一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺的制作方法

本发明属于焦化领域，尤其涉及一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺。

背景技术：

1、焦炭是传统冶金工业中的重要产品，在炼焦的同时，产生一定量焦炉煤气。传统的炼焦工艺中，通过将各种炼焦煤配煤后，在焦炉内通过干馏的形式转化为焦炭，同时副产品焦炉煤气以高温荒煤气的形式从焦炉顶部逸出。焦炭通过干熄焦工艺降低焦炭温度的同时回收热量，生产高温过热蒸汽用于发电。高温荒煤气通过煤气净化装置回收化工产品的同时，净化转变为焦炉净煤气。焦炉净煤气中含有一定量的氢气，通常采用变压吸附进行提氢获得部分氢气。

2、冷却后的焦炭进入高炉与铁矿石混合后，通过高炉冶炼获得生铁以及高炉煤气，铁矿石中的杂质以高炉渣的形式排出。高炉煤气通常用于加热焦炉或直接燃烧发电。焦炉产生的焦炉煤气通过煤气净化，获得少量化工副产品(焦油、硫磺或硫酸、硫氨或浓氨水、粗苯)后，焦炉净煤气通过燃烧发电获得电能。整个炼焦冶金流程中通过焦炉净煤气燃烧、高炉煤气燃烧以及干熄焦余热发电获得的电能统一调配，供厂区内用电设施使用。传统的炼焦冶金工艺流程虽然具有成熟稳定、经济效益好等优点，但是整体工艺流程碳排放较大，并且焦炉煤气含有大量的氢气，直接用于燃烧发电对资源的整合利用效率较差。

3、目前，冶金焦化行业面临巨大的减碳压力，因此富氢高炉和气基竖炉等低碳冶金工艺大量出现。其中，富氢高炉工艺虽然焦炭用量有所降低，依然需要焦炭作为铁矿石的支撑骨架。由于氢气的参加还原反应，使吸热量增加，会降低炉内温度，使得焦炭气化反应受到一定影响，所以针对富氢高炉使用的焦炭必须同时满足高强度和高反应性。

4、另外，氢气可以作为还原二氧化碳的还原剂，在整个化学工业体系中的作用更加必不可少。目前我国氢气的主要来源为煤炭，不仅能耗大且碳排放高，如何获得低成本规模化的低碳富氢气体也是急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，生产的焦炭产品在满足富氢高炉需求的同时，副产品高温荒煤气用于制备低碳低成本富氢还原气，优化整个炼焦工艺流程，在节能降耗生产焦炭的同时，获得低碳氢气，降低整个焦化生产过程的碳排放。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，包括如下步骤：

4、1)通过配煤和炼焦工艺，使得焦炉生产焦炭的同时得到高温荒煤气。

5、2)焦炭通过干熄焦降温后，回收热量生产高温过热蒸汽。

6、3)高温荒煤气不降温，在氧气的作用下直接进行非催化氧化重整得到高温富氢还原气。

7、4)高温富氢还原气通过余热锅炉降温后，得到与步骤2)相同品质的高温过热蒸汽，富氢还原气进行净化处理，得到化工副产品(如硫磺或硫酸等)。

8、5)步骤2)和4)中高温过热蒸汽并网后进行余热发电获得电能。

9、或者步骤2)和4)中高温过热蒸汽并网后直接进行高温蒸汽电解获得氢气，提升氢气产量。电解得到的氧气返回高温荒煤气重整用于供氧。

10、作为优选，上述步骤4)中，经过净化处理后的富氢还原气体通过提氢工艺获得氢气产品和提氢后燃气。提氢后燃气作为燃气销售，也可以返回焦炉用于加热。或者经过净化处理后的富氢还原气体不经过提氢工艺而直接生产大宗化学品。

11、作为优选，上述步骤4)中，经过净化处理后的富氢还原气体进入富氢高炉用于生产生铁；或者进入气基竖炉用于生产海绵铁。

12、作为优选，上述步骤5)中余热发电所获得的电能直接用于电解水或蒸汽，并生成氢气；同时电解制氢得到的氧气返回高温荒煤气重整用于供氧。

13、作为优选，上述步骤1)中所生产的焦炭为高反应性高强度焦炭，高反应性高强度焦炭通过干熄焦降温后，与净化后的富氢还原气一同作为还原剂用于富氢高炉。所述高反应性高强度焦炭的反应性cri为30％～50％，焦炭的冷态强度m40为82％～89％，冷态强度m10为5％～9％。

14、高温荒煤气为温度在550℃以上，未经过净化处理的焦炉煤气。

15、高温富氢还原气，温度在1200℃以上，以co和h2为主的还原性气体。

16、所述的高温过热蒸汽，蒸汽品质需求为温度450℃以上，压力大于等于3.82mpag；所述的余热锅炉采用水管锅炉，冷却介质走管程。

17、非催化氧化重整是将焦炉产生的高温荒煤气不降温，通过非催化氧化技术将高温荒煤气转化为以氢气和一氧化碳为主的富氢还原气。

18、富氢还原气中h2体积含量为50％～70％，co体积含量为20％～40％。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1)优化产品应用：将焦炉煤气中原有的有机产品全部转化为富氢还原气体，提高氢气产量。余热回收得到的高温过热蒸汽可以直接电解生产氢气，也可以用发电得到的电能进行电解制氢，同时制氢副产品氧气用于非催化氧化重整的供氧气。

21、本发明中焦炉不仅提供氢冶金所需的高反应性高强度焦炭，气相产品转化为氢冶金工艺所需的富氢还原气，避免大量氢气用于燃烧发电。

22、2)优化能耗：高温荒煤气直接重整，避免急冷降温后净化，充分利用荒煤气自身热量，最大限度发挥非催化氧化无需净化的优势，节省氧气和能源消耗。同时余热回收产生的高温过热蒸汽可以用于发电，产生的电能直接用于电解制氢，避免并网能量的损失。高温过热蒸汽也可以直接电解提升氢气产量。

23、3)优化温度制度：高温荒煤气直接重整优化能量利用效率，无需净化工艺中反复的冷却后升温，同时缩短净化流程降低一次投资和生产运行能耗。

24、4)优化污水处理：高温荒煤气直接重整增加富氢还原气产量，焦油、粗苯在水洗前重整为还原性气体，使污水无需在进行酚氰处理。

25、5)优化余热回收网络：干熄焦和余热锅炉回收热量后，生产相同规格的高温过热蒸汽，既可以直接电解生产氢气，也可以并网后统一发电，生产的电能直接用于电解制氢。

26、6)节能降碳：优化流程降低能耗，使得整个产业流程的碳排放降低，降低整个炼焦工艺过程的碳排放。

27、7)产品应用范围广阔：得到适用于氢冶金工艺的高强度高反应性焦炭外，富氢还原气可以直接作为还原剂用于氢冶金，也可以作为合成气用于大宗化学品的合成，还可以直接提氢应用于新能源领域；

28、8)气相组成合理：生成的富氢还原气中氢碳比接近2，作为合成气应用时更适合生产大宗化学商品。而原焦炉煤气中氢气产量偏低，但是占比偏高。富余的氢气还需额外装置进行消化。

29、9)节省占地：高温荒煤气直接重整节省了工艺流程中反复的升温降温，减少净化装置的同时达到节省工业装置占地的目的，减少一次投资。

技术特征：

1.一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，上述步骤4)中，经过净化处理后的富氢还原气体通过提氢工艺获得氢气产品和提氢后燃气；或者经过净化处理后的富氢还原气体不经过提氢工艺而直接生产大宗化学品。

3.根据权利要求1所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，上述步骤4)中，经过净化处理后的富氢还原气体进入富氢高炉用于生产生铁；或者进入气基竖炉用于生产海绵铁。

4.根据权利要求1或2所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，上述步骤5)中余热发电所获得的电能用于电解水或蒸汽，并生成氢气；同时电解制氢得到的氧气返回高温荒煤气重整用于供氧。

5.根据权利要求1所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，上述步骤1)中所生产的焦炭为高反应性高强度焦炭，高反应性高强度焦炭通过干熄焦降温后，与净化后的富氢还原气一同作为还原剂用于富氢高炉；所述高反应性高强度焦炭的反应性cri为30％～50％，焦炭的冷态强度m40为82％～89％，冷态强度m10为5％～9％。

6.根据权利要求1所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，所述高温荒煤气为温度在550℃以上，未经过净化处理的焦炉煤气。

7.根据权利要求1所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，所述的高温富氢还原气，温度在1200℃以上。

8.根据权利要求1所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，所述的高温过热蒸汽，蒸汽品质需求为温度450℃以上，压力大于等于3.82mpag；所述的余热锅炉采用水管锅炉。

9.根据权利要求1所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，所述的非催化氧化重整是将焦炉产生的高温荒煤气不降温，通过非催化氧化技术将高温荒煤气转化为富氢还原气。

10.根据权利要求1所述的一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，其特征在于，所述的富氢还原气中h2体积含量为50％～70％，co体积含量为20％～40％。

技术总结本发明涉及一种适应低碳冶金的富产氢气的焦化工艺，包括：1)通过配煤和炼焦工艺，焦炉生产焦炭的同时得到高温荒煤气。2)焦炭通过干熄焦降温后，回收热量生产高温过热蒸汽。3)高温荒煤气不降温，在氧气的作用下直接进行非催化氧化重整得到高温富氢还原气。4)高温富氢还原气通过余热锅炉降温后，得到高温过热蒸汽，富氢还原气进行净化处理，得到化工副产品。5)步骤2)和4)中高温过热蒸汽并网后进行余热发电获得电能。本发明生产的焦炭产品在满足富氢高炉需求的同时，副产品高温荒煤气用于制备低碳低成本富氢还原气，优化整个炼焦工艺流程，在节能降耗生产焦炭的同时，获得低碳氢气，降低整个焦化生产过程的碳排放。技术研发人员：李昊阳,王明登受保护的技术使用者：中冶焦耐（大连）工程技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/11