一種利用焦?fàn)t煤氣制取冶金還原氣聯(lián)產(chǎn)液化天然氣的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金還原氣制取技術(shù)領(lǐng)域，涉及含碳?xì)涔I(yè)排放氣制富甲烷氣方法，具體為一種利用焦?fàn)t煤氣制取冶金還原氣聯(lián)產(chǎn)液化天然氣的工藝。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]冶金還原氣是指利能對(duì)金屬化合物進(jìn)行直接還原的氣體(主要含有C0和H2)。冶金還原氣能夠在鐵礦石軟化溫度以下，對(duì)氧化態(tài)的鐵進(jìn)行還原得到金屬鐵，實(shí)現(xiàn)了無(wú)焦煉鐵，且碳耗低、0)2排放少，因此，利用冶金還原氣煉鐵對(duì)降低一次性礦物能源消耗、保護(hù)環(huán)境等有很重要的意義。
[0004]目前冶金還原氣的主要來(lái)源是天然氣的重整反應(yīng)(比較有代表性的為Midrex的天然氣-二氧化碳重整以及HYL的天然氣-水蒸氣重整)。而在天然氣資源匱乏的地區(qū)，特別是在我國(guó)、印度以及其他天然氣資源匱乏的地區(qū)，天然氣的價(jià)格因素不可避免的增加了煉鐵行業(yè)的冶煉成本，造成還原氣直接還原鐵技術(shù)的推廣價(jià)值相對(duì)不高。而我國(guó)作為煤炭資源大國(guó)，煉焦行業(yè)已經(jīng)充分發(fā)展，煉焦行業(yè)每年都會(huì)副產(chǎn)大量的焦?fàn)t煤氣。焦?fàn)t煤氣是焦煤在煉焦?fàn)t中經(jīng)過(guò)高溫干餾后，在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所產(chǎn)生的一種可燃性氣體。焦?fàn)t煤氣的主要成分為比(55-60%)、CH4 (23-27%)、CO (5_8%)，此外還含有苯等碳?xì)浠衔?。因此，將煉焦行業(yè)副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣利用起來(lái)，分離得到CH4和冶金還原氣，可以大大減輕煉焦行業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。
[0005]采用深冷液化分離工藝，不僅使產(chǎn)品氣收率、純度比PSA、膜分離有較大提高，同時(shí)為了滿足液化分離的氣質(zhì)要求，其凈化處理工藝雜質(zhì)含量也大大低于其他幾種分離方式，得到的還原氣體潔凈度更高。另外焦?fàn)t煤氣中分離出來(lái)的CH4是當(dāng)今世界能源消耗中的重要組成部分，它與煤炭、石油并稱為世界能源的三大支柱。而LNG是天然氣的一種獨(dú)特的儲(chǔ)存和運(yùn)輸形式，它有利于天然氣的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，有利于降低天然氣的儲(chǔ)存成本。同時(shí)，由于天然氣在液化前進(jìn)行了凈化處理，所以它比管道輸送的天然氣更為潔凈。因此，將焦?fàn)t煤氣分離得到的CH4進(jìn)行深冷液化得到LNG，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0006]天然氣液化以制冷方式分，可分為以下三種方式:階式液化流程、混合制冷劑液化流程和帶膨脹機(jī)的液化流程。階式液化流程能量損失最小、操作彈性好，但流程長(zhǎng)、附屬設(shè)備多、級(jí)間管路連接與控制系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)不便?；旌现评鋭┮夯鞒虣C(jī)組設(shè)備少、流程簡(jiǎn)單，但也存在能耗較高的問(wèn)題。帶膨脹機(jī)的液化流程簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)靈活、維護(hù)方便，但回流壓力大、液化率低，比較適用于液化能力較小、甲烷含量較高的調(diào)峰型焦?fàn)t煤氣液化裝置。
[0007]現(xiàn)有的利用焦?fàn)t煤氣制取冶金還原氣的方法，如申請(qǐng)?zhí)枮?01210000587.7的“一種利用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)海綿鐵的方法”的專利，公開(kāi)的方法是:將凈化后的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行預(yù)熱；預(yù)熱后的焦?fàn)t煤氣在流化床入口處與通入的氧氣進(jìn)行不完全燃燒，并使含有C0+H2的還原氣的溫度升高到900°C -1000°C，再在流化床內(nèi)與鐵精粉或鐵礦進(jìn)行對(duì)流還原，生成海綿鐵。該方法的主要缺點(diǎn)在于沒(méi)有對(duì)焦?fàn)t煤氣凈化進(jìn)行系統(tǒng)闡述，而焦?fàn)t煤氣含有的雜質(zhì)如焦油，萘，粉塵，有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫，對(duì)后續(xù)工序處理及還原鐵品質(zhì)都有很大影響。又如申請(qǐng)?zhí)枮?01410088900.6的“一種焦?fàn)t煤氣改質(zhì)直接還原鐵礦石系統(tǒng)裝置及方法”的專利，公開(kāi)的方法是:利用高溫脫硫劑(MO和CeO^)實(shí)現(xiàn)脫硫凈化，然后將焦?fàn)t煤氣與鐵礦石還原尾氣按一定配比混合后在高溫催化床中進(jìn)行重整反應(yīng)得到冶金還原氣，最后直接還原鐵礦石，鐵礦石還原尾氣。該方法的主要缺點(diǎn)是:①該專利所述高溫脫硫劑(M0和CeO^)只能脫除H2S，但實(shí)際上在焦?fàn)t煤氣中還存在大量的有機(jī)硫，未脫除的有機(jī)硫經(jīng)過(guò)后期變換將以氧化態(tài)存在于還原氣中，對(duì)還原鐵的品質(zhì)有較大影響。②焦?fàn)t煤氣中還存在萘、焦油、苯等多種雜質(zhì)，因而在高溫脫硫過(guò)程中，這些雜質(zhì)對(duì)脫硫催化劑會(huì)造成積碳失活。再如授權(quán)公告號(hào)為CN203513711U的“一種利用焦?fàn)t氣生產(chǎn)氣基直接還原鐵的系統(tǒng)”的專利，公開(kāi)的方法是:焦?fàn)t煤氣進(jìn)入凈化器進(jìn)行凈化(除塵、脫油、壓縮)，之后進(jìn)入第一精脫硫塔與催化劑接觸進(jìn)行精脫硫并進(jìn)行脫不飽和烴處理，降低烯烴和芳烴的含量，然后與來(lái)自外部的其他氣體(轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐煤氣、凈化尾氣中的一種或兩種以上的混合氣)混合得到原料混合氣并在預(yù)熱之后進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化爐，含氧氣體經(jīng)過(guò)預(yù)熱之后進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化爐。在催化轉(zhuǎn)化爐中，含氧氣體和原料混合氣混合并在催化轉(zhuǎn)化爐的噴嘴處部分燃燒(部分氧化)，進(jìn)行甲烷的干重整和/或蒸汽重整，得到高HjPCO濃度的合成氣。該方法的主要缺點(diǎn)是:①焦?fàn)t氣凈化未對(duì)其中的萘雜質(zhì)進(jìn)行脫除，若遇氣候變冷則會(huì)析出萘，引起壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子及流道結(jié)垢，堵塞換熱器和設(shè)備導(dǎo)淋。②加氫脫硫是個(gè)放熱反應(yīng)，加之焦?fàn)t煤氣中含有少量氧氣，因此僅設(shè)置一臺(tái)精脫硫反應(yīng)器同時(shí)進(jìn)行加氫和脫硫很容易造成反應(yīng)器飛溫。以上這些專利，對(duì)于焦?fàn)t煤氣的凈化工藝均沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)敘述，而且主要是采用了甲烷的重整反應(yīng)來(lái)進(jìn)行冶金還原氣的生產(chǎn)，甲烷的重整反應(yīng)需要新增大型的重整爐，這也增加了整體工藝的能耗以及產(chǎn)品的成本。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有焦?fàn)t煤氣制取冶金還原氣方法的不足之處，提出一種利用焦?fàn)t煤氣制取冶金還原氣聯(lián)產(chǎn)液化天然氣的工藝。該工藝以焦?fàn)t煤氣為原料氣，并以凈化、分離和深冷液化技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一種焦?fàn)t煤氣凈化-分離-液化制冶金還原氣，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)液化天然氣(LNG)的成套工藝，該工藝得到的冶金還原氣能夠直接用于各類直接還原鐵技術(shù)。
[0010]本發(fā)明目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
一種利用焦?fàn)t煤氣制取冶金還原氣聯(lián)產(chǎn)LNG的工藝，該工藝包括以下步驟:以焦?fàn)t煤氣為原料，經(jīng)預(yù)凈化后進(jìn)入氣柜，再經(jīng)壓縮機(jī)增壓、深度凈化、變溫吸附、液化預(yù)凈化后，進(jìn)行膜分離得到氫氣，經(jīng)膜分離提氫后的氣體進(jìn)入冷箱，通過(guò)低溫精餾工藝氣相得到C0和氮?dú)?，同時(shí)液相得到LNG產(chǎn)品。0)和比可以根據(jù)后續(xù)還原鐵技術(shù)的氣體需求進(jìn)行靈活的混合配比得到冶金還原氣。
[0011]所述方法的具體步驟如下:
(1)預(yù)凈化
壓強(qiáng)為7-10kPa的焦?fàn)t煤氣首先進(jìn)入預(yù)凈化裝置，所述的預(yù)凈化是在凈化器中裝填焦炭，利用焦炭的吸附性脫除焦?fàn)t煤氣中的焦油、萘雜質(zhì)，將焦油含量降至4mg/Nm3以下，萘含量降至10mg/Nm3以下，具體依據(jù)所選擇的壓縮機(jī)型式和壓縮機(jī)廠家要求進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。
[0012](2)氣柜
待第(1)步完成后，將焦?fàn)t煤氣進(jìn)入氣柜。所述氣柜是針對(duì)焦?fàn)t煤氣氣源組成氣量波動(dòng)而作為緩沖作用。
[0013](3)壓縮
第(2)步從氣柜出來(lái)的焦?fàn)t煤氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓至0.2MPa，達(dá)到后續(xù)操作單元對(duì)原料氣壓力的要求。除工藝流程本身的壓力損失外，后續(xù)工序的操作壓力均在這一壓力下進(jìn)行。
[0014](4)深度凈化
第(3 )步完成后，焦?fàn)t煤氣再進(jìn)行深度凈化。所述的深度凈化主要包括兩部分，第一部分采用碳基吸附劑進(jìn)一步脫除焦油、萘，使其脫除指標(biāo)分別達(dá)到焦油小于lmg/Nm3，萘指標(biāo)小于lmg/Nm3。第二部分采用濕法脫硫粗脫硫，將H2S和有機(jī)硫的硫含量降低至10mg/Nm3，粗脫硫工藝根據(jù)裝置原料氣硫含量和原料氣規(guī)模優(yōu)選經(jīng)濟(jì)合理的工藝方案。
[0015](5)變溫吸附
第(4)步完成后，焦?fàn)t煤氣進(jìn)入變溫吸附單元。本單元采用常溫吸附、升溫脫附的操作方法使原料氣中的苯和氨的含量小于10mg/Nm3。吸附劑采用改性硅膠和特種活性炭復(fù)合吸附劑，所述變溫吸附凈化吸附操作溫度為常溫，吸附劑再生需要加熱。
[0016](6)液化預(yù)凈化
將經(jīng)第(5)步凈化后的原料氣送入MDEA脫碳脫硫，滿足進(jìn)入液化的0)2小于50ppm，H2S小于4ppm的指標(biāo)，脫碳脫硫后的氣體再經(jīng)過(guò)脫水干燥至露點(diǎn)_70°C以下，干燥后氣體依次進(jìn)行脫汞脫重?zé)N。
[0017](7)膜分離
第(6 )步完成后，焦?fàn)t煤氣進(jìn)行膜分離。膜分離裝置利用原有壓力作為推動(dòng)力，使氫氣在膜的低壓側(cè)富集，一部分與液化工序得到的C0混合，得到可直接用于還原鐵的冶金還原氣，另一部分輸送到用戶需要的入口。
[0018](8)液化
本申請(qǐng)選擇帶溴化鋰預(yù)冷的混合冷劑制冷循環(huán)工藝MRC加精餾液化的流程。經(jīng)第(7)步處理后的氣體送入冷箱，通過(guò)低溫精餾工藝氣相得到C0和N2，同時(shí)液相得到LNG產(chǎn)品。
[0019]本申請(qǐng)通過(guò)膜分離和深冷液化分離技術(shù)，將分離得到H2、CH4、C0，CH4被分離出來(lái)生產(chǎn)LNG，HjP C0可以通過(guò)不同配比，滿足各類煉鐵工藝所需的還原氣組成。
[0020]本發(fā)明的積極效果是:
(1)打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)。本項(xiàng)目利用焦?fàn)t煤氣制取冶金還原氣聯(lián)產(chǎn)LNG，延伸了焦炭產(chǎn)業(yè)鏈，形成了 “焦碳-焦?fàn)t煤氣-冶金還原氣-LNG”的生產(chǎn)鏈，提供一條資源充分利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)路線。
[0021](2)焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)脫除更徹底。在焦?fàn)t煤氣凈化過(guò)程中，先經(jīng)預(yù)凈化粗脫焦油萘，再經(jīng)深度凈化、變溫吸附、液化預(yù)凈化，避免了雜質(zhì)對(duì)設(shè)備以及甲烷液化的影響。
[0022](3)實(shí)現(xiàn)工業(yè)排放氣綜合利用，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。整個(gè)工藝過(guò)程無(wú)連續(xù)污染物排放，硫、焦油及粉塵均得到固化收集。裝置具