converter gas by removing the harmful substances such as sulfur，
~osohOroUS and arsenic using a temperature swing adsorption 0"3A)technique and further removing the arsenic remaining in the gas
using a adsorption technique and its practical application in a methanol plant with coke oven gas and converter gas as feedstock were
introduced．This process had the advantages of high purifying degree，automation control，simple operation，and good economic and
environmental benefits．The cost of purification was only 0．0144 RMB per cubic meter converter gas．
Keywords：converter gas；purification；TSA；adsorption；industrial application；methanol

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