[发明专利]高炉煤气制氢的生产工艺

说明书

本发明以高炉煤气为原料，经过变换、CO₂碳回收和变压吸附提氢等工序产出蓝色氢气和二氧化碳产品，同时副产出低硫燃料气共给全厂燃料气管网，满足全厂燃料气使用。进一步的，根据高炉煤气产氢的原理，合成出了一种贵金属负载的WMoO_x催化剂，其不仅能够较快速的催化高炉煤气中较低浓度的一氧化碳和水反应，还具有较长的寿命和制造成本；实现了高炉煤气燃烧前碳捕集和蓝色氢气联产，提升了高炉煤气的附加值。

技术领域

本发明涉及高炉煤气处理领域，具体为一种高炉煤气制氢的生产工艺。

背景技术

我国钢铁行业主要以铁矿石和焦炭(或煤炭通过焦化后制备为焦炭使用)为原料，提炼出钢铁产品，因此钢铁行业排放的二氧化碳的碳源主要来自焦炭。钢铁行业中，焦炭主要使用在高炉或转炉工序，焦炭在使用过程中与氧气(或空气)反应被转化为高炉煤气与转炉煤气。

高炉煤气主要成分为CO、CO₂、N₂、H₂、CH₄等，其中可燃成分CO含量约占15-30％，H₂、CH₄的含量很少，CO₂、N₂的含量分别占15-30％、30-60％，热值仅为3500KJ/m³左右。高炉煤气中的CO₂、N₂既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反，还吸收大量的燃烧过程中产生的热量，导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气的着火点并不高，似乎不存在着火的障碍，但在实际燃烧过程中，受各种因素的影响，混合气体的温度必须远大于着火点，才能确保燃烧的稳定性。高炉煤气的理论燃烧温度低，参与燃烧的高炉煤气的量很大，导致混合气体的升温速度很慢，温度不高，燃烧稳定性不好。

因此，对高炉煤气进行进一步的净化及开发更高热值的产品是提高高炉煤气利用率的有效手段。由于高炉煤气中CO+CO₂的含量约45％，可用作氢气的还原。若是能够有效利用高炉煤气制取高纯度高产量的氢气，将会大大提高高炉煤气的附加值。

目前，水汽变换(WGS)反应(CO+H₂O→H₂+CO₂)是工业上大规模制备氢气的主要方法。WGS过程通常需要在高温(180℃-250℃)高压(1.0兆帕-6.0兆帕)的条件下进行，除了苛刻的反应条件，传统的WGS反应催化剂也具有极大的局限性，例如Pt催化剂易受到CO的毒化作用使其迅速失活；Cu-Zn-Al催化剂、Fe-Cr催化剂皆易需要严格控制操作条件，不耐氧化还原气氛的冲击，易失活。而高炉煤气中含有的CO₂、CH₄等杂质气体会进一步影响其还原水蒸气的效率和制得氢气的纯度，对后续处理造成极大的麻烦。因此，需要一对传统的氢气还原方式进行改进，来达到采用高炉煤气还原出高纯度高产量的氢气的目的，同时实现更高效率的能量转换。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种高炉煤气制氢的生产工艺，包括以下步骤：

(1)将高炉煤气原料气经第一原料压缩机1进行压缩，并压缩至0.15-2.0MPa压力，然后再导入水洗装置2进行洗涤，得到预处理高炉煤气；

(2)将预处理高炉煤气经第二原料压缩机3进行压缩并压缩至0.3-5.0MPa压力，再经过吸附脱毒罐6中进行脱毒处理，除去装置中的羰基硫、硫化氢，得到净化后高炉煤气；

(3)将净化后的高炉煤气和水蒸汽混合，送入第一级绝热变换炉7，将部分CO和水蒸气进行变化反应生产CO₂和H₂，然后经过热回收装置13进行热回收处理，再导入第二级绝热变换炉8，将剩余的CO与水蒸气变化反应生产CO₂和H₂，反应结束后通入热回收装置9进行热回收处理，再经过分液器10进行一次分液，最后经过冷却器11和分液器12分液，去除大部分水蒸气；