一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置及方法与流程

1.本发明涉及一种冶金废气回收装置及方法，尤其是一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置及方法。


背景技术：

2.我国是钢铁生产大国，每年粗钢产量占到了全球粗钢产量的50%以上，但作为能源密集型产业，单位产品的能耗及碳排放量很大。在钢铁行业中，我国主要以高炉-转炉长流程为主，高炉炼铁环节碳排放量占比最大，为了实现钢铁行业低碳减排，炼铁环节必须通过高效技术手段来达到低碳排放量。同时，在高温条件下，氢元素是最高效的零碳排放还原剂，以氢冶金氢基竖炉的炼铁工艺是更好的选择，其生产效率高，绿色低碳，产品品质好，已实现了氢基竖炉大型化，理论上纯氢竖炉甚至可以达到和接近零碳排放，这将成为钢铁行业低碳减排的有效途径。
3.氢基竖炉工艺是向竖炉可达到高效率生产直接还原铁。在富氢竖炉中生产一吨直接还原铁需要1800 m3工艺煤气入炉，纯氢竖炉甚至需要达到2400 m3/t，而实际需要的还原气消耗量仅占入炉工艺煤气量的三分之一以下，剩余三分之二以上的氢气随炉顶煤气排出，高效地将未消耗的竖炉尾气中的氢气回收，然后通入氢基竖炉循环利用十分必要。
4.目前氢基竖炉炉顶煤气的主要方式为变压吸附方式，变压吸附装置技术成熟，成本低廉，使用寿命长，但设备体积庞大，电力消耗很高。因此，亟需开发一种体积小，回收效率高的炉顶煤气回收装置来回收市场价格昂贵的二次能源氢气，实现竖炉还原用气的高效循环运行。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置，以有效地回收利用炉顶煤气；本发明还提供了一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用方法。
6.为解决上述技术问题，本发明装置所采取的技术方案是：包括余热回收炉、二次除尘仓、尾气回收仓、氢气回收装置和负压装置，氢气回收装置内设有氢气过滤金属膜；所述气基竖炉炉顶煤气管道连通余热回收炉的进气口，余热回收炉的出气口通过管路连通二次除尘仓；所述二次除尘仓的出气口通过管路连通氢气回收装置，氢气回收装置的出气口通过管路连通负压装置；所述尾气回收仓的进气口通过管路连通氢气回收装置和二次除尘仓之间的管路。
7.进一步的，所述余热回收炉下部的出尘口连通有一次除尘仓。
8.进一步的，所述尾气回收仓进气口的管路上连通有流量阻尼器。
9.本发明方法采用上述的膜法回收利用装置，其方法步骤为：1）炉顶煤气首先进入余热回收炉，余热回收后气体进入二次除尘仓进行除尘；2）除尘后的气体在负压装置的负压下，向氢气回收装置处聚集，气体中的氢气透过氢气过滤金属膜后被收集；
3）未通过氢气过滤金属膜的气体则向尾气回收仓转移并回收。
10.进一步的，所述步骤1）中，炉顶煤气中携带的灰尘在余热回收炉内沉降到一次除尘仓。
11.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明为通过膜法回收利用氢基竖炉炉顶煤气的装置，在处理炉顶煤气时先经过余热回收及净化，可使得炉顶煤气的热能有效回收，除去炉顶煤气中的灰尘颗粒及水蒸气，回收的水可用作竖炉循环水二次利用；净化后气体通过管道通过氢气过滤膜后仅有氢气通过，回收氢气纯度达到85%以上，同时负压装置可有效提高氢气回收效率及收得率；氢气回收装置可通过法兰连接，维修更换方便、运行成本低、占据使用空间小、气体回收效率高；其余回收尾气可用作燃料及通过化工手段进一步处理，流量阻尼器同样方便拆装，整套炉顶煤气回收装置设备简单、维修方便、生产能耗低，不造成环境负荷。
12.本发明可将竖炉的炉顶煤气回收，得到85%纯度以上的高纯氢气循环使用，氢气回收效率高，不产生污染物，设备维修简单，可大幅度降低竖炉单位产品的氢气消耗量及生产成本。
附图说明
13.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
14.图1是本发明装置的结构示意图。
15.图中：一次除尘仓1；余热回收炉2；二次除尘仓3；流量阻尼器4；尾气回收仓5；氢气回收装置6；氢气过滤金属膜7；真空泵8。
具体实施方式
16.图1所示，本氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置包括余热回收炉2、一次除尘仓1、二次除尘仓3、尾气回收仓5、氢气回收装置6和负压装置。所述余热回收炉2的进气口连通气基竖炉炉顶煤气管道，用于回收炉顶煤气的余热。所述余热回收炉2的下部设有出尘口，一次除尘仓1位于出尘口的下部并与出尘口连通，这样炉顶煤气在余热回收炉2内换热的同时，炉顶煤气携带的大量灰尘向下掉落并经出尘口进入一次除尘仓1内。所述一次除尘仓1下部设有排水口，排水口设有滤网；所述炉顶煤气内的水蒸气经余热回收炉2冷却为液态的回收水，回收水进入一次除尘仓1经滤网过滤后并从排水口排出；所述回收水排出后可作为冷却水循环使用，进入循环水系统。
17.图1所示，本氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置所述余热回收炉2的出气口通过管路连通二次除尘仓3；这样，炉顶煤气内剩余的灰尘即可由二次除尘仓3回收；所述二次除尘仓利用灰尘的自身质量沉降与气体脱离。所述二次除尘仓3的出气口通过管路连通氢气回收装置6，氢气回收装置6的出气口通过管路连通负压装置；所述氢气回收装置6为一段管道结构，内部设有氢气过滤金属膜7，氢气过滤金属膜7可允许氢气通过、不允许其它气体通过；所述氢气回收装置6两端均有法兰装置，便于维修与更换，法兰装置严格密封防止漏气；这样，在负压装置的负压作用下，炉顶煤气内的氢气穿过氢气回收装置6内的氢气过滤金属膜7，从而回收氢气，回收的氢气含量可达85～99.9vol%；所述氢气过滤金属膜7优选pd合金膜，所述负压装置可选用真空泵8；回收的氢气可根据需要送入还原竖炉煤气站根据需
要配入工艺煤气循环利用。所述氢气回收装置6两端设置法兰连接件与管路连接，法兰接口处配备有密封垫，并在外部设置有氢气报警器。
18.图1所示，本氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置所述尾气回收仓5的进气口通过管路连通氢气回收装置6和二次除尘仓3之间的管路，在尾气回收仓5进气口的管路上连通有流量阻尼器4；所述流量阻尼器4的作用是减少气体优先进入尾气回收仓5，总体是为了气体更多的优先进入氢气回收装置6，提高氢气回收率；所述流量阻尼器4可采用下述结构：外部为管道结构，内部设有滤网，通过滤网来增加气体通过的阻力，流量阻尼器4外围安装法兰连接件与管路连接，法兰接口处配备有密封垫。这样尾气回收仓5即可回收未通过氢气过滤膜的气体，主要是氮气、一氧化碳以及二氧化碳，并通过流量阻尼器4的设置进一步增加阻力减少炉顶煤气优先向尾气回收仓5转移。
19.图1所示，本氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用方法的回收利用过程为：1）炉顶煤气首先进入余热回收炉2，余热回收后水蒸气冷凝为水回收，煤气携带的大量灰尘沉降并进入一次除尘仓1；余热回收后气体由上部管道进入二次除尘仓3，二次除尘仓3回收完所有灰尘后，除尘气体由管路排出；2）由管路排出的除尘气体进入气体分离区，由于氢气回收装置6后设有负压装置，因此气体优先向氢气回收装置6处聚集，大量氢气透过氢气过滤金属膜7，透过氢气过滤金属膜7的气体中氢气纯度可达85%以上；3）未通过氢气过滤金属膜7的气体则向管道侧边的尾气回收仓5转移，尾气回收仓5前端设置有流量阻尼器4，进一步增加阻力减少炉顶煤气优先向尾气回收仓转移，回收的尾气主要成分为co、co2、n2以及少量h2，因此尾气可直接用于气体加热炉的燃烧气使用，也可用作化工原料利用；4）步骤2）透过氢气过滤金属膜7的氢气通过下部管道与新补充的竖炉工艺煤气混合，经由加热炉后再次进入竖炉使用。整个气体回收流程简单高效，氢气过滤膜设备方便拆装，极大提高了氢气回收效率及后续运行维护成本。

技术特征：
1.一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置，其特征在于：包括余热回收炉（2）、二次除尘仓（3）、尾气回收仓（5）、氢气回收装置（6）和负压装置，氢气回收装置（6）内设有氢气过滤金属膜（7）；所述气基竖炉炉顶煤气管道连通余热回收炉（2）的进气口，余热回收炉（2）的出气口通过管路连通二次除尘仓（3）；所述二次除尘仓（3）的出气口通过管路连通氢气回收装置（6），氢气回收装置（6）的出气口通过管路连通负压装置；所述尾气回收仓（5）的进气口通过管路连通氢气回收装置（6）和二次除尘仓（3）之间的管路。2.根据权利要求1所述的一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置，其特征在于：所述余热回收炉（2）下部的出尘口连通有一次除尘仓（1）。3.根据权利要求1或2所述的一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置，其特征在于：所述尾气回收仓（5）进气口的管路上连通有流量阻尼器（4）。4.一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用方法，采用权利要求1-3任意一项所述的一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置，其特征在于，方法步骤为：1）炉顶煤气首先进入余热回收炉（2），余热回收后气体进入二次除尘仓（3）进行除尘；2）除尘后的气体在负压装置的负压下，向氢气回收装置（6）处聚集，气体中的氢气透过氢气过滤金属膜（7）后被收集；3）未通过氢气过滤金属膜（7）的气体则向尾气回收仓（5）转移并回收。5.根据权利要求4所述的一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用方法，其特征在于：所述步骤1）中，炉顶煤气中携带的灰尘在余热回收炉（2）内沉降到一次除尘仓（1）。

技术总结
本发明公开了一种氢基竖炉炉顶煤气的膜法回收利用装置及方法，包括余热回收炉、二次除尘仓、尾气回收仓、氢气回收装置和负压装置；所述气基竖炉炉顶煤气管道连通余热回收炉的进气口，余热回收炉的出气口通过管路连通二次除尘仓；所述二次除尘仓的出气口通过管路连通氢气回收装置，氢气回收装置的出气口通过管路连通负压装置；所述尾气回收仓的进气口通过管路连通氢气回收装置和二次除尘仓之间的管路。本回收利用装置可将竖炉的炉顶煤气回收，得到85%纯度以上的高纯氢气循环使用，氢气回收效率高，不产生污染物，设备维修简单，可大幅度降低竖炉单位产品的氢气消耗量及生产成本。低竖炉单位产品的氢气消耗量及生产成本。低竖炉单位产品的氢气消耗量及生产成本。


技术研发人员：唐珏 郑艾军 赵子川 路鹏 储满生 王小艾 周渝生 李洋 王中华
受保护的技术使用者：宣化钢铁集团有限责任公司 河钢集团有限公司
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/9/12