權利要求

1.高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，其特征在于：包括依次連接的除油單元、一級加壓單元、脫萘單元、二級加壓單元、再生加熱單元、再生冷卻單元和油氣分離單元； 所述除油單元包括若干并聯(lián)的除油塔（1）以及設置在除油塔（1）前端的第一程控閥（13）和設置在除油塔（1）后端的第二程控閥（14），所述除油塔（1）內填充有焦炭作為吸附劑進行除油粗脫萘； 所述一級加壓單元包括第一壓縮機（3），以及在第一壓縮機（3）前端設置的第一截止閥（15）； 所述脫萘單元包括若干并聯(lián)的脫萘塔（2）以及設置在脫萘塔（2）前端的第三程控閥（16）和設置在脫萘塔（2）后端的第四程控閥（17），所述脫萘塔（2）內填充有氧化鋁或活性炭作為吸附劑，以進行精脫萘； 所述二級加壓單元包括第二壓縮機（4），以及在第二壓縮機（4）前端設置的第二截止閥（18）； 所述再生加熱單元包括為脫萘塔（2）進行加熱脫附的第一再生氣加熱器（9）和為除油塔（1）進行加熱脫附的第二再生氣加熱器（11）； 所述再生冷卻單元包括為脫萘塔（2）內脫附氣進行冷卻的第一再生氣冷卻器（10）和為除油塔（1）內脫附氣進行冷卻的第二再生氣冷卻器（12）； 所述油氣分離單元包括與第一再生氣冷卻器（10）相連的第一分液罐（5）和與第二再生氣冷卻器（12）相連的第二分液罐（6），所述第一分液罐（5）底部設置有第三截止閥（19），所述第二分液罐（6）底部設置有第四截止閥（20）。2.根據(jù)權利要求1所述高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，其特征在于：還包括集液罐（7）以及與集液罐（7）相連的抽油泵（8），所述集液罐（7）通過第三截止閥（19）與第一分液罐（5）連接、通過第四截止閥（20）與第二分液罐（6）連接。 3.根據(jù)權利要求1所述高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述第一再生氣加熱器（9）前端依次通過第五截止閥（21）、第五程控閥（22）與產品氣輸出管道相連接，所述第一再生氣加熱器（9）后端通過第六程控閥（23）與脫萘塔（2）相連接；所述第二再生氣加熱器（11）前端通過第七程控閥（24）與第一分液罐（5）連接，所述第二再生氣加熱器（11）后端通過第八程控閥（25）與除油塔（1）相連接。 4.根據(jù)權利要求3所述高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述第一再生氣加熱器（9）旁側并聯(lián)有第一吹掃管道，所述第一吹掃管道上設置有第九程控閥（26）；所述第二再生氣加熱器（11）旁側并聯(lián)有第二吹掃管道，所述第二吹掃管道上設置有第十程控閥（27）。 5.根據(jù)權利要求1所述高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述第一再生氣冷卻器（10）前端依次通過第十一程控閥（28）、第十二程控閥（29）與脫萘塔（2）連接，所述第一再生氣冷卻器（10）后端與第一分液罐（5）連接；所述第二再生氣冷卻器（12）前端依次通過第十三程控閥（30）和第十四程控閥（31）與除油塔（1）連接，所述第二再生氣冷卻器（12）后端與第二分液罐（6）連接。 6.根據(jù)權利要求5所述高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，其特征在于：所述第一再生氣冷卻器（10）旁側并聯(lián)有第三吹掃管道，所述第三吹掃管道上設置有第十五程控閥（32）；所述第二再生氣冷卻器（12）旁側并聯(lián)有第四吹掃管道，所述第四吹掃管道上設置有第十六程控閥（33）。

說明書

技術領域

本實用新型涉及高爐冶金技術領域，具體涉及一種高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)。

背景技術

在全球低碳經濟發(fā)展和“脫碳”大潮的背景下，以減少碳足跡、降低碳排放為中心的冶金工藝技術變革，業(yè)已成為鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展的新趨勢。我國鋼鐵行業(yè)碳排放量占全球鋼鐵碳排放總量的60%以上，占全國碳排放總量的15%左右，是31個制造業(yè)門類中碳排放量最大的行業(yè)。綠色低碳技術創(chuàng)新是“雙碳目標”的必由之路。從新冶煉技術看，全球探索最多的是氫基煉鐵工藝，即用氫替代傳統(tǒng)煤焦作為還原劑來置換鐵礦石中的鐵元素，實現(xiàn)冶煉過程的完全零排放。

高爐噴吹富氫氣體技術（尤其是噴吹焦爐煤氣等），不但可以加快鐵礦石的還原速度，提高生產效率，而且從根本上降低高爐焦炭消耗，減少污染物和CO2排放，推動我國高爐煉鐵技術進步，實現(xiàn)低碳冶金。鑒于此，國內很多科研機構都對此開展了大量研究。

上世紀60年代，本鋼第一煉鐵廠在332m 3高爐進行焦爐煤氣的噴吹試驗。噴吹量從12 m 3/min逐漸增加到約33 m 3/min，產量提高10.8%、焦比降低3%～10%。

1964年12月，鞍鋼煉鐵廠改造了舊設備，開始在9高爐噴吹煤氣，實踐表明，每噴入1m 3/thm焦爐煤氣可以節(jié)約焦炭0.6~0.7kg/thm。

此后，國內研究主要集中于理論分析，直到近些年，在“雙碳”挑戰(zhàn)的背景下，國內外又開始關注高爐噴吹焦爐煤氣的研究和噴吹實踐。

濟鋼于2009年到2011年期間，在其4號高爐上先后進行了4次工業(yè)試驗，實踐證明：噴吹量在62.51m 3/t時，降低焦比5.28kg/t，降低煤比40.63kg/t，噸鐵成本降低10.42元，CO 2減排75kg/t。邢鋼2017年使用自產焦爐煤氣進行噴吹，在噸鐵噴吹350m 3的情況下，實現(xiàn)了焦爐煤氣的高效利用，焦炭消耗降低40%以上，CO 2排放減少30~50%。

鞍鋼公司鲅魚圈鋼鐵分公司從2012年7月在1號高爐(4038 m 3)開始噴吹焦爐煤氣試運行，試驗初期使用8根噴槍，高爐的入爐燃料比降低18kg/t。海城鋼鐵有限公司于2013年5月在高爐噴煤系統(tǒng)增加噴吹焦爐煤氣工業(yè)化試驗，據(jù)報道，在降低焦比、節(jié)約煤比和增加生鐵產量等方面也產生了直接的經濟效益。

截止目前，上述冶金企業(yè)的焦爐煤氣噴吹試驗，雖然在噴吹效果上取得了一些有益數(shù)據(jù)，但沒有一座高爐能夠實現(xiàn)連續(xù)噴吹，即都是僅僅做了幾天的噴吹試驗就草草收場。即便是2021年4月14日開始試驗的晉南鋼鐵，也僅僅連續(xù)噴吹了兩周時間。究其原因是焦爐煤氣預處理技術不過關，致使壓縮機和噴槍等關鍵系統(tǒng)堵塞，無法實現(xiàn)連續(xù)化、工業(yè)化應用。

因此，提供一種解決上述問題的技術方案是本領域技術人員目前亟待解決的問題。

實用新型內容

本實用新型目的在于提供一種高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，以焦爐煤氣為研究重點，在系統(tǒng)研究其結焦和成分晶體析出致使關鍵環(huán)節(jié)堵塞機理的基礎上，將作為原料氣的焦爐煤氣經過凈化、加壓等特殊預處理，使富氫氣體的潔凈度和壓力達到輸送和噴吹要求，然后噴入高爐，實現(xiàn)連續(xù)化噴吹和工業(yè)化應用。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：

一種高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，其特征在于：包括依次連接的除油單元、一級加壓單元、脫萘單元、二級加壓單元、再生加熱單元、再生冷卻單元和油氣分離單元；

所述除油單元包括若干并聯(lián)的除油塔以及設置在除油塔前端的第一程控閥和設置在除油塔后端的第二程控閥，所述除油塔內填充有焦炭作為吸附劑進行除油粗脫萘；

所述一級加壓單元包括第一壓縮機，以及在第一壓縮機前端設置的第一截止閥；

所述脫萘單元包括若干并聯(lián)的脫萘塔以及設置在脫萘塔前端的第三程控閥和設置在脫萘塔后端的第四程控閥，所述脫萘塔內填充有氧化鋁、活性炭中的至少一種作為吸附劑，以進行精脫萘；

所述二級加壓單元包括第二壓縮機，以及在第二壓縮機前端設置的第二截止閥；

所述再生加熱單元包括為脫萘塔進行加熱脫附的第一再生氣加熱器和為除油塔進行加熱脫附的第二再生氣加熱器；

所述再生冷卻單元包括為脫萘塔內脫附氣進行冷卻的第一再生氣冷卻器和為除油塔內脫附氣進行冷卻的第二再生氣冷卻器；

所述油氣分離單元包括與第一再生氣冷卻器相連的第一分液罐和與第二再生氣冷卻器相連的第二分液罐，所述第一分液罐底部設置有第三截止閥，所述第二分液罐底部設置有第四截止閥。

進一步的，還包括集液罐以及與集液罐相連的抽油泵，所述集液罐通過第三截止閥與第一分液罐連接，還通過第四截止閥與第二分液罐連接。

進一步的，所述第一再生氣加熱器前端依次通過第五程控閥、第五截止閥與產品氣輸出管道相連接，所述第一再生氣加熱器后端通過第六程控閥與脫萘塔相連接；所述第二再生氣加熱器前端通過第七程控閥與第一分液罐連接，所述第二再生氣加熱器后端通過第八程控閥與除油塔相連接。

進一步的，所述第一再生氣加熱器旁側并聯(lián)有第一吹掃管道，所述第一吹掃管道上設置有第九程控閥；所述第二再生氣加熱器旁側并聯(lián)有第二吹掃管道，所述第二吹掃管道上設置有第十程控閥。

進一步的，所述第一再生氣冷卻器前端依次通過第十一程控閥和第十二程控閥與脫萘塔連接，所述第一再生氣冷卻器后端與第一分液罐通過管道連接；所述第二再生氣冷卻器前端依次通過第十三程控閥和第十四程控閥與除油塔連接，所述第二再生氣冷卻器后端與第二分液罐連接。

進一步的，所述第一再生氣冷卻器旁側并聯(lián)有第三吹掃管道，所述第三吹掃管道上設置有第十五程控閥；所述第二再生氣冷卻器旁側并聯(lián)有第四吹掃管道，所述第四吹掃管道上設置有第十六程控閥。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下有益效果：

通過該系統(tǒng)成功實現(xiàn)了焦爐煤氣的連續(xù)化噴吹和工業(yè)化應用，將焦化生產和鋼鐵生產進行了有機的結合。不僅解決了焦化廠焦爐煤氣放空燒掉浪費能源和環(huán)境污染的問題，而且還構建了一種新的節(jié)焦節(jié)能、高效、清潔的高爐煉鐵工藝，使焦化廠和鋼鐵廠同時獲得較大的經濟效益和社會環(huán)境效益，為我國聯(lián)合鋼鐵企業(yè)焦爐煤氣的高效利用和“雙碳”推進起到了示范作用。

附圖說明

圖1為本實用新型系統(tǒng)結構圖；

圖2為本實用新型工藝流程圖；

圖中，1-除油塔、2-脫萘塔、3-第一壓縮機、4-第二壓縮機、5-第一分液罐、6-第二分液罐、7-集液罐、8-抽油泵、9-第一再生氣加熱器、10-第一再生氣冷卻器、11-第二再生氣加熱器、12-第二再生氣冷卻器、13-第一程控閥、14-第二程控閥、15-第一截止閥、16-第三程控閥、17-第四程控閥、18-第二截止閥、19-第三截止閥、20-第四截止閥、21-第五截止閥、22-第五程控閥、23-第六程控閥、24-第七程控閥、25-第八程控閥、26-第九程控閥、27-第十程控閥、28-第十一程控閥、29-第十二程控閥、30-第十三程控閥、31-第十四程控閥、32-第十五程控閥、33-第十六程控閥。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步解釋說明。

如圖1所示，一種高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng)，包括依次連接的除油單元、一級加壓單元、脫萘單元、二級加壓單元、再生加熱單元、再生冷卻單元和油氣分離單元；

除油單元包括并聯(lián)的三個除油塔1，以及在每個除油塔1前端設置的第一程控閥13和在每個除油塔1后端設置的第二程控閥14，除油塔1內填充有焦炭作為吸附劑進行除油粗脫萘；

一級加壓單元包括第一壓縮機3，以及在第一壓縮機3前端設置的第一截止閥15；其目的是用于給除油粗脫萘后的焦爐煤氣加壓，以便氣體能順利進入后續(xù)單元進一步凈化處理；

脫萘單元包括三個并聯(lián)的脫萘塔2以及設置在脫萘塔2前端的第三程控閥16和設置在脫萘塔2后端的第四程控閥17，脫萘塔2內填充有氧化鋁、活性炭中的至少一種作為吸附劑，以進行精脫萘；

二級加壓單元包括第二壓縮機4，以及在第二壓縮機4前端設置的第二截止閥18；其目的是將經脫萘塔精脫萘處理后的焦爐煤氣加壓后輸送至高爐煤氣噴吹系統(tǒng)；

再生加熱單元包括為脫萘塔2進行加熱脫附的第一再生氣加熱器9和為除油塔1進行加熱脫附的第二再生氣加熱器11；第一再生氣加熱器9前端依次通過第五截止閥21、第五程控閥22與產品氣輸出管道相連接，第一再生氣加熱器9后端通過第六程控閥23與脫萘塔2相連接，第一再生氣加熱器9旁側還并聯(lián)有第一吹掃管道，該第一吹掃管道上設置有第九程控閥26，且第九程控閥26前后兩端分別與第五截止閥21和第六程控閥23相連接；第二再生氣加熱器11前端通過第七程控閥24與第一分液罐5連接，第二再生氣加熱器11后端通過第八程控閥25與除油塔1相連接，第二再生氣加熱器11旁側并聯(lián)有第二吹掃管道，該第二吹掃管道上設置有第十程控閥27，且第十程控閥27前后兩端分別與第一分液罐5和第八程控閥25相連接。

再生冷卻單元為脫萘塔2內脫附氣進行冷卻的第一再生氣冷卻器10和為除油塔1內脫附氣進行冷卻的第二再生氣冷卻器12；第一再生氣冷卻器10前端依次通過第十一程控閥28、第十二程控閥29與脫萘塔2連接，第一再生氣冷卻器10后端與第一分液罐5連接，第一再生氣冷卻器10旁側還并聯(lián)有第三吹掃管道，該第三吹掃管道上設置有第十五程控閥32；第二再生氣冷卻器12前端依次通過第十三程控閥30和第十四程控閥31與除油塔1連接，第二再生氣冷卻器12后端與第二分液罐6連接，第二再生氣冷卻器12旁側并聯(lián)有第四吹掃管道，該第四吹掃管道上設置有第十六程控閥33。

油氣分離單元包括與第一再生氣冷卻器10相連的第一分液罐5和與第二再生氣冷卻器12相連的第二分液罐6，第一分液罐5底部設置有第三截止閥19，并通過第三截止閥19與集液罐7連接；第二分液罐6底部設置有第四截止閥20，并通過第四截止閥20與集液罐7連接。集液罐7上還連接有抽油泵8，用于將集油罐7中液態(tài)焦油抽出。

本實用新型的工作過程如下：

1、吸附凈化階段

如圖2所示，原料氣進入除油單元（除油單元中三臺除油塔1的工作模式為兩臺吸附一臺再生，即開二備一），打開對應除油塔1前后兩端第一程控閥13和第二程控閥14，原料氣進入除油塔1進行吸附除油和粗脫萘；打開第一截止閥15，粗脫萘處理后的原料氣進入第一壓縮機加壓后輸送到脫萘單元，同時經除油塔粗脫萘處理后的原料氣可避免第一壓縮機管路堵塞，提高壓縮機的使用壽命；脫萘單元中的三臺脫萘塔2的工作模式與除油塔1的工作模式相同，打開對應脫萘塔2前后兩端的第三程控閥16和第四程控閥17，原料氣進入脫萘塔1內部進行精脫萘；打開第二截止閥18，精脫萘后的原料氣進入第二壓縮機4，經第二壓縮機4加壓后進入高爐煤氣噴吹管路作為產品氣使用。同時為保證系統(tǒng)內氣體流量穩(wěn)定，減小壓力波動，可在系統(tǒng)入口（除油單元進氣端）和系統(tǒng)出口（第二壓縮機出氣端）均設置緩沖罐。

2、脫附處理階段

打開第五截止閥21、第五程控閥22，截取一部分凈化處理后產品氣作脫附氣進入第一再生氣加熱器9進行加熱，關閉對應脫萘塔2前后兩端的第三程控閥16和第四程控閥17、打開第六程控閥23、第十一程控閥28，高溫脫附氣進入脫萘塔2內部進行高溫脫附，高溫脫附氣攜帶脫萘塔2內的多環(huán)芳烴類雜質蒸汽進入第一再生氣冷卻器10進行冷卻降溫，多環(huán)芳烴類雜質重新被液化流入第一分液罐5，剩余的低溫脫附氣從第一分液罐5頂部逸出進入除油塔1脫附環(huán)節(jié)；打開第七程控閥24，脫附氣進入第二再生氣加熱器11進行加熱升溫，關閉對應除油塔1前后兩端的第一程控閥13和第二程控閥14并打開第八程控閥25和第十三程控閥30，高溫脫附氣進入除油塔1內部進行高溫脫附，接著打開第十四程控閥31，攜帶除油塔1內部多環(huán)芳烴類雜質的高溫脫附氣進入第二再生氣冷卻器12進行冷卻降溫，多環(huán)芳烴內雜質被重新液化進入第二分液罐6，含有少量多環(huán)芳烴雜質的低溫脫附氣作為解析氣返焦爐煤氣管網回收再利用。

3、降溫再生階段

經高溫脫附處理后的除油塔1和脫萘塔2內部的吸附床層還處于高溫狀態(tài)，無法立刻投入使用。為縮短等待周期，提高工作效率，打開第一吹掃管道上的第九程控閥26、第二吹掃管道上的第十程控閥27、第三吹掃管道上的第十五程控閥32以及第四吹掃管道上的第十六程控閥33，關閉第五程控閥22、第七程控閥24、第十二程控閥29以及第十四程控閥31，凈化氣依次進入待降溫脫萘塔2和除油塔1，最終經解析氣管道排出進入焦爐煤氣管網回收。若在脫附處理階段，內部脫附氣溫度過高和壓力過低，也可利用上述吹掃管道進行降溫補壓。

第一分液罐5和第二分液罐6內的焦油等多環(huán)芳烴雜質可打開底部相應的第三截止閥19和第四截止閥20，排入集液罐7，經抽油泵8抽出后外運化產處理。

上述除油塔1和脫萘塔2均采用現(xiàn)有技術中的常規(guī)吸附塔，內部填充吸附劑；第一壓縮機3和第二壓縮機4可采用螺桿式壓縮機，以降低壓縮機的故障率；第一再生氣加熱器9、第一再生氣冷卻器10、第二再生氣加熱器11以及第二再生氣冷卻器12均采用本領域常規(guī)電加熱式換熱器和液冷式冷卻器；其他未盡描述之處，均采用現(xiàn)有技術中實現(xiàn)相同功能的類似物或等同物。

本實用新型凈化處理系統(tǒng)實際使用時，吸附凈化和脫附再生是一個連貫過程，除油單元和脫萘單元中始終有除油塔1和脫萘塔2在工作，不存在停頓；并且為保證氣路暢通，處于相應工作階段的對應管路上的所有閥門均處于打開狀態(tài)，本文為方便描述將其按步驟或流程打開，不應理解為對本實用新型使用方式的限定。

使用本實用新型凈化處理系統(tǒng)，不僅可以加快鐵礦石的還原速度，提高生產效率，還可降低高爐焦炭消耗，減少污染物和CO 2排放，推動我國高爐煉鐵技術進步，實現(xiàn)低碳冶金，具有良好的經濟、社會和環(huán)境效益。

本實用新型是對焦爐煤氣作為富氫冶金氣體的原料氣進行凈化處理，如果存在富氫的其它化工氣體，例如天然氣、頁巖氣、氫氣等資源氣的凈化預處理，也可按照上述系統(tǒng)處理。

高爐冶金氣體凈化處理系統(tǒng).pdf