用于与冶炼厂结合来制造合成气体的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于与冶炼厂(1)结合来制造合成气体的方法，该冶炼厂至少包括生产生铁的高炉(2)、转炉炼钢设备(3)和焦炉设备(4)，将在生铁生产中产生的高炉煤气(6)的一部分和/或在转炉炼钢设备(3)中产生的转炉煤气(7)的一部分和/或焦炉设备(4)中产生的焦炉煤气(8)的一部分混合。通过对组成混合气体的气流进行选择和/或通过改变所组成的气流的混合比例而至少生成两股可用气体流(13、14)，这两股可用气体流鉴于自身的组成成分而有区别并且分别制备成为合成气体流。
【专利说明】
用于与冶炼厂结合来制造合成气体的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于与冶炼厂结合来制造合成气体的方法，该方法至少包括用于 生产生铁的高炉、转炉炼钢设施和炼焦炉设施。
【背景技术】
[0002] 在高炉中，由铁矿石、添加剂以及焦炭及其他例如煤、油、气体、生物质、废塑料或 其他含有碳和/或氢的材料这样的还原剂中获得生铁。作为还原反应的产物必然生成C0、 co2、氢气和水蒸气。从高炉工序中抽取的高炉煤气除了前述的组成部分以外通常还具有高 含量的氮气。高炉煤气的气体量和组成取决于投料和操作方式并且存在不稳定性。尽管如 此，高炉煤气通常含有35至60体积％的吣，20至30体积％的〇)、20至30体积％的0)2以及2至 15体积％的出。通常，将大概30至40%的生铁生产过程中产生的高炉煤气用于对高炉工艺 中的热风炉中的热风进行加热;剩余的煤气量则能够为了加热目的而用在外部的其他设备 区域中或用于发电。
[0003] 在该高炉工艺之后下游的转炉炼钢设备中，将生铁转换为粗钢。通过在液态的生 铁上吹入氧气，将像是碳、硅、硫和磷这样的干扰性杂质去除。因为氧化过程导致了剧烈的 放热，通常加入了相对于生铁而言最多25%的量的废料作为冷却剂。此外，还添加了用于成 渣的石灰和合金用剂。从炼钢转炉中抽取转炉煤气，该转炉煤气具有高含量的C0并且还含 有氮、氢和⑶2。常见的转炉煤气组成包括:50至70体积％的⑶、10至20体积％的％、约15体 积％的〇) 2以及约2体积％的出。或者将转炉煤气燃尽，或者在现代的炼钢厂中将其收集并引 入用于能源利用。
[0004] 在炼焦炉设施中，通过炼焦过程将煤转换为焦炭。在此产生了焦炉煤气，其含有高 氢气含量以及可观含量的CH4。通常焦炉煤气含有55至70体积％的出、20至30体积％的01 4、 大约5至10体积％的吣以及大约5体积％的0)。该焦炉煤气另外还具有⑶2、NH3及H2S这些成 分。在实际应用中，为了加热目的而将焦炉煤气用在不同的工作区域并且为了发电而用于 发电过程。此外，还已知的是，将焦炉煤气与高炉煤气或者与转炉煤气共同用于制造合成 气。根据从W02010/136313A1中已知的方法，将焦炉煤气分成含氢气的气流以及含CH 4和C0 剩余气流，其中将剩余气流引入高炉过程并且将含氢气的气流与高炉煤气混合并且进一步 加工成合成气。从EP 0 200 880 A2中已知，将转炉煤气与焦炉煤气混合并且作为合成气用 于合成甲醇。
[0005] 在与炼焦厂结合来运作的集成的冶炼厂中，使用大约40至50%的作为高炉煤气、 转炉煤气和焦炉煤气而产生的粗煤气用于工艺过程。将所产生的大约50至60%的气体用于 发电或者作为粗煤气而用于制造合成气体。通过使用该气体用于制造合成气体能够优化冶 炼厂的经济性。与此同时，也优化了该冶炼厂的C0 2产耗结构，因为将碳结合到化学产品中 并且并不以C02的形式而排放。然而在此值得注意的是，能够用于制造合成气体的粗煤气的 量受到时间性波动的影响。
[0006] 只要将粗煤气用于制造合成气体，那么必须对通过与冶炼厂结合运作的发电厂来 进行的发电进行节制并且采用外部来源的电流以满足冶炼厂的用电需求。当低成本地并且 以足够的量(例如从可再生的能源)供电时，那么能够将很大的粗煤气量用于合成气体的制 造。相反，在外部引入的电流的电价高的时候，出于经济性的考量必要的是，将在冶炼厂中 产生的能够使用的粗煤气量至少绝大部分地用于发电并且降低合成气体的制造。
【发明内容】
[0007] 在该背景下，本发明的目的在于提供一种用于与冶炼厂结合来制造合成气体的方 法，通过该方法实现了，在经济的工艺过程中尽可能完全地利用在冶炼厂中以不同量和不 同组成成分而产生的粗煤气。
[0008] 本发明的主体和上述目的的解决方案是根据权利要求1所述的方法。根据本发明 的方法的有利的设计方案在权利要求2至11中描述。
[0009] 根据本发明，使在生产生铁过程中产生的高炉煤气的一部分和/或在转炉炼钢设 备中产生的转炉煤气的一部分和/或在炼焦炉设施中产生的焦炉煤气的一部分混合在一 起。就此，通过对组成为混合气体的气流进行选择和/或通过改变组成为气体流的混合比例 而产生两股或更多的可用气体流，这些可用气体流鉴于其组成成分方面有区别并且分别备 用于构成合成气体气流。
[0010] 可用气体的制备特别包括了 ：气体清洁和气体调节。为了气体调节能够例如使用： 以水蒸气进行的蒸汽重整、以空气或氧气而进行的部分氧化以及用于转化C0成分的水-煤 气变换反应。这些调整步骤能够单独地应用或者也能够结合地应用。
[0011] 根据本发明的方法制造的合成气体流涉及到的是用于合成的气体混合物。"合成 气"例如包括：用于合成氨的由犯和出组成的混合物以及特别是主要含有⑶和出的、或者含 有〇) 2和出的或者含有co、c〇4ra2的气体混合物。能够在化学设备中由合成气体产生化学产 品，这些化学产品分别含有反应物的成分。化学产品能够例如是氨或甲醇或者也能够是其 他碳氢化合物。
[0012] 为了制造氨必须提供含有正确比例的氮和氢的合成气体。氮气能够从高炉煤气中 获得。作为氢气来源则能够使用高炉煤气或转炉煤气，其中通过C0成分的转化、通过水-煤 气变换反应(C0+:H20 C02+ H2)而生成氢气。为了制造用于合成氨的合成气体也能够 使用由焦炉煤气和高炉煤气组成的混合物或由焦炉煤气、转炉煤气和高炉煤气组成的混合 气体。为了制造碳氢化合物，例如甲醇，必须提供基本上由C0和/或c〇2以及出组成的合成气， 该合成气含有准确比例的一氧化碳和/或二氧化碳以及氢气。该比例通常由（H 2-c〇2)/(co+ C〇2)模块来表述。氢例如能够通过在高炉煤气中的C0份额的转化通过水-煤气变换反应来 获得。为了提供C0能够使用转炉煤气。作为c〇 2来源则能够使用高炉煤气和/或转炉煤气。适 合用于制造碳氢化合物的还有由焦炉煤气和转炉煤气组成的混合气体或者由焦炉煤气、转 炉煤气和高炉煤气组成的混合气体。
[0013] 代替由合成气体制造化学产品的化学设备，在本发明的范围内也能够使用生物技 术的设备。就此涉及到的是用于以合成气来发酵的设备。在此情况下，合成气体理解为由C0 和出组成的混合物，通过这些混合物能够制造醇、丙酮或有机酸。然而就此，在生物技术过 程的应用中，氢基本上来自于在发酵过程中用作为介质的水。作为C0来源优选使用转炉煤 气。高炉煤气或由转炉煤气和高炉煤气组成的混合气体的使用同样是可能的。相反，对于生 物技术过程而言焦炉煤气的使用则是不利的。借助于生物技术过程能够制造以下产品：由 在冶炼厂中产生的粗煤气中的C0成分来制造碳并且从在发酵过程中使用的水中获取氢。
[0014] 通过根据本发明的方法，能够从冶炼厂中在生铁生产、粗钢生产和焦炭生产的过 程中所产生的粗煤气同时制造合成气体流，将这些合成气体流利用在化学设备和与该化学 设备并行运行的生物技术设备，以用于制造化学产品。化学设备和生物技术设备是平行连 接的并且能够同时地或者也能够交替地运作。这实现了冶炼厂的经济的运行方式，特别是 当能够为了制造合成气体而利用的气体量每天处于波动时。
[0015] 根据本发明的方法的有利的设计方案设置为，构成含有出的第一可用气流，通过 气体调节由该可用气流中制造第一合成气体，该合成气体作为主要成分例如含有C0和出或 者犯和出，并且制造基本上不含出的第二可用气流，该气流含有作为主要成分的⑶。第二可 用气流能够特别由转炉煤气组成或由高炉煤气组成或者由转炉煤气和高炉煤气所构成的 混合气体组成。
[0016] 根据本发明的方法的另一个实施变体设置为，通过至少两股作为高炉煤气、转炉 煤气或焦炉煤气而产生的气流的混合而构成第一可用气流并且仅由高炉煤气、转炉煤气或 焦炉煤气来组成第二可用气流。
[0017] 焦炉煤气和/或高炉煤气针对性地在用作为可用气体之前就得到清洁，其中借助 于清洁能够另外去除炭灰、高沸点的碳氢化合物、芳香族碳氢化合物(BTX )、硫以及硫化合 物。在此，针对性地在气体调节前清洁这些可用气体流。
[0018] 根据本发明的方法的另一种设计方案设置为，例如借助于变压吸附设备通过分离 氢气或者通过加入氢气来调整至少一股可用气体流的氢含量。用于加入的必须的氢气能够 在冶炼厂中例如通过电解水而产生。此外，能够通过在水-煤气变换反应中C0的转换或者通 过对CH 4的重整来调整至少一股可用气体流的氢含量。
【附图说明】
[0019] 下面参照仅示出一个实施例的附图来说明本发明。
【具体实施方式】
[0020] 在附图中示出的设备组合包括冶炼厂1，冶炼厂则至少包括用于生产生铁的高炉 2、转炉炼钢设备3和焦炉设备4。
[0021] 在高炉2中，基本上由铁矿石和还原剂(特别是焦炭和煤、油、气体、生物质和废塑 料或其他含有碳和/或氢的化合物)来获得生铁。通过还原反应而产生了高炉煤气6,高炉煤 气含有作为主要成分的氮气、C0、C0 2和低含量的H2。在高炉过程之后下游的转炉炼钢设备3 中，将生铁转化为粗钢。通过在液态的生铁上吹入氧气来去除干扰性的杂质，特别是碳、硅 和磷。在转炉的顶部抽取转炉煤气7,该转炉煤气具有高含量的C0。冶炼厂1还包括了焦炉设 备4。在由煤炼焦成焦炭的过程中产生了焦炉煤气8,该焦炉煤气含有高含量的氢气和CH 4。
[0022] 根据在附图中示出的总体平衡(Gesamtbilanz)，向设备组合添加以煤和焦炭的形 式的、作为还原剂的碳9以及铁矿石10。作为产物而产生了粗钢11和粗煤气6、7和8,这些产 物在数量上、成分上以及纯度上都不同并且在该设备组合中的不同位置再次得以使用。在 总体统筹中，将40%至50%的、通常约为45%的粗煤气6、7和8再次导回至用于生产生铁或 生产粗钢的冶炼厂1中。能够将50%至60%之间的、通常约为55%的粗煤气6、7和8用于合成 气体的制造。
[0023]根据附图中所示出的设备示意图，将在生产生铁过程中产生的高炉煤气6的一部 分和/或在转炉炼钢设备3中产生的转炉煤气7的一部分和/或在焦炉设备4中产生的焦炉煤 气8的一部分混合，其中通过选择组成混合气体的气流和/或通过改变组成的气流的混合比 例而至少产生了两股可用气体流13、14,这些气体流鉴于其组成成分而有区别并且分别将 其制备为合成气体流。
[0024]在该实施例中形成含有出的第一股可用气体流13,由该气体流而通过气体调节制 造出第一合成气体流13'，该第一合成气体流作为主要成分例如含有0)和出或含有犯和出。 在化学设备15中将该合成气体流13'用于合成化学产物，例如氨、甲醇或其他碳氢化合物。 此外，制造基本上不含H 2的第二股可用气体流14,该可用气体流作为主要成分含有C0。第二 股可用气体流14由转炉煤气7组成或高炉煤气6组成或由转炉煤气7和高炉煤气6所形成的 混合气体组成。在生物技术设备16中制造出的产品含有来自上述的煤气的C0成分的碳以及 含有氢。在此，所述氢基本上来自于在发酵过程中作为介质而使用的水。化学设备15和生物 技术设备16能够并行地或者也能够交替地工作。这些设备在该实施例中与发电站17平行地 连接，该发电站设计为燃气涡轮机发电站或燃气涡轮机及蒸汽轮机发电站并且通过焦炉煤 气8、高炉煤气6或转炉煤气7运作或者通过这些气体成分所组成的混合气体而运作。为了满 足该设备组合的用电需求，采用了从外部引入的电流和由该设备组合的发电站17产生的发 电站电流。为了达到该设备组合的尽可能经济的运作而在低电价的时候采购电流并对该发 电站17进行关闭。相应地，能够将大量的粗煤气量用于制造合成气体。当外部的电流(例如 来自于可再生的能源)并不能够以足够的程度并且以能接受的价格来使用时，减少合成气 体的制造并且在发电站17中加强地使用粗煤气6、7、8来用于发电。
【主权项】
1. 一种用于与冶炼厂（1)结合来制造合成气体的方法，所述冶炼厂至少包括生产生铁 的高炉(2)、转炉炼钢设备(3)和焦炉设备(4)， 其中将在生铁生产中产生的高炉煤气(6)的一部分和/或在所述转炉炼钢设备(3)中产 生的转炉煤气(7)的一部分和/或在所述焦炉设备(4)中产生的焦炉煤气(8)的一部分混合， 其中通过对组成混合气体的气流进行选择和/或通过改变所组成的气流的混合比例而 至少产生了两股可用气体流（13、14)，这两股所述可用气体流鉴于自身的组成成分而有区 别并且分别制备成为合成气体流。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可用气体流（13、14)的制备包括:气体 清洁和气体调节。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为了所述气体调节而使用：以水蒸气进行 的蒸汽重整和/或以空气或氧气而进行的部分氧化和/或水-煤气变换反应。4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，将所述可用气体流（13、14) 制备成为合成气体流，所述合成气体流鉴于自身的组成方面有区别并且用于制造不同的化 学产品。5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，第一股所述可用气体流 (13)通过对至少两股作为所述高炉煤气(6)、所述转炉煤气(7)或所述焦炉煤气(8)而产生 的气体流的混合而构成，并且第二股所述可用气体流(14)仅由所述高炉煤气(6)、所述转炉 煤气(7)或所述焦炉煤气(8)组成。6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于， 形成含有出的第一股所述可用气体流（13)，通过气体调节而由第一股所述可用气体流 制造出第一合成气体流（13'），所述第一合成气体流作为主要成分例如含有(》和出或含有N2 和出，并且，制造基本上不含H2的第二股所述可用气体流（14)，第二股所述可用气体流作为 主要成分含有⑶。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，第二股所述可用气体流（14)由所述转炉煤 气(7)或由所述高炉煤气(6)组成或由所述转炉煤气(7)与所述高炉煤气(6)所组成的混合 气体组成。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在作为可用气体使用之前先 对所述焦炉煤气(8)和/或所述高炉煤气(6)进行清洁，其中借助于清洁能够另外去除炭灰、 高沸点的碳氢化合物、芳香族碳氢化合物(BTX )、硫以及硫化合物。9. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在气体调节之前对所述可用 气体流（13、14)进行清洁，其中借助于清洁另外还去除了炭灰、高沸点的碳氢化合物、芳香 族碳氢化合物、硫以及硫化合物。10. 根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其特征在于，通过分离氢，例如借助于 变压吸附设备，或通过添加氢来调整至少一股所述可用气体流(13、14)的氢含量。11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，向所述可用气体流（13、14) 中的至少一股加入在所述冶炼厂(1)中优选通过水电解而产生的氢气。12. 根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，通过在水-煤气变换反应中 CO的转化来调整至少一股可用气体流(13、14)的氢含量。13. 根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过对CH4的重整来调整至少一股所 述可用气体流(13、14)的氢含量。
【文档编号】C21C5/38GK105980583SQ201480067680
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年12月11日
【发明人】赖因霍尔德·阿卡兹, 詹斯·瓦格纳, 马库斯·奥莱希, 彼得·施默勒, 拉尔夫·克莱因施密特, 丹尼斯·克罗托夫, 奥拉夫·冯·莫施泰因, 卡斯滕·比克尔
【申请人】蒂森克虏伯股份公司