一种基于气化反应制备高发热值煤气的方法与流程

本发明属于煤气制备，具体涉及一种基于气化反应制备高发热值煤气的方法。

背景技术：

1、炼铁高炉冶炼生产中，冶炼每吨铁产生的高炉煤气约1600nm3，这些高炉煤气中含有20%～25%的co、18%～27%的co2、50%～54%的n2和1% ～ 5%的其它气体。由于其中的可燃成分含量较少，高炉煤气的发热值较低，一般仅能达到3000~3400kj/nm3，难以满足许多场合对燃气热值的要求。在钢铁企业中，只能将高炉煤气较多地用于对燃气发热值要求不高的工序，例如高炉热风炉、焦炉、蒸汽锅炉、发电等。为扩大高炉煤气的应用场合，在高炉煤气中掺加高热值煤气（如焦炉煤气、转炉煤气），提高混合煤气的发热值是一种有效的方法，此时可将混合煤气用于轧钢加热炉等要求燃气热值较高的工序，但会消耗钢铁厂并不富裕的焦炉煤气、转炉煤气。为解决大量高炉煤气的合理应用，近年发展了许多利用纯高炉煤气的新技术，如烧纯高炉煤气锅炉发电、燃气-蒸汽联合循环发电等。虽然这些技术利用了高炉煤气的可燃成分，避免了高炉煤气向大气放散，节省了能源，但是燃烧产生废气中的co2与高炉煤气原含有的co2叠加，仍然有大量的co2排入大气，造成环境污染。

2、为解决低热值高炉煤气应用、大量燃烧废气排放问题，从高炉煤气分离并利用co2正得到深入的研究，有的技术和装备已经得到一定程度的实际应用，但分离设备的投资和运行成本很高，限制了这些分离技术和装备的广泛应用。同时，分离出大量co2的目前处理途径，一类是封存（ccs），这是一种co2的转移，对于封存的大量co2的未来存在不确定性；另一类是利用（ccu），包括食品工业、炼钢、化工生产原料、醇类能源等，食品工业、炼钢所用co2的数量有限，co2制化工生产原料、醇类能源等的研究虽已取得成效，但还面临成本和能源利用等尚需解决的问题，尚不具备广泛的工业应用条件。

3、钢铁厂回收的转炉煤气中，含有60~80%co、15~20%co2、以及n2、h2等，其热值可达到8000~9000kj/nm3。转炉冶炼吨钢回收的转炉煤气量约~80nm3。虽然转炉煤气热值高，具有很高燃气价值，被用于钢厂很多的加热工序。但燃烧应用中，大量转炉煤气燃烧产生的co2叠加原含有的co2全部排入大气，同样造成了与燃烧高炉煤气类似的大气污染。

4、煅烧石灰石生产石灰时，排入大气的煅烧废气中含有25~35%的co2，明显污染大气环境。虽然已经开发了从石灰煅烧废气中分离co2的技术与装备，但由于投资与运行成本原因，这些技术与装备难以得到广泛应用。石灰废气排放导致的碳排放已经成为行业急待解决的环境污染问题。

5、综上所述，目前的高炉煤气存在发热值低、应用范围窄的问题，高炉煤气、转炉煤气的燃烧废气、石灰煅烧尾气存在污染环境问题，不符合低碳排放、绿色制造的方针目标；碳捕集与封存、应用（ccs与ccu）面临投资和运行费用、尚需技术突破、ccs未来的不确定。

6、因此，针对高炉煤气、转炉煤气的燃烧废气或石灰煅烧尾气存在的问题，需要开发一种新的回收利用方法，实现低发热值气体的环保和高附加值利用。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于气化反应制备高发热值煤气的方法。

2、本发明采用了以下技术方案：

3、一种基于气化反应制备高发热值煤气的方法，将含co2的低温混合气通入加热系统，将其加热至设定温度成为含co2的高温混合气，将所述含co2的高温混合气送入富化系统，经气化反应转化为含co的高发热值煤气并进入煤气储罐存储；所述加热系统包括至少一座换热器，所述换热器连接混合气管道，富化系统包括至少一座富化炉，所述富化炉内填充含碳物；

4、包括以下步骤：

5、s1. 向换热器内充入可燃气体，换热器进入燃烧工况开始燃烧加热；

6、s2. 换热器燃烧加热至蓄热体达到设定温度后停止加热，进入送风状态；

7、s3.低温混合气通过混合气管道进入处于送风状态的换热器，低温混合气被蓄热体加热至设定温度后成为高温混合气进入装有含碳物的富化炉，然后进行步骤s5；

8、s4.送风状态中的换热器温度降低至设定温度后，停止低温混合气的输入，进入燃烧工况，并重新开始燃烧加热，即重新进行步骤s1；

9、s5.步骤s3产生的高温混合气在富化炉中与含碳物发生气化反应，生成含有co的富化气；

10、s6.富化气进入所述煤气储罐存储。

11、优选的，当所述加热系统中设置一座换热器时，所述换热器在燃烧工况和送风工况之间切换，并仅在送风工况时连通所述混合气管道以加热低温混合气；当设置的换热器数量大于1时，调整各换热器的工况转换时间，使得在系统工作的全部时间内都具有至少1座处于送风状态的换热器，从而保证所述低温混合气能够不间断地进入处于送风状态的换热器，使系统持续产生高温混合气。

12、优选的，所述加热系统、富化系统和煤气储罐通过气体管道依次连接；所述煤气储罐的出口还通过煤气管道与换热器连接，处于燃烧工况的换热器内通入可燃气体和/或来自煤气储罐的高发热值煤气进行燃烧预热。

13、优选的，所述混合气管道进口端设置混合气旁路连接所述换热器，所述换热器出口设置烟气管道连接排烟装置，所述换热器还连接烟气循环系统。

14、优选的，烟气循环系统包括在烟气管道靠近排烟装置一端设置的烟气回收管道，所述烟气回收管道接入所述混合气旁路，使得处于燃烧工况的换热器中进入烟气管道的燃烧烟气沿烟气回收管道和混合气旁路重新进入处于送风工况的换热器，用于提高烟气即含co2废气的回收率。

15、优选的，所述烟气回收管道上设置引风机，用于加快烟气回收管道中燃烧烟气向混合气旁路输送；所述混合气旁路设置鼓风机，用于加快混合气旁路中的燃烧烟气和/或低温混合气向换热器输送。

16、优选的，所述混合气旁路还通过调温管道连接所述换热器与富化炉之间的气体管道，所述调温管道上设置调温阀，当检测到高温混合气温度高出设定温度时，向所述高温混合气通入低温混合气，维持进入所述富化炉的高温混合气的温度稳定。

17、优选的，所述换热器还连接助燃空气进口管道，用于向处于燃烧工况中的换热器通入助燃空气。

18、优选的，所述富化系统和煤气储罐之间还设置净化装置，所述富化气经过净化成为高发热值煤气进入煤气储罐存储。

19、优选的，所述换热器为蓄热式加热炉。

20、优选的，所述含co2的低温混合气为热风炉废气、加热炉废气、锅炉废气、石灰窑煅烧尾气、从石灰窑中捕集的co2气、高炉煤气或转炉煤气中的任一种或任几种的组合；所述含碳物为煤矸石、焦炭、兰炭、煤炭中的任一种或几种的组合。

21、发明的有益效果在于：

22、1）利用换热器将含co2组分的混合气加热，然后与含碳物发生气化反应，将混合气中的co2直接转化为co可燃气体，使混合气成为更具价值的高发热值燃气，克服了传统煤气化工艺须另外加入高价的氧气、氢气或空气、水等气化剂带来的成本问题，简化了气化工艺流程、极大降低了制备成本。

23、利用本发明，对高炉煤气、石灰窑尾气、石灰窑中捕集的co2气以及加热炉烟气转化为净煤气的效果见下表1。

24、表1 本发明的转化效果

25、

26、表1可见，几种气体转化后的发热值均在4900kj/nm3以上，高于目前高炉煤气的普遍发热值3200~3400kj/nm3，可广泛使用。尤其是石灰捕集co2采用本发明转化后的发热值可达17000kj/nm3以上。可见，本发明对开发新的高发热值燃气、降低碳排放具有重大意义。

27、2）本发明富化炉中含碳物可以使用煤矸石。煤矸石是煤炭采选过程中产生的固体废物，主要成分为al2o3、sio2、c，煤矸石堆积导致的土地资源浪费以及对安全和生态环境影响非常严重。本发明通过将煤矸石与低温混合气进行气化反应，可以经济、环保地将将煤矸石中的c组分转化为co，获得可用燃气，解决含co2的高炉煤气和转炉煤气排入大气的污染问题。这种利用方式还扩大了煤矸石的应用范围，对降低大量煤矸石堆积导致的生态环境危害、安全等具有重大意义。另外，煤矸石c转化后的灰渣经进一步处理后，可作为建材原料，能够提高煤矸石的资源综合利用水平。

28、3）本发明将高炉煤气、转炉煤气燃烧产生废气、石灰煅烧尾气等气体中的co2转化为co，将这些原本应排入大气、造成环境污染的燃烧废气制成可利用的燃气，极大降低了co2排放量，提高了环境保护水平。

29、4）本发明提升了高炉煤气的发热值，解决了目前直接燃烧高炉煤气存在的容易断火、自灭、难点燃现象而需要配置检测装置、辅助点火器等问题，简化了煤气用户的工艺配置、节省了投入与管理费用。

30、5）本发明将低热值高炉煤气转化为具有更高发热值的煤气，生产的煤气用作加热、发电等时，燃烧的煤气量少于燃烧低热值高炉煤气时的煤气量，从而降低了co2的排放量，提高了环境保护水平。

31、6）本发明将高炉煤气、转炉煤气以及它们燃烧废气中的co2转化为co浓度高的燃气，克服了这些气体目前的ccs、ccu处理方式存在的未来不确定性、分离成本和运行成本高等问题。