[发明专利]一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的方法及装置

说明书

本发明公开了一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的方法及装置，主要分为三个工段，第一工段采用变压吸附装置对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到二氧化碳的含量在60％‑90％范围内的粗二氧化碳产品气；第二工段采用低温液化精馏装置对粗二氧化碳产品气进行液化提纯，得到产品纯度为99.5％(v)的二氧化碳产品；第三工段对第一工段和第二工段进行工艺整合，即对第一工段产生的余压进行利用，为第一工段原料气进行增压和为第二工段提供制冷量。本发明通过变压吸附初分离结合低温液化精馏终分离的组合方法提纯钢厂煤气中的二氧化碳，显著降低了能耗，可同时提供气态和液态的二氧化碳产品，且对设备要求低，不产生废液，对环境友好。

技术领域

本发明涉及工业气体分离技术领域，具体涉及工业二氧化碳的分离技术，尤其涉及一种从钢厂煤气中分离提纯工业二氧化碳的方法及装置。

背景技术

钢铁行业的碳排放最终都以钢厂煤气的形式释放出来，钢厂煤气即高炉气、转炉气和焦炉气，俗称钢厂三气。其气体组成如下；

从钢厂煤气中进行二氧化碳捕集利用是助力钢铁行业实现双碳目标最直接有效的方式，从钢厂三气的气体组成来看，焦炉气中二氧化碳含量低，而从高炉气和转炉气中捕集二氧化碳是最经济的。目前从钢厂煤气中捕集二氧化碳，通常借鉴化工行业的做法，采用有机胺液等溶剂吸收的方式，将二氧化碳从钢厂煤气中吸收分离进入有机溶剂，再利用蒸汽加热等方式，将有机溶剂中吸收的二氧化碳再生回收。由于高炉气和转炉气压力低、二氧化碳含量高，达到20％左右，采用溶剂吸收时，溶剂循环量大，电耗大，同时吸收了二氧化碳的溶剂再生时，需要消耗大量的热能，即蒸汽消耗量大，这些均使得溶剂吸收法获取的工业吨二氧化碳产品能耗偏高。

目前从钢厂煤气中提纯二氧化碳，除采用有机胺液等溶剂吸收方式外，尚无其他相关专利技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化碳变压吸附初分离结合二氧化碳低温液化精馏终分离的组合方法提纯钢厂煤气中的二氧化碳，用以解决从钢厂煤气中分离提纯的二氧化碳吨产品能耗偏高的问题。

在本发明的第一方面，提供了一种从钢厂煤气中分离回收工业二氧化碳的方法，主要分为三个工段，第一工段采用变压吸附装置对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到二氧化碳的含量在60％-90％范围内的粗二氧化碳产品气；第二工段采用低温液化精馏装置对第一工段得到的粗二氧化碳产品气进行液化提纯，得到产品纯度为99.5％(v)的二氧化碳产品；第三工段对第一工段和第二工段进行工艺整合，即对第一工段产生的余压进行利用，为第一工段原料气进行增压和为第二工段提供制冷量。

第一工段采用变压吸附装置对钢厂煤气进行初步的二氧化碳分离和富集，得到粗二氧化碳产品气。采用本方法的特点是在初步分离时不需将钢厂煤气中的二氧化碳富集到高浓度，如90％以上，进而不需要在初步分离时将钢厂煤气加压到高压力或经过两级或多级变压吸附对二氧化碳进行富集。

首先将来自钢厂除尘净化后的原料煤气进行压缩，升压至2-8barg，此处钢厂煤气若选用高炉气时，亦可取自TRT前，在TRT前取气时，高炉气带有约1-3barg的余压，可以减少原料煤气的压缩能耗，亦或不需加压。

加压后的原料煤气需进行杂质脱除，对本方法工艺产生影响的主要杂质是硫和水，硫的形态分为有机硫(主要为羰基硫COS)和无机硫(主要为H₂S)两种形式。采用本方法时，在第一工段首先对杂质硫进行处理。本方法的脱硫方案为，在第一工段只进行有机硫的转化，即将有机硫转化为无机硫，采用的方法为有机硫一步水解法，水解温度控制在60-100℃，可利用压缩后产生的余热使原料煤气的温度控制在水解温度；考虑到饱和水的存在，也可将压缩后的原料煤气先降温分离液态水，再升温至水解温度，在水解温度下，原料煤气自上而下通过装有有机硫水解剂的塔器进行有机硫水解，水解效率可达95％，绝大部分的有机硫转化为无机H₂S，有机硫水解转化后的原料煤气温度略有上升，将其降温至30-50℃后，进入变压吸附单元进行二氧化碳的分离和富集。