CN106566574A - 一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工领域，公开了一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法。本发明中，包含以下步骤：A.对焦炉气进行提纯，得到包含H2的第一产品气；B.对转炉气进行处理，得到包含CO的第二产品气；C.将第一产品气和第二产品气配制为费托合成气；其中，费托合成气中H₂:CO的摩尔比为2～2.5；D.将费托合成气放入费托合成单元，在一定的压力和温度作用下合成，获得的液相作为费托化学品。本发明实现了充分利用钢厂排出的废气生产高附加值化学品，不仅有效提高钢厂经济效益，而且环保节能。

Description

一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法

技术领域

本发明涉及化工领域，特别涉及利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法。

背景技术

焦炉气是焦化厂和炼钢厂炼焦过程中产生的副产品，主要成分是氢气和甲烷，还有少量烯烃、一氧化碳和二氧化碳，并夹带微量焦油、萘、氨气、硫化氢等杂质。以前的焦炉气大多数用作燃料，现在焦炉煤气可以用来提氢，可以经转化制甲醇，还可以经甲烷化制液化天然气。而大多数钢厂的转炉气由于惰性气含量高，热值低，大部分作为废排放，不仅污染环境还浪费资源。

转炉气是冶金过程中排出的废气，含有大量的一氧化碳，。一氧化碳是优良的化工原料，作为燃料用于发电，能量利用效率较低，特别是在钢铁行业，工厂内部没有蒸汽用户，无法做到热电联产，一般情况下只能选用纯凝汽式机组发电，热电转换效率25～30％左右，没有发挥尾气应有的经济价值，因此寻找更高效的利用途径是整个行业面临的问题。

目前，有一种利用焦炉气和转炉气联合生产甲醇、压缩天然气和液化天然气的方法，主要包括先从焦炉气中提纯氢气，与净化后的转炉气混合后合成甲醇；并将合成甲醇的驰放气送去与焦炉气混合后提氢，同时将提纯氢气后的解吸气经过耐硫变换后由变压吸附脱除二氧化碳以及硫化物，然后经变压吸附提甲烷后得到液化天然气，再经过压缩得到压缩天然气产品；或者将该解吸气经过MDEA法脱除酸性气体，经干燥、脱苯后进入深冷分离，经深冷分离后得到液化天然气产品。但是此方法未对如何从转炉气中分离CO做出描述。同时生产出的合成气是作为甲醇合成的原料气。现阶段国内甲醇产量严重过剩，经济效益差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，本发明实现了充分利用钢厂的排放气生产高附加值化学成品，不仅能有效提高钢厂经济效益，并且环保节能。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，包含以下步骤：

A.对焦炉气进行提纯，得到包含H₂的第一产品气；

B.对转炉气进行处理，得到包含CO的第二产品气；

C.将所述第一产品气和第二产品气配制为费托合成气；其中，所述费托合成气中H₂:CO的摩尔比为2～2.5；

D.将所述费托合成气放入费托合成单元，在一定的压力和温度作用下合成，获得的液相作为费托化学品。

本发明相对于现有技术而言，主要的区别与效果在于：由于现有焦炉气的主要成分包含H₂，所以可以通过从焦炉气中提纯H₂对其充分利用，而转炉气中含有大量的CO，所以从转炉气中得到包含CO的第二产品气能够充分利用转炉气。将从焦炉气中获得的第一产品气和从转炉气中获得的第二产品气进行配制，得到的费托合成气可以合成出较高附加值的费托化学品，可见，本发明中的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法可以同时利用现有的废气-焦炉气和转炉气，并将其转换为高附加值产品，使得不仅能有效提高钢厂经济效益，而且环保节能。

作为进一步改进，在所述步骤A中，利用以下步骤对焦炉气进行提纯：预处理步骤，对所述焦炉气进行脱萘处理和脱硫处理，获得第一气相；吸附步骤，对所述第一气相进行变压吸附处理，获得第二气相；脱氧处理，在脱氧剂的催化作用下对所述第二气相进行氧气脱除，获得第三气相；增压脱水处理，对所述第三气相进行增压和脱水，获得H₂的第一产品气。经过上述步骤后，焦炉气中大多数杂质能被去除，从而能够从焦炉气中获得包含H₂的合格的第一产品气。

作为进一步改进，所述脱萘处理采用N个第一吸附塔按照多塔变温吸附对所述焦炉气进行处理；其中，所述N为大于或等于2的自然数。采用此步骤进行脱萘处理，能够脱除焦炉气中的萘、焦油，使得焦炉气中的焦油含量小于1mg/Nm3，萘含量小于5mg/Nm3。

作为进一步改进，所述脱硫处理采用物理吸收法进行脱硫。采用物理吸收法脱硫后，使焦炉气中的H₂S≤3mg/Nm³。

作为进一步改进，所述物理吸收法为：低温甲醇吸收法、碳酸丙烯酯吸收法、聚乙二醇二甲醚吸收法或醇胺混合物吸收法。可采用的物理吸收法的种类多样化，使得本发明实施方式中脱硫的方法灵活多变。

作为进一步改进，在所述采用物理吸收法进行脱硫的步骤前，还包含以下步骤：采用化学吸收法进行脱硫。采用化学吸收法能使焦炉气中的H₂S≤20mg/Nm³，从而减轻物理吸收法脱硫的负担。

作为进一步改进，所述化学吸收法为：蒽醌二磺酸钠ADA吸收法、双核酞菁钴磺酸盐PDS吸收法或萘醌磺酸钠吸收法。可采用的化学吸收法的种类多样化，使得本发明实施方式中脱硫的方法灵活多变。

作为进一步改进，在所述变压吸附处理的步骤中，采用M个第二吸附塔按照多塔时序进行变压吸附处理；其中，所述M为大于或等于2的自然数。采用此步骤能有效将第一气相转变为第二气相，损失率较低。

作为进一步改进，在所述对转炉气进行处理的步骤中，包含以下子步骤：对所述转炉气进行脱碳、脱硫处理和脱氧处理，得到第四气相；对所述第四气相进行压缩作为第二产品气。此步骤可以尽可能除去转炉气中的二氧化碳、硫及氧的杂质，提高第四气相中一氧化碳的含量，从而提高第二产品气中一氧化碳的成分含量。

作为进一步改进，在所述脱氧处理的步骤后，还包含以下步骤：将所述第四气相进行变压吸附处理，得到第五气相；对所述第五气相进行压缩作为第二产品气。进一步提纯第四气相，提高第五气相中一氧化碳的成分含量，从而提高第二产品气中一氧化碳的成分含量。

作为进一步改进，利用载Cu吸附剂对所述第四气相进行变压吸附处理。载Cu吸附剂能有效将CO与H₂、CO₂、N₂等其它杂质分离，从而提高第二产品气中一氧化碳的成分含量。

作为进一步改进，对所述费托合成气进行精脱硫；在所述步骤D之中，将精脱硫后的费托合成气放入费托合成单元。精脱硫能将费托合成气中的总硫含量脱至小于100PPb，从而制得合格费托合成气；大大降低硫的含量，能有效保证催化剂的正常催化作用，从而提高了费托化学品的产量以及制取费托化学品的效率。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式中的工艺流程图；

图2是根据本发明第二实施方式中的工艺流程图；

图3是根据本发明第三实施方式中的工艺流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法。主要包含以下步骤：A.对焦炉气进行提纯，得到包含H₂的第一产品气；B.对转炉气进行处理，得到包含CO的第二产品气；C.将所述第一产品气和第二产品气配制为费托合成气；其中，所述费托合成气中H₂:CO的摩尔比为2～2.5；D.将所述费托合成气放入费托合成单元，在一定的压力和温度作用下合成，获得的液相作为费托化学品。

具体工艺流程如图1所示，获取的焦炉气如下处理：

首先，对焦炉气进行压缩处理，压缩处理实际是指在压缩单元将焦炉气增压至0.2MPa左右送到脱萘单元。

接着，对焦炉气进行脱萘处理。脱萘处理实际是指在脱萘单元脱除焦炉气中的萘、焦油，使得焦炉气中的焦油含量小于1mg/Nm³，萘含量小于5mg/Nm³。在本实施方式中，脱萘单元采用四塔变温吸附(TSA)法，也就是说采用四个第一吸附塔按照四塔变温吸附法对焦炉气进行处理，当然，实际应用中，可以不仅仅只有四个第一吸附塔，第一吸附塔的数量可以大于或者等于2个。

接着，对焦炉气再次进行压缩处理。这次压缩处理实际是将经过脱萘处理的气体送入压缩机，然后增压至0.75MPa左右，送到预处理单元。

接着，对焦炉气进行预处理。预处理实际是在预处理单元对焦炉气采用四塔变温吸附(TSA)法脱除焦炉气中的苯等重烃组分，使得焦炉气中苯含量小于5mg/Nm³。需要说明的是，在本实施方式中，预处理单元可以不仅仅只能采用四塔变温吸附法，采用的吸附塔数量可以大于或者等于2个。

然后，对焦炉气进行粗脱硫处理，获取第一气相。粗脱硫处理实际是在粗脱硫单元采用物理吸收法脱出焦炉气中的硫成分，使得焦炉气中H₂S≤3mg/Nm³。当然，若未脱硫前，焦炉气中H₂S≤3mg/Nm³，那么可省去此步骤。本实施方式中，物理吸收法可以是低温甲醇吸收法、碳酸丙烯酯吸收法、聚乙二醇二甲醚吸收法或醇胺类混合物吸收法中的任意一种。需要说明的是，不仅限于此四种物理吸收法，只要能达到脱硫目的的物理吸收法都可此采用。

值得一提的是，在对焦炉气进行粗脱硫处理的步骤中，可以在采用物理吸收法进行脱硫之前，先采用化学吸收法对焦炉气中的硫进行吸收，使焦炉气中的H₂S≤20mg/Nm³。当然，若未脱硫前，焦炉气中的H₂S≤20mg/Nm³，那么可省去此步骤。本实施方式中，化学吸收法可以采用ADA法(蒽醌二磺酸钠)、PDS法(双核酞菁钴磺酸盐)或者萘醌磺酸钠法中的任意一种。需要说明的是，不仅限于此四种化学吸收法，只要能达到脱硫目的的化学吸收法都可此采用。

然后，在对焦炉气进行粗脱硫处理，获得第一气相后，对第一气相进行PSA-H₂处理，获得第二气相。即在PSA提取H₂单元采用多塔时序法。具体的说，第一气相经过所有吸附塔处理为一个完整周期，在一个周期中，第一气相在每个吸附塔都会经过吸附、变压以及脱附等步骤，从而得到第二气相即包含H₂的粗产品气。需要说明的是，本步骤中的解吸气为甲烷富集的剩余焦炉气，会被送回钢厂作为补充燃料得到再次利用。此举相当充分利用了转炉气这种量大，热值低的废气，对整个钢厂的排放气进行综合利用，对整个钢厂燃气平衡影响小，提高整体经济效益。符合工业尾气综合利用以及减少碳排放的产业政策，具有较好的经济意义和社会意义。

然后，对第二气相即包含H₂的粗产品气进行脱氧处理，获得第三气相。脱氧处理实际是在脱氧单元中添加脱氧剂，使粗产品气在脱氧剂的催化作用下，利用氢氧反应脱除其中的微量氧气。

接着，对第三气相进行压缩处理。压缩处理实际是将脱氧后包含H₂的粗产品气增压至3.0～5.0MPa左右，然后送入脱水单元。

最后，对第三气相进行脱水处理。脱水处理实际是在脱水单元中，将脱氧、压缩后的包含H₂的粗产品气在3.0～5.0MPa下进行变温吸附脱水，脱除生成的H₂O。在本实施方式中，脱水单元采用等压变温吸附法。脱氧后的包含H₂的粗产品气经过所有吸附塔处理为一个完整周期，在一个周期当中，上述粗产品气在每一个吸附塔都需经历吸附、升温以及降温等步骤，从而得到符合要求的包含H₂的第一产品气。

接下来，依然如图1所示，将获取的转炉气如下处理：

首先，对转炉气进行压缩处理。压缩处理是指在气体压缩单元中，将转炉气增压至0.50MPa。

接着，对转炉气进行脱碳处理。脱碳处理是指在脱碳单元中采用湿法脱碳，脱除转炉气中的CO₂、H₂O、H₂S等杂质组分；其中，图示中的解析气中富含CO₂，可作为其他产品的原料气。在本实施方式中，湿法脱碳的物理吸收剂可以是低温甲醇、碳酸丙烯酯、聚乙二醇二甲醚或醇胺类混合物之类中的任意一种。

接着，对转炉气进行脱氧处理，获得第四气相。脱氧处理实际是在脱氧单元中添加脱氧剂，使转炉气在脱氧剂的催化作用下，利用氢氧反应脱除其中的微量氧气。

最后，对第第四气相进行压缩处理。将经脱碳单元、脱氧单元制得的第四气相也就是包含CO的粗产品气增压至5.0MPa，从而制得符合要求的包含CO的第二产品气。

在得到包含H₂的第一产品气和包含CO的第二产品气后，根据H₂:CO的摩尔比为2.1的比例，将第一产品气和第二产品气配制为费托合成气。然后，将费托合成气放入费托合成单元。费托合成单元将费托合成气预热到反应所需的温度，送入费托反应器。然后，费托合成气在费托反应器中合成烃类化学品，反应放出的热量由液态水气化成水蒸气从而被带出费托反应器。混合物离开费托反应器经过冷却以及气液分离等过程，所得到的液相产物即为费托合成粗产品。气液分离后的气相含有较多的未反应气体，大部分未反应气体由循环压缩机压缩后返回费托反应器，在此过程中，驰放部分未反应气体以便调节进入费托反应器中气体包含的惰性气体含量；大部分驰放气被送回钢厂从而得到回收再利用。

需要说明的是，实际应用中，费托合成气中H₂:CO的摩尔比不仅仅只能为2.1，其摩尔比可以在2～2.5的范围内。

本实施方式相对于现有技术而言，主要的区别与效果在于：由于现有焦炉气的主要成分包含H₂，所以可以通过从焦炉气中提纯H₂对其充分利用，而转炉气中含有大量的CO，所以从转炉气中得到包含CO的第二产品气能够充分利用转炉气。将从焦炉气中获得的第一产品气和从转炉气中获得的第二产品气进行配制，得到的费托合成气可以合成出较高附加值的费托化学品，可见，本发明实施方式中的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法可以同时利用现有废弃的焦炉气和转炉气，并将其转换为高附加值产品，使得不仅能有效提高钢厂经济效益，而且环保节能。而且，本发明还避免了现有技术中甲烷转化的高温过程，安全性高，不需要配套空分装置，投资小。

本发明的第二实施方式涉及一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法。第二实施方式是在第一实施方式上的进一步改进，主要改进之处在于：增加了将第四气相进行变压吸附处理，得到第五气相，然后对第五气相进行压缩作为第二产品气的步骤。

具体的说，如图2所示，对经脱碳、脱氧处理制得的第四气相进行PSA-CO处理。PSA-CO处理实际是在PSA提纯CO单元中，将转炉气中的CO与H₂、CO₂、N₂等其它杂质组份分离，从而得到第五气相即包含CO的产品气。需要说明的是，在本实施方式中，PSA提纯CO单元采用载Cu吸附剂，在实际应用中，还可以用其他吸附法。

最后，对第五气相进行压缩处理。将经脱碳单元、脱氧单元、PSA提纯CO单元制得的第五气相也就是包含CO的产品气增压至5.0MPa，从而制得符合要求的包含CO的第二产品气。

经过本实施方式的变压吸附处理，能使制得的第二产品气包含的CO的成分含量大大提高，从而提高了制取费托产品的效率。

本发明的第三实施方式涉及一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法。第三实施方式是在第二实施方式上的进一步改进，主要改进之处在于：增加了对费托合成气进行精脱硫，然后利用精脱硫后的费托合成气合成费托化学品，大大降低了产品中硫的含量。

具体的说，在将所述第一产品气和第二产品气配制为费托合成气的步骤之后，和将所述费托合成气放入费托合成单元，在一定的压力和温度作用下合成，获得的液相作为费托化学品的步骤之前，还包含以下步骤：对所述费托合成气进行精脱硫；在将所述费托合成气放入费托合成单元，在一定的压力和温度作用下合成，获得的液相作为费托化学品的步骤之中，将精脱硫后的费托合成气放入费托合成单元。

本实施方式中的工艺流程如图3所示，将第一产品气和第二产品气配制为费托合成气后，增加了对费托合成气进行精脱硫处理，也就是说将第一产品气和第二产品气配制为费托合成气后，将费托合成气送入精脱硫单元，在精脱硫单元中，对所得的费托合成气进行精脱硫处理，使得费托合成气中的总硫含量小于100PPb，从而制得合格的费托合成原料气。然后将精脱硫后的费托合成气放入费托合成单元，在费托合成单元中，将费托合成气在一定的压力和温度作用下合成，获得的液相即为费托化学品。

费托合成气制取费托化学品的过程中需要催化剂进行催化作用，但是很多催化剂起作用的组分，都是金属或者金属氧化物，而硫可以很强的和金属结合，从而使得这个反应位丧失活性，导致催化剂中毒。所以本实施方式通过对费托合成气进行精脱硫处理，大大降低了硫的含量，有效保证催化剂的正常催化作用，从而提高了费托化学品的产量，并且提高了制取费托化学品的效率。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，包含以下步骤：

A.对焦炉气进行提纯，得到包含H₂的第一产品气；

B.对转炉气进行处理，得到包含CO的第二产品气；

C.将所述第一产品气和第二产品气配制为费托合成气；其中，所述费托合成气中H₂:CO的摩尔比为2～2.5；

D.将所述费托合成气放入费托合成单元，在一定的压力和温度作用下合成，获得的液相作为费托化学品。

2.根据权利要求1所述的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，在所述步骤A中，利用以下步骤对焦炉气进行提纯：

预处理步骤，对所述焦炉气进行脱萘处理和脱硫处理，获得第一气相；

吸附步骤，对所述第一气相进行变压吸附处理，获得第二气相；

脱氧处理，在脱氧剂的催化作用下对所述第二气相进行氧气脱除，获得第三气相；

增压脱水处理，对所述第三气相进行增压和脱水，获得H₂的第一产品气。

3.根据权利要求2所述的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，所述脱萘处理采用N个第一吸附塔按照多塔变温吸附对所述焦炉气进行处理；

其中，所述N为大于或等于2的自然数。

4.根据权利要求2所述的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，所述脱硫处理采用物理吸收法进行脱硫。

5.根据权利要求4所述的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，所述物理吸收法为：

低温甲醇吸收法、碳酸丙烯酯吸收法、聚乙二醇二甲醚吸收法或醇胺混合物吸收法。

6.根据权利要求2所述的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，在所述变压吸附处理的步骤中，采用M个第二吸附塔按照多塔时序进行变压吸附处理；

其中，所述M为大于或等于2的自然数。

7.根据权利要求1所述的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，在所述对转炉气进行处理的步骤中，包含以下子步骤：

对所述转炉气进行脱碳脱硫处理和脱氧处理，得到第四气相；对所述第四气相进行压缩作为第二产品气。

8.根据权利要求7所述的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，在所述脱氧处理的步骤后，还包含以下步骤：将所述第四气相进行变压吸附处理，得到第五气相；

对所述第五气相进行压缩作为第二产品气。

9.根据权利要求8所述的利用焦炉气和转炉气生产费托产品的方法，其特征在于，利用载Cu吸附剂对所述第四气相进行变压吸附处理。

10.根据权利要求1所述的利用焦炉气和转炉气生产费托化学品的方法，其特征在于，在所述步骤C之后，和所述步骤D之前，还包含以下步骤：

对所述费托合成气进行精脱硫；

在所述步骤D之中，将精脱硫后的费托合成气放入费托合成单元。