钢厂尾气处理

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——炼钢行业也得到飞跃式的发展。2013年中国以亿吨的粗钢产量位居世界第一，占全球粗钢产量的%，而中国2013年不锈钢产量也达到约1800万吨，占全球总产量的%。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馏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H

2O

2

N

2

CH

4

CO CO

2

C

n

H

m

微量组分H

2S HCN萘苯氨COS焦油H

2

O

组成

/mg·m-3

500500150300015010050饱和

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%。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。

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：

CH

4+H

2

O CO+3H

2

； CO+2H

2

CH

3

OH。焦炉煤气经净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馏脱去杂质，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：

图1：焦炉煤气制甲醇工艺路线图

在生产甲醇的同时，可以将多余的H 2与来自空分的氮气进行合成反应，反应原理是:

N 2 + 3H 2

2NH 3，其工艺路线见图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PSA 提纯后的压力也较高，在以上，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CO 2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。 焦炉煤气制LNG

LNG （Liquefied Natural Gas ），即液化天然气的英文缩写。天然气是在气田

甲醇驰放

PSA-H 2

解析气去干压合成压

空分装脱少量N

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-162℃，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，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 、CO 2与H 2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H 2转化成H 2O 造成了H 2的浪费。我公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元/Nm3，且投资与甲烷化相比相当，特别是针对高氧含量N 2气含量较高的焦炉气，针对N 2高，而N 2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H 2S 提取回焦炭炉燃烧，LNG 中甲烷含量高，品质好；同时环保H 2S 达到排放标准。

将焦炉尾气进行电捕油，脱萘脱焦油后，深度净化除氧脱硫脱汞。焦炉气中CO 与N 2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N 2气。变换之后经过变压吸附粗脱碳，粗脱碳的同时将大部分多碳碳氢化合物、H 2S 等脱除，此部分热值高，与脱除的CO 2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，H 2S 也回炉燃烧解决了H 2S 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H

2

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CH

4

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H

2与N

2

，与冷箱低温闪蒸塔后的气体、

膜分离得到的H

2

混合，直接加压醇烃化，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CH

4、H

2

、N

2

、Ar。此部

分弛放气通过膜分离，将H

2分离出再补到合成氨气中。余下的CH

4

混和气过入冷箱，

将所有CH

4

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H

2S脱除回炉燃烧解决H

2

S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H

2、CH

4

、N

2

分离，循环利用，整个系统除CO

2

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。高炉燃料的热量约有60％转移到高炉煤气中。据，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1400－1500℃，在许多情