一種轉爐煤氣的脫氧方法和裝置的制造方法

一種轉爐煤氣的脫氧方法和裝置的制造方法
【專利摘要】一種轉爐煤氣的脫氧方法和裝置，該脫氧方法包括如下步驟：將轉爐煤氣進行除塵，除塵后的轉爐煤氣中粉塵含量＜5mg/Nm3；將除塵后的轉爐煤氣送入脫氧器，脫氧器內填充表面鍍銅的不銹鋼球，控制脫氧器內溫度為150～300℃，脫氧后的轉爐煤氣中氧氣含量小于200ppm；對脫氧后的轉爐煤氣空冷至常溫，輸送到下游的微生物厭氧發酵工序。本發明針對微生物厭氧發酵工藝對原料氣轉爐煤氣的要求，設計了一種簡單高效的新型脫氧劑即在不銹鋼球表面鍍一層銅，利用銅和氧氣反應生成氧化銅的原理消耗氧氣，從而達到脫氧的目的。本發明所述脫氧裝置設計簡單，經濟合理，能較低能耗地將轉爐煤氣中的氧氣脫除到滿足發酵工藝的要求。
【專利說明】
_種轉爐煤氣的脫氧方法和裝置
技術領域
[0001]本發明涉及氣體的脫氧技術領域，具體涉及一種轉爐煤氣的脫氧方法和裝置，更具體涉及一種對微生物厭氧發酵工藝所用原料轉爐煤氣中微量氧氣的脫除方法和裝置。
【背景技術】
[0002]鋼廠轉爐煤氣在回收前要經過電除塵工段，因此考慮到回收安全，控制轉爐煤氣中氧氣含量指標為小于1%。國內各大鋼廠轉爐煤氣中氧氣含量普遍在0.2?0.8%之間。轉爐煤氣的一般用途是去發電或做其他燃料，因此，基本不做脫氧處理。
[0003]以鋼廠轉爐煤氣為原料，采用微生物厭氧發酵技術生產乙醇、丁醇、乙酸等化學品是近些年來非常熱門的技術，已經經過小試、中試驗證，正在實施商業化。微生物厭氧發酵技術對鋼廠轉爐煤氣中氧氣含量要求并不是特別苛刻，低于200ppm即能滿足發酵要求。但目前還沒有報道關于微生物厭氧發酵工藝中鋼廠轉爐煤氣的脫氧方法或裝置。
[0004]目前的脫氧工藝、裝置主要集中在石油化工中對烯烴精制凈化和煤化工中合成氣的脫氧，要求脫氧后氧含量要小于lOppm，甚至lppm。脫氧裝置的核心是脫氧劑和根據被處理工藝氣體而獨特設計的脫氧器。國內外關于脫氧劑的研究也非常多，脫氧劑主要分為兩種:貴金屬脫氧劑和非貴金屬脫氧劑。脫氧工藝方法主要有兩種:采用鉑和鈀貴金屬為催化劑的催化加氫法;采用鉑、鈀貴金屬或銅、錳等非貴金屬為脫氧劑的化學吸收法。
[0005]其中，貴金屬脫氧劑的制備成本非常高，所以，催化加氫法以及采用貴金屬為脫氧劑的化學吸收法較適合對于脫氧精度要求非常高的工藝，而對微生物厭氧發酵工藝中原料轉爐煤氣脫氧來說顯得并不經濟實用。再者，石油化工和煤化工的脫氧裝置處理的原料氣中含有少量硫化物，由于貴金屬脫氧劑不耐硫，容易中毒，失去活性，因此，原料氣進入脫氧裝置前要經過脫硫凈化過程。
[0006]傳統化學吸收法中采用銅、錳等非貴金屬脫氧劑，一般是將非貴金屬等負載在分子篩或三氧化二鋁等載體上制備而得。該脫氧劑主要以銅、錳為活性組分，共沉淀法生產，即將活性組分銅、錳與載體成份鋁和硅等共沉淀后經焙燒后成型制得，這種脫氧劑生產工藝也比較復雜，成本也較高。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供一種轉爐煤氣的脫氧方法和裝置，可經濟合理地脫除轉爐煤氣中的氧氣，將轉爐煤氣中的氧氣含量降低到符合微生物厭氧發酵工藝的要求，且該脫氧方法中所用脫氧劑制備容易，成本低，可連續使用，無需定期還原再生。
[0008]為達到上述目的，本發明的技術方案是:
[0009]—種轉爐煤氣的脫氧方法，其包括如下步驟:將轉爐煤氣進行除塵，除塵后的轉爐煤氣中粉塵含量<5mg/Nm3;將除塵后的轉爐煤氣送入脫氧器，脫氧器內填充表面鍍銅的不銹鋼球，控制脫氧器內溫度為150?300°C，脫氧后的轉爐煤氣中氧氣含量小于200ppm;將脫氧后的轉爐煤氣空冷至常溫，輸送到微生物厭氧發酵系統進行厭氧發酵。
[0010]進一步，所述除塵后的轉爐煤氣進入脫氧器之前先送入壓縮機壓縮，壓縮后的轉爐煤氣壓力<8bar(G)，再將壓縮后的轉爐煤氣輸送到脫氧器。
[0011]本發明所述轉爐煤氣包括如下成分，以體積百分數計:氧氣0.2?0.8%，粉塵<10mg/Nm3，一氧化碳48?52%，氫氣I?2%，氮氣25?28%，二氧化碳18?20%。
[0012]本發明將轉爐煤氣在脫氧前送入壓縮機進行壓縮，壓縮到發酵工藝所需要的壓力，不僅滿足了后續發酵工藝的要求，還提高了轉爐煤氣中氧氣的分壓，使轉爐煤氣進入脫氧器后提高了氧氣分子和脫氧劑不銹鋼球表面鍍銅的接觸幾率，從而提高脫氧效果。
[0013]本發明將脫氧器預先加熱到所需反應溫度，轉爐煤氣進入脫氧器內，在鍍銅不銹鋼球的表面，氧氣和銅發生反應生成氧化銅，氧氣得以脫除。同時，轉爐煤氣中的一氧化碳和氧化銅在高溫下進行還原反應，生成銅和二氧化碳，這樣，脫氧劑能夠實現在線再生，不會有損耗。具體反應方程式為:
[0014]脫氧:Cu+02—Cu0;
[0015]再生:Cu0+C0—Cu+C02。
[0016]傳統脫氧劑，例如貴金屬脫氧劑和非貴金屬負載類脫氧劑等，其內部疏松多孔，氣體組分通過擴散進入孔隙內與金屬發生脫氧反應，但氣體組分中的顆粒物會堵塞脫氧劑內部孔道，被堵塞的孔道將很難得到疏通，基本失去脫氧作用。因此，傳統脫氧劑的脫氧效果不佳，長期運行，脫氧劑需要定期徹底更換。本發明所述轉爐煤氣盡管先經過除塵，但仍有大量非常細微的顆粒。如果采用傳統脫氧劑，這些細微的顆粒也會導致脫氧劑內部孔道阻塞。為此，本發明專門設計了一種新型脫氧劑，采用表面鍍銅層的不銹鋼球作為脫氧劑，脫氧反應在表面薄銅層上進行，脫氧器內部較大的氣體流速能夠帶走不銹鋼球銅層表面的顆粒，避免顆粒沉積，銅層表面和氧氣接觸良好，無需更換。
[0017]此外，本發明的脫氧劑具體制備過程為將不銹鋼球浸漬在熔融銅液中，待不銹鋼球表面覆蓋一層薄銅液后，經過自然冷卻，得到表面鍍薄層銅的不銹鋼球，制備過程簡單，并且不需采用純銅，制備成本低。
[0018]本發明所述轉爐煤氣的脫氧裝置，其包括，至少一個粉塵過濾器，其上設置進、出口，其中，進口通過進口管道連接轉爐煤氣氣源，該進口管道中設置第一流量調節控制閥；脫氧器，為一罐體結構，其上、下設置氣體出口、氣體進口；所述脫氧器內均勻設置若干電加熱器，所述脫氧器內部填充表面鍍銅的不銹鋼球;所述脫氧器的氣體進口通過管道連接所述粉塵過濾器的出口；溫度檢測器、功率輸出控制器，分別與脫氧器內的電加熱器電性連接;空冷器，其進口端通過管道連接所述脫氧器的氣體出口，該管道中設置第一氧氣分析儀和第二流量調節控制閥；其出口端通過管道連接微生物厭氧發酵工序;第一邏輯運算器，所述第一氧分析儀、第一、第二流量調節控制閥分別電性連接第一邏輯運算器;第二邏輯運算器，所述溫度檢測器、功率輸出控制器分別電性連接第二邏輯運算器。
[0019]進一步，與所述粉塵過濾器進口連接的進口管道中設置第二氧分析儀，所述第二氧分析儀電性連接所述第一邏輯運算器。
[0020]與所述粉塵過濾器進口連接的進口管道中設置一流量計。
[0021]本發明還包括至少一個壓差顯示器，其并聯設置于所述粉塵過濾器的進、出口端。
[0022]優選的，所述粉塵過濾器、所述壓差顯示器均設置兩臺，形成一開一備配置。
[0023]又，本發明還包括一壓縮機，其進口端通過管道連接所述粉塵過濾器的出口；其出口端通過管道連接所述脫氧器的氣體進口。
[0024]優選的，所述壓縮機為活塞壓縮機或螺桿壓縮機等。
[0025]再，所述電加熱器垂直設置于所述脫氧器內底部。
[0026]本發明中利用粉塵過濾器將轉爐煤氣中的粉塵含量從約10mg/Nm3降到小于5mg/Nm3;然后將除塵后的轉爐煤氣送入壓縮機壓縮到壓力小于Sbar(G);壓縮后的轉爐煤氣進入脫氧器，脫氧器底部設有均勻分布的電加熱器，電加熱器和容器壁的空隙內填充表面鍍薄銅層的不銹鋼球，利用電加熱器控制脫氧器內溫度150?300°C，脫氧后，轉爐煤氣中氧氣含量從0.2-1%降到小于200ppm，滿足發酵工藝的要求;脫氧后的轉爐煤氣進入冷卻器，冷卻器利用常溫空氣冷卻，將脫氧后的轉爐煤氣冷卻至室溫;冷卻后的轉爐煤氣送入下游的微生物厭氧發酵工序進行厭氧發酵。
[0027]本發明將第一、第二氧分析儀檢測到的氧氣含量參數反饋到第一邏輯運算器，第一邏輯運算器根據這些氧氣含量參數信號控制第一、第二流量調節控制閥，進而控制進入脫氧器的轉爐煤氣量和確保輸出脫氧器的轉爐煤氣中氧含量合格;所述溫度檢測器將溫度信號反饋到第二邏輯運算器，第二邏輯運算器根據該溫度參數信號控制功率輸出控制器的電加熱功率輸出，實現穩定連續精確控溫，能有效脫除轉爐煤氣中的微量氧氣，保障后續厭氧發酵工藝對氧氣含量指標的要求。本發明所述脫氧方法和裝置同樣適用于高爐煤氣的脫氧。
[0028]本發明的有益效果:
[0029]本發明根據微生物厭氧發酵工藝對轉爐煤氣的要求，結合轉爐煤氣內含有粉塵和還原性的氣體一氧化碳的特殊性，采取先過濾粉塵，再送入脫氧器內脫氧，脫氧器內的脫氧劑是針對轉爐煤氣的脫氧要求而獨特設計，即在不銹鋼球表面鍍一層薄的銅層，利用銅和氧氣反應生成氧化銅的原理消耗氧氣，從而達到脫氧的目的，簡單高效，然后利用轉爐煤氣中含有的大量一氧化碳將氧化銅還原成銅的原理，在線再生得到新的脫氧劑，實現脫氧劑連續使用的目的。
[0030]本發明采用不銹鋼球表面的鍍銅層作為脫氧劑，制備簡單易得，價格便宜，且易于在線再生，脫氧能耗低，一次投資小。
[0031]本發明所提供的脫氧方法和裝置可以合理地、較低能耗地將轉爐煤氣中的氧氣脫除到滿足微生物厭氧發酵工藝要求。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明實施例的脫氧裝置結構示意圖。
[0033]圖2為本發明實施例中脫氧器的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明。
[0035]參見圖1-圖2，本發明所述轉爐煤氣的脫氧裝置，其包括，兩個粉塵過濾器1、1’，其上設置進口 101、101’、出口 102、102’，其中，進口 101、101’通過進口管道連接轉爐煤氣氣源A，該進口管道中設置第一流量調節控制閥2;兩個壓差顯示器3、3’，其并聯設置于粉塵過濾器1、I’的進口 101、101’端、出口 102、102’端;壓縮機4，其進口端通過管道連接所述粉塵過濾器1、I’的出口 102、102 ’ ；脫氧器5，為一罐體結構，其上、下設置氣體出口 501、氣體進口502;所述脫氧器5內均勻設置若干電加熱器6;所述脫氧器5內部填充表面鍍銅的不銹鋼球7;所述脫氧器5的氣體進口502通過管道連接所述壓縮機4的出口端;溫度檢測器8、功率輸出控制器9，分別與脫氧器5內的電加熱器6電性連接;空冷器10，其進口端通過管道連接所述脫氧器5的氣體出口 501，該管道中設置第一氧氣分析儀11和第二流量調節控制閥2’；其出口端通過管道連接微生物厭氧發酵系統B;第一邏輯運算器12，所述第一氧分析儀11，第一、第二流量調節控制閥2、2’，分別電性連接第一邏輯運算器12;第二邏輯運算器12’，所述溫度檢測器8、功率輸出控制器9分別電性連接第二邏輯運算器12 ’。
[0036]進一步，與所述粉塵過濾器1、I’進口101、101’連接的進口管道中設置第二氧分析儀11’，所述第二氧分析儀11’電性連接所述第一邏輯運算器12。
[0037]與所述粉塵過濾器1、1’進口101、101’連接的進口管道中設置一流量計13。
[0038]本實施例中，所述粉塵過濾器1、I’、所述壓差顯示器3、3，均設置兩臺，形成一開一備配置。
[0039]本實施例中，所述壓縮機4為活塞壓縮機;所述冷卻器10為氣體冷卻器，其底部采用電機驅動風扇。
[0040]再，所述電加熱器6垂直設置于所述脫氧器5內底部，并采用電阻絲加熱。
[0041 ] 本實施例中脫氧器5容器內底部垂直安裝有若干電加熱器6，其內部在電加熱器6和容器內壁間存在大量空隙，空隙內均勻填充有大量表面鍍銅的不銹鋼球7。
[0042]本實施例中，轉爐煤氣經過粉塵過濾器1、I’后，絕大部分粉塵被截留下來。粉塵過濾器1、I，交替運行，當壓差顯示器3讀取的壓差達到設定值后，表明粉塵過濾器I需要去切換清洗，此時系統切換到粉塵過濾器I’來運行，繼續脫除粉塵。
[0043]本發明所述脫氧器5預先加熱到反應溫度，然后轉爐煤氣進入脫氧器5，在表面鍍銅的不銹鋼球7的表面，轉爐煤氣中的氧氣和銅發生反應，生成氧化銅，氧氣得以脫除，然后轉爐煤氣中的一氧化碳將氧化銅還原成銅，在線再生得到新的脫氧劑，實現脫氧劑連續使用。
[0044]本實施例中，第一氧分析儀11監測脫氧器5出口處的氧含量，第一邏輯運算器12處理氧含量數據，并給第一、第二流量控制調節閥2和2’的執行機構輸出，控制進入脫氧器5的轉爐煤氣流量以及脫氧合格的轉爐煤氣輸出脫氧器。具體是，本發明裝置正常工作狀態下，第一氧分析儀11監測到脫氧器5出口處的氧含量<200ppm，第一、第二流量控制調節閥2和2 ’正常輸出，正常工作狀態下，如果出現第一氧分析儀11監測到脫氧器5出口處的氧含量持續升高，則將信號傳輸給第一邏輯運算器12，第一邏輯運算器12控制第一、第二流量控制調節閥2和2’的輸出開度減小;本發明有時會短暫出現第一氧分析儀11監測到脫氧器5出口處的氧含量>200ppm的情況，則第一邏輯運算器12控制第一、第二流量控制調節閥2和2’的輸出開度減小。
[0045]本發明中溫度檢測器8檢測脫氧器5內部電加熱器6表面溫度，第二邏輯運算器12’處理溫度數據，控制電加熱器6的功率輸出控制器9輸出，保證脫氧器5在正常安全溫度范圍內操作。
[0046]本發明的整套脫氧裝置中第一氧分析儀11實時監測從脫氧器輸出的轉爐煤氣中氧含量，第二氧分析儀11，實時監測入口氧氣含量，第一邏輯運算器12處理第一、第二氧分析儀11、11’反饋的氧含量數據，給第一、第二流量調節控制閥2和2’的執行機構輸出不同開度，來保持進入脫氧器5內總的氧含量，保證脫氧裝置在安全負荷下操作。
[0047]本實施例中，經過脫氧器5脫氧后的煤氣經過空冷器10的冷卻后，由管道送往下游微生物厭氧發酵系統B進行厭氧發酵。
[0048]實施例1
[0049]在本實施例中，原料轉爐煤氣中氧氣含量為6000ppm，粉塵含量為10mg/Nm3。粉塵過濾器1、I’將轉爐煤氣中的粉塵含量降到3mg/Nm3，然后轉爐煤氣進入壓縮機4，將氣體壓力壓縮到6bar(G)，壓縮后的轉爐煤氣從脫氧器5的氣體進口 502進入脫氧器5底部，脫氧器內填充鍍銅的不銹鋼球，脫氧器5內電加熱器6設定加熱溫度為250°C，經過加熱后，第一氧分析儀11檢測到脫氧器5氣體出口 501處的氧氣含量為180ppm，氧氣脫除效率達到97%，滿足發酵工藝的需求，從脫氧器5的氣體出口 501排出的轉爐煤氣經過冷卻器10后，溫度降到室溫，然后送入下游微生物厭氧發酵系統B進行厭氧發酵。
【主權項】
1.一種轉爐煤氣的脫氧方法，其包括如下步驟: 將轉爐煤氣進行除塵，除塵后的轉爐煤氣中粉塵含量<5mg/Nm3;將除塵后的轉爐煤氣送入脫氧器，脫氧器內填充表面鍍銅的不銹鋼球，控制脫氧器內溫度為150?300°C，脫氧后的轉爐煤氣中氧氣含量小于200ppm;將脫氧后的轉爐煤氣空冷到常溫，再輸送到微生物厭氧發酵系統進行厭氧發酵。2.根據權利要求1所述的轉爐煤氣的脫氧方法，其特征在于，所述除塵后的轉爐煤氣進入脫氧器之前先送入壓縮機壓縮，壓縮后的轉爐煤氣壓力<8bar(G)，再將壓縮后的轉爐煤氣輸送到脫氧器。3.根據權利要求1所述的轉爐煤氣的脫氧方法，其特征在于，所述轉爐煤氣包括如下成分，以體積百分數計:氧氣0.2?0.8 %，粉塵< 10mg/Nm3，一氧化碳48?52 %，氫氣I?2 %，氮氣25?28%，二氧化碳18?20%。4.一種轉爐煤氣的脫氧裝置，其特征在于，所述脫氧裝置包括， 至少一個粉塵過濾器，其上設置進、出口，其中，進口通過進口管道連接轉爐煤氣氣源，該進口管道中設置第一流量調節控制閥； 脫氧器，為一罐體結構，其上、下設置氣體出口、氣體進口；所述脫氧器內均勻設置若干電加熱器，所述脫氧器內部填充表面鍍銅的不銹鋼球;所述脫氧器的氣體進口通過管道連接所述粉塵過濾器的出口； 溫度檢測器、功率輸出控制器，分別與脫氧器內的電加熱器電性連接； 空冷器，其進口端通過管道連接所述脫氧器的氣體出口，該管道中設置第一氧氣分析儀和第二流量調節控制閥；其出口端通過管道連接微生物厭氧發酵系統； 第一邏輯運算器，所述第一氧分析儀、第一、第二流量調節控制閥分別電性連接第一邏輯運算器； 第二邏輯運算器，所述溫度檢測器、功率輸出控制器分別電性連接第二邏輯運算器。5.根據權利要求4所述的轉爐煤氣的脫氧裝置，其特征在于，與所述粉塵過濾器進口連接的進口管道中設置第二氧分析儀，所述第二氧分析儀電性連接所述第一邏輯運算器。6.根據權利要求4或5所述的轉爐煤氣的脫氧裝置，其特征在于，與所述粉塵過濾器進口連接的進口管道中設置一流量計。7.根據權利要求4所述的轉爐煤氣的脫氧裝置，其特征在于，還包括至少一個壓差顯示器，其并聯設置于所述粉塵過濾器的進、出口端。8.根據權利要求4或7所述的轉爐煤氣的脫氧裝置，其特征在于，所述粉塵過濾器、所述壓差顯示器均設置兩臺，形成一開一備配置。9.根據權利要求4所述的轉爐煤氣的脫氧裝置，其特征在于，還包括一壓縮機，其進口端通過管道連接所述粉塵過濾器的出口；其出口端通過管道連接所述脫氧器的氣體進口。10.根據權利要求4所述的轉爐煤氣的脫氧裝置，其特征在于，所述電加熱器垂直設置于所述脫氧器內底部。
【文檔編號】C21C5/40GK105886695SQ201610301405
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】胡建國, 李雪勇, 張琪漁
【申請人】上海寶鋼氣體有限公司