一种煤气化生产海绵铁CO2回收利用的方法 【技术领域】
本发明属化学技术领域，特别涉及一种煤气化生产海绵铁CO2回收利用的方法。
背景技术
高炉炼铁，转炉炼钢的钢铁生产流程，耗用很多一次资源(铁矿石、煤、石灰石等)并产生环境污染，目前世界焦炭资源已所存不多，价格飞涨。电炉炼钢主要利用废钢(二次资源)，一次资源开采少，环境污染少，随着世界废钢积累量的增加，电炉炼钢会得到更大发展。电炉炼钢要采用海绵铁做稀释剂，海绵铁是电炉炼钢稀释剂和转炉炼钢冷却剂的最好铁源。2007年世界海绵铁产量为6700万吨，中国的产量不到100万t/a，中国的海绵铁生产有很大的发展空间。
世界海绵铁极大部份是用天然气转化生产的，中国天然气资源紧涨，用煤造气生产还原气的成本比天然气转化生产还原气成本底，煤造气竖炉生产海绵竖炉铁将会成为中国海绵铁生产的主体流程。世界海绵铁生产工艺，在用天然气做原料时，有竖炉顶煤气回用重整的技术，此时竖炉顶煤气中的CO2得到了回用。但用煤造气竖炉生产海铁的工艺没有CO2回用的技术。类似的工艺有南非SALDNHA竖炉用COREX炉煤气生产海绵铁工艺，该厂竖炉顶煤气用VPSA脱除CO2后再给竖炉回用，脱CO2工艺产生解吸气中富集的CO2是放散的。节能减排是钢铁厂的重要任务，特别是室温气体CO2的排放是影响世界气候变化的主要根源，控制CO2排放是世界各国的共同任务，我国在不久的将来将对CO2排放收取排放费用，这会造成钢铁厂造成重大的经济压力。
【发明内容】
本发明为一种煤气化生产海绵铁CO2回收利用的方法，解决煤气化竖炉生产海绵铁工艺CO2的回收利用与减排技术。本发明将煤气化生产海绵铁工艺几个生产单元所采用的使用技术，在竖炉煤气真空变压吸附VPSA、PSA、MDEA或其它所有产生脱碳气和解吸气的方法的制造还原气的单元中，产生富含CO2的解吸气，将其液化分离回收利用，做为干煤粉的粉煤输送介质。
它的好处在于：
减少了CO2排放；CO2在煤气化炉中起气化剂作用，并可减少加入气化炉的O2消耗量，对煤气化炉起到节能作用；提高出气化炉煤气中有效成份(CO+H2)的含量1％-2％；提取之后解吸气的不凝性气体部份，因其中的压力可燃组份得以富集又获得高热值的可燃气体(热值2138×4.18kJ/m3左右)提高了这部份气体的利用价值。
本发明是这样实现的：
①粉煤气力输送需采用常温下不与粉煤混合后形成爆炸性的气固混合体，CO2满足这种要求。
②CO2进入气化炉后参加了煤的气化反应：C+CO2＝2CO，CO2转化成CO，参加反应的量取决于气化炉的化学平衡和热量平衡，在此CO2起了煤的气化剂的作用。
③气化炉生产煤气中的CO+H2在竖炉中将球团矿与块矿还原成海绵铁，并将CO氧化成CO2进入竖炉炉顶气。
④竖炉炉顶煤气经VPSA、PSA、MDEA或其它所有产生脱碳气和解吸气的方法分离成脱碳气和解吸气二部份。脱碳气可供竖炉还原循环使用，解吸气可做为提取CO2原料气。
⑤富含CO2的解吸气，压缩到3MPa左右，经脱水、冷却将CO2液化分离。可燃成份(CO，H2，CH4)进入不凝性气体，不凝性气体的并得到富集，提高了气体热值可用于气体燃料。
⑥液体的储槽只少要二个，一个用于接收生产的液体CO2，另一个用于输出。输出的液体CO2用加热气化器气化成5MPa的气体CO2，供煤气化炉使用。
煤气化生产海绵铁企业投产过程是先投产氧气站、煤气化炉，再投产竖炉，竖炉投产后才投产VPSA系统和CO2回收系统。所以在煤气化炉投产初期，先要用氧气站副产的氮气做粉煤输送介质，当VPSA和CO2回收系统投产后将输送介质切换成CO2。
【附图说明】
附图是本发明的工艺流程图。
图中，件1为煤气化炉，件2为煤气处理单元，件3为加热器，件4为竖炉，件5为煤气清洗，件6为加压机，件7为真空变压吸附装置，件8为解吸气贮罐，件9为解吸气压缩机，件10为脱水器，件11为冷凝器，件12为液体CO2贮罐，件13为气化器，件14为CO2高压贮罐。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
干煤粉和氧气在煤气化炉1内气化，并用回收的CO2做干煤粉的输送介质。煤气经煤气处理单元2(包括脱硫、膨胀发电等)加工成还原气。还原气经加热器3加热到850℃左右进入竖炉4；铁的氧化物在竖炉4内被还原成海绵铁，经冷却段从炉底排出；竖炉4的排放煤气富含CO2，经煤气清洗5除尘冷却，并用加压机6加压至0.6MPa左右。竖炉煤气在真空变压吸附装置(VPSA)7中分离成二部份气体，一部份为脱碳气导入还原气流做还原气使用，另一部份为解吸气存入解吸气贮罐8；解吸气是提取CO2的原料气，CO2提取采用液化分离方法，经解吸气压缩机9加压到3MPa，经脱水器10脱水干燥，再经液化器11将CO2液化，同时产生为CO、H2等可燃成份得到富集的不凝性气体，其发热值提高到2138×4.18kJ/m3左右，不凝性气体经加热器3加热到850℃左右进入竖炉4，可以做为气体燃料；液体CO2流入液体CO2贮罐12，液体CO2贮罐12有2个，一个在接收CO2，另一个在输出CO2。输出液体CO2经气化器13气化成压力5MPa左右的气体存入CO2高压贮罐14，高压CO2做干煤粉输送介质送入气化炉1内，并参加气化反应，完成了CO2回收利用的大循环。
液体CO2贮罐12可有2个及以上，一个在接收CO2，另一个在输出CO2，其它的可用于储存。
进入气化炉的CO2起气化剂的作用，可以减少O2和蒸汽的用量，缩小氧气站的投资规模并提高出气化炉煤气有效成份地浓度，与氮气做粉煤输送剂相比，(CO+H2)的浓度提高1％-2％。CO2进入气化炉后在1350℃-1700℃温度、4MPa压力下参加了煤的气化反应：C+CO2＝2CO，CO2转化成CO，参加反应的量取决于气化炉的化学平衡和热量平衡，在此CO2起了煤的气化剂的作用。1m3的CO2参加反应，可减少0.5m3的O2。达到CO2循环利用、提高出炉煤气CO含量和节省吹入氧气(节能)的目的。
预计各处的气体成份(干基V％)
煤气 CO CO2 H2 CH4 N2 H2S COS H3N 备注 出气化炉 70.03 3.71 25.55 0.023 0.463 0.14 0.017 0.067 竖炉顶气 46.09 37.13 16.06 0.05 0.6692 0.0008 VPSA解吸气 7.28 92.15 0.46 ～0 0.11 CO2气 ～100 不凝性气体 83.0 8.77 5.25 2.98
煤气化炉的使用压力一般的4MPa左右，供给的CO2压力要5MPa左右，系统采用气化升压的办法，可减少气体高压压缩机，节省投资。
本发明效果：150万t/a海绵铁工程，有三分之一的还原气是用竖炉煤气VPSA处理提取的，在这种流程中解吸气中CO2的资源量为323Nm3/tDRI，CO2回收设备能力可考虑全部液化，所得产品部份用于气化炉粉煤输送介质，CO2量达27.3万t/a，多余部份可考虑出售，做灭火剂、农业大棚或食品工业使用。这样，150万t/a工厂的CO2利用指标可达634.5kg/tDRI，全年减少CO2减少排放95.175万t/a。
本发明可应用在煤气化生产海绵铁的CO2回收利用中。