СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОКСОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 2014 года по МПК C10B21/02 C10J3/00 C01B3/00 C10K3/00 B01D53/47 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу эксплуатации коксовой печи, причем возникающий в процессе коксования коксовый газ в виде полезного газа подается на материальную переработку.

Уровень техники

На практике возникающий в процессе коксования коксовый газ обычно сжигается и, тем самым, используется только энергетически, хотя он содержит большие доли ценных компонентов - водород и метан. Предубеждения против использования возникают из-за того, что при материальном использовании коксовый газ больше не имеется в распоряжении в качестве топочного газа, а отсутствующая тепловая энергия должна вырабатываться иным путем.

Из DE 3424424 А1 известен способ, при котором возникающий в процессе коксования коксовый газ в виде полезного газа подается на материальную переработку. При этом отделяется водород и устанавливается подходящее отношение Н₂-СО, чтобы затем за счет метанизации создать синтетический природный газ. Поскольку коксовый газ при материальном использовании больше не имеется в распоряжении для создания необходимой для процесса коксования тепловой энергии, в качестве газа-заменителя для нижнего обогрева коксовой батареи предложен колошниковый или рудничный газ. Использование колошникового или рудничного газа рассматривается тогда, когда в непосредственной близости от коксохимического завода находится сталеплавильный завод или угледобывающее предприятие, а использование этих газов-заменителей оказывается экономически выгодным. Поскольку эти условия на практике очень редко встречаются, обычно, как уже сказано, происходит лишь переработка коксового газа для отопительных целей.

Другие способы, при которых коксовый газ подается на материальное использование, известны из DE 3515250 А1 и DE 3805397 А1. В этих способах предусмотрено, что коксовый газ, имеющий большую долю водорода, смешивается с газом металлургической печи, имеющим большую долю моноксида углерода. Известные способы предполагают, что газ металлургической печи, который приходится сначала подвергать сложной очистке, имеется в распоряжении в достаточном количестве.

В основе изобретения лежит задача гибкого и эффективного использования возникающего коксового газа при эксплуатации коксовой печи.

Объектом изобретения и решением задачи является способ эксплуатации коксовой печи с описанными выше признаками, отличающийся тем, что для создания, по меньшей мере, части необходимой для процесса коксования тепловой энергии в качестве горючего газа подается синтез-газ, который получается из ископаемого топлива посредством процесса газификации. За счет применения ископаемого топлива для получения синтез-газа возникает особенно высокая гибкость способа. Хотя подготовка ископаемого топлива и осуществление процесса газификации связаны с дополнительными инвестиционными и производственными издержками, за счет получения содержащихся в коксовом газе ценных компонентов, в целом, возникают экономические преимущества. Это происходит, в частности, тогда, когда в качестве ископаемого топлива используется уголь, который по сравнению с другими, подходящими для осуществления процесса газификации ископаемыми топливами, например природным газом, является сравнительно благоприятным. Предложенный способ может применяться, тем самым, независимо от других производственных предприятий, таких как угледобывающие предприятия или доменные печи. Однако если в непосредственной близости предусмотрена доменная установка, то существует также возможность подачи дополнительной доли полученного синтез-газа для теплового использования в доменную печь.

Раскрытие изобретения

Согласно изобретению предусмотрено, что возникающие в процессе коксования в коксовом газе компоненты, такие как водород и/или метан, отделяются и используются либо в качестве конечного продукта, либо превращаются в еще более ценные продукты, причем тогда количество энергии, отсутствующее для процесса коксования и, возможно, также для доменного процесса, заменяется синтез-газом, полученным посредством газификации из ископаемого топлива. Полученный неочищенный синтез-газ должен, как правило, только обессериваться, прежде чем он для создания части необходимой для процесса коксования тепловой энергии будет подаваться в качестве горючего газа и, в частности, использоваться для нижнего обогрева коксовой батареи. Сложной подготовки синтез-газа, которая включает в себя, в том числе, также удаление диоксида углерода, в используемом в качестве горючего газа синтез-газе не требуется.

В рамках изобретения предусмотрено, что полученный из ископаемого топлива синтез-газ используется в качестве горючего газа исключительно для создания тепловой энергии. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения создается, однако, больше синтез-газа, чем это необходимо для замены материально переработанного согласно изобретению коксового газа. Так, может быть предусмотрено, что в качестве горючего газа используется первая доля полученного синтез-газа и что его дополнительная доля используется для дальнейшего превращения и материального использования.

Осуществление изобретения

Возникающий в процессе коксования коксовый газ сначала известным образом освобождается от загрязнений, таких как смола, нафталин, ароматические углеводороды (ВТХ-компоненты), сера и аммиак, как это предусмотрено также в уровне техники при осуществлении традиционного процесса коксования. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения очищенный коксовый газ сжимается для отделения водорода и/или углеводородов. Для отделения водорода может быть предусмотрена, например, короткоцикловая адсорбция (КЦА) в КЦА-установке, причем водород получают на ее стороне давления в высокочистом виде. Короткоцикловая адсорбция может осуществляться либо в обычной КЦА-установке, либо в вакуумной КЦА-установке.

На стороне расширения КЦА-установки получают богатый метаном газ, от которого на других этапах подготовки отделяются оставшиеся компоненты, в частности моноксид углерода, диоксид углерода, азот, ацетилен и еще имеющийся водород. Удаление азота, диоксида углерода и еще имеющегося водорода может происходить, например, посредством низкотемпературной перегонки, причем предварительно подходящими способами, например посредством Armin-промывки и/или сушки с молекулярным ситом, следует удалить еще диоксид углерода и водород. Полученные, таким образом, в виде полезного газа углеводородные компоненты могут подаваться в газовую сеть и/или содержаться наготове для дальнейшего синтеза.

Полученные из коксового газа компоненты могут использоваться в качестве конечных продуктов или превращаться в еще более высококачественные продукты, причем для дальнейшего синтеза и превращения можно использовать также долю синтез-газа, полученного при газификации ископаемого топлива. Предпочтительные возможности использования поясняются ниже.

Отделенный водород может использоваться в соседних химических установках, например на нефтеперерабатывающих заводах, как правило, в виде водорода гидрирования. Согласно одному предпочтительному варианту предусмотрено, что полученный водород и доля полученного за счет газификации ископаемого топлива синтез-газа подвергаются дальнейшему превращению, причем водород частью моноксида углерода синтез-газа превращается в более высококачественные продукты. Так, например, могут быть предусмотрены синтез метанола, а, кроме того, получение топлива MTG-способом (Methanol To Gasoline), синтез дизельного топлива способом Фишера-Тропша или же синтез аммиака.

Если для дальнейшего синтеза предусмотрено использование полученного водорода с полученным из ископаемого топлива синтез-газом, содержащим, в основном, моноксид углерода, то возникает то преимущество, что удельное соотношение водород/моноксид углерода может быть произвольно выбрано в широком диапазоне за счет соответствующего управления притоком.

В частности, чтобы в отношении всего способа еще больше повысить выход водорода, может быть предусмотрено, что доля полученного синтез-газа подвергается конверсии СО. Для этой цели конверсия СО может осуществляться с добавлением водяного пара, причем после обессеривания конвертированного синтез-газа диоксид углерода, по меньшей мере, частично удаляется, затем оставшийся газовый поток для удаления водорода подвергается короткоцикловой адсорбции, а возникающие при этом обедненные водородом отходящие газы используются в качестве горючего газа для процесса коксования. Обычно эти термически переработанные отходящие газы представляют собой долю горючего газа, необходимого, в целом, для создания тепловой энергии.

В качестве дальнейшего использования полученного из ископаемого топлива синтез-газа может быть предусмотрено также производство электроэнергии с помощью комбинированной газопаровой электростанции (газопаровой процесс).

Согласно изобретению часть необходимой для процесса коксования тепловой энергии создается синтез-газом в качестве горючего газа, который получают в процессе газификации из ископаемого топлива, преимущественно посредством газификации угля. Чтобы создать другую часть тепловой энергии, также возникающие на различных последующих этапах способа остаточные и отходящие газы могут использоваться для сжигания. В частности, отходящие газы предпочтительно предусмотренной КЦА-установки содержат, как правило, еще большие доли горючих компонентов, которые могут термически перерабатываться за счет сжигания. Кроме того, могут также подмешиваться высококачественные топлива с более высокой теплотворной способностью, например природный газ. Такое подмешивание может потребоваться, чтобы установить нужное число Воббе или компенсировать потребность в энергии, еще не покрытую другими горючими газами.

Изобретение относится к способу эксплуатации коксовой печи. Согласно способу возникающий в процессе коксования коксовый газ в виде полезного газа подается на материальную переработку, при этом от коксового газа отделяют водород, а для создания части необходимой для процесса коксования тепловой энергии в качестве горючего газа подается синтез-газ, который получают из ископаемого топлива посредством процесса газификации, при этом в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа используют для дальнейшего синтеза с отделенным от коксового газа водородом. Изобретение обеспечивает эффективное использование возникающего коксового газа при эксплуатации коксовой печи. 24 з.п. ф-лы.

1. Способ эксплуатации коксовой печи, при котором возникающий в процессе коксования коксовый газ в виде полезного газа подают на материальную переработку, при этом от коксового газа отделяют водород, причем для создания, по меньшей мере, части необходимой для процесса коксования тепловой энергии в качестве горючего газа подают синтез-газ, который получают из ископаемого топлива посредством процесса газификации, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа используют для дальнейшего синтеза с отделенным от коксового газа водородом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ископаемого топлива используют уголь.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что коксовый газ уплотняют и обессеривают, прежде чем из него будет удален водород, а затем от остаточных газовых компонентов отделены углеводороды.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что водород отделяют от коксового газа посредством короткоцикловой адсорбции, причем затем углеводороды отделяют посредством низкотемпературной перегонки.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа подвергают конверсии СО.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что конверсию СО осуществляют с добавлением водяного пара, причем после обессеривания конвертированного синтез-газа диоксид углерода, по меньшей мере, частично удаляют, затем оставшийся газовый поток для удаления водорода подвергают короткоцикловой адсорбции, а возникающие при этом обедненные водородом отходящие газы используют в качестве горючего газа для процесса коксования.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа подают в газопаровую электростанцию для производства электроэнергии.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для создания необходимой для процесса коксования тепловой энергии к синтез-газу вводят дополнительный топочный газ.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительную долю полученного синтез-газа для теплового использования подают в доменную печь.

10. Способ по п.3, отличающийся тем, что водород отделяют от коксового газа посредством короткоцикловой адсорбции, причем затем углеводороды отделяют посредством низкотемпературной перегонки.

11. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа подвергают конверсии СО.

12. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа подвергают конверсии СО.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа подвергают конверсии СО.

14. Способ по п.11, отличающийся тем, что конверсию СО осуществляют с добавлением водяного пара, причем после обессеривания конвертированного синтез-газа диоксид углерода, по меньшей мере, частично удаляют, затем оставшийся газовый поток для удаления водорода подвергают короткоцикловой адсорбции, а возникающие при этом обедненные водородом отходящие газы используют в качестве горючего газа для процесса коксования.

15. Способ по п.12, отличающийся тем, что конверсию СО осуществляют с добавлением водяного пара, причем после обессеривания конвертированного синтез-газа диоксид углерода, по меньшей мере, частично удаляют, затем оставшийся газовый поток для удаления водорода подвергают короткоцикловой адсорбции, а возникающие при этом обедненные водородом отходящие газы используют в качестве горючего газа для процесса коксования.

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что конверсию СО осуществляют с добавлением водяного пара, причем после обессеривания конвертированного синтез-газа диоксид углерода, по меньшей мере, частично удаляют, затем оставшийся газовый поток для удаления водорода подвергают короткоцикловой адсорбции, а возникающие при этом обедненные водородом отходящие газы используют в качестве горючего газа для процесса коксования.

17. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа подают в газопаровую электростанцию для производства электроэнергии.

18. Способ по п.3, отличающийся тем, что для создания необходимой для процесса коксования тепловой энергии к синтез-газу вводят дополнительный топочный газ.

19. Способ по п.3, отличающийся тем, что дополнительную долю полученного синтез-газа для теплового использования подают в доменную печь.

20. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа подают в газопаровую электростанцию для производства электроэнергии.

21. Способ по п.4, отличающийся тем, что для создания необходимой для процесса коксования тепловой энергии к синтез-газу вводят дополнительный топочный газ.

22. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительную долю полученного синтез-газа для теплового использования подают в доменную печь.

23. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют первую долю полученного синтез-газа, при этом дополнительную долю полученного синтез-газа подают в газопаровую электростанцию для производства электроэнергии.

24. Способ по п.6, отличающийся тем, что для создания необходимой для процесса коксования тепловой энергии к синтез-газу вводят дополнительный топочный газ.

25. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительную долю полученного синтез-газа для теплового использования подают в доменную печь.