[实用新型]冷轧钢板热处理用氮氢混合尾气回收提纯的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于轧钢生产与应用领域，具体涉及一种从轧钢连退炉放空尾气中回收制备高纯气的装置，即冷轧钢板热处理用氮氢混合尾气回收提纯循环利用的装置。

背景技术

氮气、氢气是化工原材料和新型的清洁能源，在冶金工业中，氮气是连铸、连轧、钢材退火的保护气；转炉顶底复合吹氮炼钢，转炉炼钢的密封，高炉炉顶的密封，高炉炼铁煤粉喷吹用气等；在金属热处理中,以氮气味基本成份的氮基气氛热处理，是为了节能、安全、不污染环境和充分利用自然资源的一种新科技、新工艺。业已表明，几乎所有的热处理工艺，包括淬火、退火，渗碳、碳氮共渗、软氮化及复碳等工艺都可以采用氮基气气氛来完成，所处理的金属零件在质量上可与传统的吸热式气氛处理相媲美。目前，我国轧钢企业均是能耗大户，他们的氮气来源都基于空分，由于空分制氮需要耗用大量的电能，而我国的电价对于企业来说负担较重，加上国家对企业能耗的要求和国内节能减排大环境，都加速了节能减排技术的发展。回收的尾气循环再利用也可为企业节省产品成本，降低了企业能耗，这些均为冶金企业的发展提供稳定的发展空间。

目前钢铁企业生产排放的尾气中含有大量浓度很高的氮气，一般情况下，N₂＞95％，H₂：3％-5％，其余为二氧化碳、硫化氢及氧气和水等，但由于没有提纯循环利用装置，只能排放到大气中，白白的浪费掉了。

由于冷轧的生产过程复杂，其中的主要生产部件连退炉对气体压力、纯度等条件要求很高，特别是氮气纯度要达到99.9999％以上，这就要求回收系统需要可靠、稳定的与其配合使用，回收净化系统不但只是对尾气进行提纯，还要稳定的控制连退炉中的压力，这就使得目前国内外对该行业的尾气回收利用都没有好的解决办法。而对高纯氮的制备方法根据原料来源的不同有多种方法，其中常用的主要有以下几种。

1)深冷空分法:

深冷空分制氮是一种传统的制氮方法，已有近几十年的历史。它是以空气为原料，经过压缩、净化，再利用热交换使空气液化成为液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸点不同(在1大气压下，前者的沸点为-183℃，后者的为-196℃)，通过液空的精馏，使它们分离来获得氮气。深冷空分制氮设备复杂、占地面积大，基建费用较高，设备一次性投资较多，运行成本较高，产气慢(12～24h)，安装要求高、周期较长。综合设备、安装及基建诸因素，3500Nm3/h以下的设备，相同规格的PSA装置的投资规模要比深冷空分装置低20％～50％。深冷空分制氮装置宜于大规模工业制氮，得到体积分数为99.99％-99.999％的高纯氮。

这也是目前国内大多数钢铁企业采用的一种传统的制氮方法，其采用的技术和设备大多从国外几家大的气体公司如法液空、林德、梅塞尔等引进。

2)变压吸附法(PSA):

变压吸附是利用气体组分在吸附剂上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化的原理，通过周期性的压力变化过程实现气体的分离。技术具有能耗低，产品纯度高，工艺流程相对简单，预处理要求低，操作方便可靠，自动化程度高等优点，在气体分离领域得到广泛使用。

PSA法制氮，可用空气为原料，根据工艺路线不同，可不经预处理一步得到高纯氮，或者经过简单预处理后再经吸附塔精制，净化后产品体积分数可在99.0％—99.999％范围内灵活调节。PSA技术的主要缺点是净化气纯度较低、回收率较低，约80％左右。

以上几种方法只是限于对较纯净(纯度大于99.9％)以上进行净化，而连退炉尾气组分较为复杂，氮、氢气纯度较低，同时需对回收气进行精确的压力控制，这就要求以上任何一种方法均不能满足要求。比如：低温吸附法投资大，使用范围受限。对原料预处理要求高，生产过程能耗高，投资大。一般采用钯催化剂脱氧和分子筛吸附干燥以除去原料氢中大部分氧、一氧化碳、水等杂质。

针对上述高纯气生产工艺和方法的不足，结合连退炉工业尾气原料特点，研制出一种新的从轧钢工业放空尾气中回收制备高纯气的方法，无疑对突破轧钢工业尾气开发利用的技术瓶颈具有积极的社会意义和商业价值。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对轧钢工业尾气特点，为了克服现有技术的上述不足，提供了一种新的从轧钢工业放空尾气中回收制备高纯气的装置。

具体技术方案如下：

一种从轧钢热处理工业放空尾气中回收制备高纯气的装置，根据连退炉放空尾气中主要含有的氧和水的含量，本实用新型采用一级增压、除油除尘、二级增压、催化脱氧、水冷却、终端净化、回流气控制前端管道压力的技术路线。