[发明专利]一种变压吸附提氢解析气用于高炉氢能炼铁装置及方法

说明书

本发明属于氢能炼铁领域，具体涉及一种变压吸附提氢解析气用于高炉氢能炼铁装置及方法。为解决原料气体消耗量大，能耗高，解析气燃烧碳排放量增大，温室气体排放量大，生产效率低等问题，本发明对变压吸附提氢解析气利用方式进行改进，根据变压吸附解析气的压力、温度、及组成情况，调整解析气的利用方式，采用将解析气增压后送至高炉风口，经调节控制后送至高炉内，以降低高炉焦炭和原煤的用量。

技术领域

本发明属于氢能炼铁领域，具体涉及一种变压吸附提氢解析气用于高炉氢能炼铁装置及方法。

背景技术

高炉氢能炼铁的原理是利用氢气代替煤炭或焦炭作为高炉的还原剂，以减少或避免钢铁生产中的二氧化碳排放。在高炉炼铁生产中，需要在高炉中消耗300千克左右的焦炭和200千克的煤粉作为还原剂，才能生产出1吨生铁。氢气可作为铁矿石的还原剂，对碳排放和环境保护十分有益。

变压吸附提氢装置是利用装在固定压力容器中的活性炭、三氧化二铝、硅胶、分子筛等固体吸附剂，对含氢气混合气体中的各种组分进行选择性吸附，达到各气体组分分离的装置。利用混合气体中各组分的沸点不同，沸点低的组分不易于被吸附剂吸附的性质，将含氢气混合气体通过吸附剂床层，较高纯度的氢气离开吸附剂床层，混合气体中的其他组分甲烷、氮气、一氧化碳及部分氢气留在吸附剂床层中，经过一系列均压、解析、冲洗步骤后作为解析气送出装置。

变压吸附提纯后的氢气用途主要是一、用作生产乙二醇、甲醇、合成氨和高级醇等各种化工产品的原料。二是氢气经过再进一步分离提纯后，作为氢能源使用。解析气目前主要用途一是作为燃料气使用或者排空放火炬燃烧。二是作为原料气使用，重新提纯有效组分。三是作为分子筛的冲洗再生气使用。对于以上变压吸附提氢解析气的利用方法，有一定的局限性，主要体现在以下几点。

一是原料气体消耗量大，能耗高。解析气中的主要组分为氢气、一氧化碳、甲烷等有效气体，直接燃烧仅利用了气体的热值，造成能源消耗高。

二是解析气燃烧碳排放量增大，污染环境。解析气中的一氧化碳和甲烷燃烧后对环境均会造成不同程度的污染并增加了碳排放量。

三是用焦炭和煤作为铁矿石的还原剂，温室气体排放量大，生产效率低。

因此需要对变压吸附提氢解析气利用方式进行改进，用以解决目前装置的局限性，以提高能源利用率，降低消耗，减少环境污染。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种变压吸附提氢解析气用于高炉氢能炼铁装置及方法。本发明根据变压吸附解析气的压力、温度、及组成情况，调整解析气的利用方式，采用将解析气增压后送至高炉风口，经调节控制后送至高炉内，以降低高炉焦炭和原煤的用量。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

变压吸附装置由吸附塔及缓冲罐组成，来自上游工序的高压富氢气进入原料气缓冲罐，然后从吸附塔底部进入处于吸附工况的吸附塔内，在多种吸附剂组成的复合吸附床的依次选择吸附下，原料气中的CH₄、N₂、CO与部分H₂等组份在吸附塔内被吸附剂吸附，氢气得到提纯。高纯度的氢气从吸附塔顶部连续排出去后续工段，解析气经过缓冲罐均压均质后，经过解析气压缩机三级增压，送至高炉风口。经过解析气流量计及调节阀控制后，送至高炉内，解析气中的H₂及CO在高温环境下气体上升，还原出以氧化物形态存在的铁，代替部分焦炭使用。

一种变压吸附提氢解析气用于高炉氢能炼铁装置，包括原料气缓冲罐、吸附塔、解析气压缩机、高压缓冲罐、低压缓冲罐、解析气压缩机入口分离器、逆放调节阀、放空调节阀、紧急切断阀、紧急放散阀、高炉风口调节阀；