1.本发明涉及转炉煤气回收技术领域，尤其涉及一种高效回收转炉煤气的方法。
背景技术：
2.转炉煤气是由铁水中的碳按一定的比例氧化成co、co2而形成的，转炉煤气中co浓度的高低决定了煤气热值的高低。转炉煤气回收过程具有周期性，转炉吹炼时间为15～20min，煤气回收时间为12～15min，分为回收初期、回收中期(平稳期)和回收末期三个阶段，在这三个阶段中co和o2浓度随着吹炼时间变化。其中在回收初期(3～5min)和末期(后5min)，由于回收初期转炉煤气中o2含量高、co浓度低，会有爆炸的风险，为了防止爆炸，这部分煤气通常会被放散，但是放散会降低转炉煤气的回收量。要减少转炉煤气的放散并增加转炉煤气的回收量，就要脱除转炉煤气中的o2，使其浓度控制在安全范围内(1％以内)。
3.目前，提高转炉煤气回收量的措施主要是完善转炉煤气的配套设施，加大系统的调节功能和风机的输送能力，但是以上措施改造或增设管道的周期长，成本高，而且也无法从根本上解决转炉煤气进入回收管道前引入氧气和co2的问题。因此，亟需提供一种高效回收转炉煤气的方法。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种高效回收转炉煤气的方法，本发明提供的方法回收转炉煤气时能够有效降低转炉煤气中co2的含量并将氧气浓度控制在安全范围内，提高转炉煤气的回收量和热值。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种高效回收转炉煤气的方法，包括：
7.将转炉煤气与有机质颗粒混合，同时进行还原反应和氧化反应，得到待回收转炉煤气；
8.所述混合为：将有机质颗粒在载气作用下喷吹至转炉煤气中；所述喷吹的方向与所述转炉煤气的输送方向相反；
9.所述有机质颗粒的喷吹量为转炉煤气体积的5～225g/m3。
10.优选地，所述混合在活动烟罩中进行。
11.优选地，所述待回收转炉煤气通过汽化烟道回收。
12.优选地，所述喷吹的喷嘴设置在活动烟罩和汽化烟道的连接处。
13.优选地，所述喷嘴的中心轴与所述活动烟罩的中心轴的夹角为30
°
～75
°
。
14.优选地，所述转炉煤气为转炉吹炼产生的转炉煤气。
15.优选地，所述有机质颗粒包括农林有机固废颗粒、城市有机固废颗粒和建筑有机固废颗粒中的一种或多种。
16.优选地，所述有机质颗粒的粒径≤0.5mm。
17.优选地，所述载气为氮气。
18.优选地，所述载气的流速≥20m/s。
19.本发明提供了一种高效回收转炉煤气的方法，包括：将转炉煤气与有机质颗粒混合，同时进行还原反应和氧化反应，得到待回收转炉煤气；所述混合为：将有机质颗粒在载气作用下喷吹至转炉煤气中；所述喷吹的方向与所述转炉煤气的输送方向相反；所述有机质颗粒的喷吹量为转炉煤气体积的5～225g/m3。本发明提供的高效回收转炉煤气的方法利用喷吹有机质颗粒，使其与转炉煤气进行还原反应，有机质颗粒中的碳能够将转炉煤气中的co2还原为co，可以有效增加转炉煤气的热值；同时有机质颗粒中的碳和转炉煤气中的氧气会进行氧化反应形成co和/或co2，可以有效降低转炉煤气中的氧气含量，提高了转炉煤气回收的安全性，不仅减少了转炉煤气放散，也更有利于提高转炉煤气的高效回收；而且本技术通过限定有机质颗粒的喷吹方向和喷吹量，能够使转炉煤气中的原有的co2和/或氧化生成的co2充分还原为co，从而进一步提高转炉煤气的热值和回收量。实施例的结果表明，本发明提供的方法回收得到的转炉煤气的主要成分中o2的质量含量为0.2～0.3％，氧含量降低到了1％以内的安全浓度，有效减少了转炉煤气的放散；原先转炉煤气的平均回收量为110m3/t钢，按照本发明提供的方法回收的转炉煤气的平均回收量为128m3/t钢，转炉煤气回收量增加了16.4％，平均热值提高了约25％。
20.本发明提供的高效回收转炉煤气的方法，能够将煤气中的氧含量降低到1％以内的安全浓度，在有效减少转炉煤气的放散，提高回收量和热值的同时，且操作简单，无需安装大型设备或改造、增设管道，见效快，成本低。
具体实施方式
21.本发明提供了一种高效回收转炉煤气的方法，包括：
22.将转炉煤气与有机质颗粒混合，同时进行还原反应和氧化反应，得到待回收转炉煤气；
23.所述混合为：将有机质颗粒在载气作用下喷吹至转炉煤气中；所述喷吹的方向与所述转炉煤气的输送方向相反；
24.所述有机质颗粒的喷吹量为转炉煤气体积的5～225g/m3。
25.本发明将转炉煤气与有机质颗粒混合，同时进行还原反应和氧化反应，得到待回收转炉煤气。
26.在本发明中，所述转炉煤气优选为转炉吹炼产生的转炉煤气。在本发明中，所述转炉煤气的温度优选为900～1600℃，更优选为1000～1300℃。本发明对转炉吹炼产生的转炉煤气进行处理，利用转炉煤气的高温能够与有机质颗粒中的c发生反应，可以降低其中的氧气和co2的浓度，减少转炉煤气的放散，提高转炉煤气的热值和回收量。
27.在本发明中，所述有机质颗粒包括农林有机固废颗粒、城市有机固废颗粒和建筑有机固废颗粒中的一种或多种。在本发明中，所述农林有机固废颗粒优选包括农作物固废颗粒和林草固废颗粒中的一种或两种；所述城市有机固废颗粒优选包括厨余固废颗粒、塑料固废颗粒、废纸类固废颗粒、橡胶固废颗粒、织物固废颗粒和园林绿植固废颗粒中的一种或多种；所述建筑有机固废颗粒优选包括木质材料固废颗粒和泡沫材料固废颗粒中的一种或两种。在本发明中，所述废纸类固废颗粒优选包括纸质快递包装固废；所述塑料固废颗粒优选包括塑料快递包装固废。本发明通过选择上述种类的有机质颗粒，在保证能够提供有
效的c源的同时，能够对固废进行资源再利用，使其产生能够被有效利用的热值，更符合可持续性发展的要求。
28.在本发明中，所述有机质颗粒的喷吹量为转炉煤气体积的5～225g/m3。本发明通过设置有机质颗粒的喷吹量在上述范围内，可以根据所述转炉煤气中o2的浓度变化进行可调。当所述转炉煤气中o2的浓度＞3％且≤16％时，所述有机质颗粒的喷吹量优选为转炉煤气体积的33～225g/m3；当所述转炉煤气中o2的浓度≤3％时，所述有机质颗粒的喷吹量优选为转炉煤气体积的5～33g/m3。本发明通过根据转炉煤气中o2的浓度变化对有机质颗粒的喷吹量进行调节，可以保证转炉煤气中的o2尽可能全部转化为co，从而有效提高转炉煤气的热值并提高其安全性，高效回收转炉煤气并增加回收量。
29.在本发明中，所述有机质颗粒的粒径优选≤0.5mm，更优选为0.01～0.5mm，最优选为0.1～0.4mm。本发明通过控制有机质颗粒的粒径在上述范围内，可以使其具有细小的粒径和较大的比表面积，更有利于悬浮于气体中与转炉煤气中的氧气和co2充分接触并发生反应。
30.在本发明中，所述氧化反应的化学反应方程式优选如式
①
和/或式
②
所示；
31.o2+2c＝2co式
①
；
32.o2+c＝co2式
②
；
33.其中，所述式
①
和式
②
氧化原反应的条件为高温，所述高温的温度为转炉煤气的温度；所述式
①
和式
②
中c的来源为有机质颗粒中的c；所述式
①
和式
②
中o2的来源为所述转炉煤气中的o2。
34.在本发明中，由于转炉吹炼的o2的浓度是不稳定的，因此形成的转炉煤气中的o2的浓度也会随之变动，当o2的浓度较高时，可能会导致部分有机质颗粒中的c完全氧化成co2，但是由于总的o2的浓度均处于较低水平，因此氧化反应大部分形成的是co。
35.在本发明中，所述还原反应的化学反应方程式优选如式
③
所示；
36.co2+c＝2co式
③
；
37.其中，所述式
③
还原反应的条件为高温，所述高温的温度为转炉煤气的温度；所述式
③
中c的来源为有机质颗粒中的c；所述式
③
中co2的来源为转炉煤气中的co2，或者为转炉煤气中的co2和所述式
②
中氧化反应产生的co2。
38.在本发明中，所述混合为：将有机质颗粒在载气作用下喷吹至转炉煤气中；所述喷吹的方向与所述转炉煤气的输送方向相反。本发明通过利用载气输送有机质颗粒并设置喷吹方向与转炉煤气的输送方向相反，可以使有机质颗粒快速扩散至转炉煤气中与氧气和co2充分接触并发生反应。
39.在本发明中，所述混合优选在活动烟罩中进行。本发明通过在活动烟罩中将有机质颗粒与转炉煤气混合，可以保证转炉吹炼形成的转炉煤气立即接触有机质颗粒并快速反应。
40.在本发明中，所述载气优选为氮气。本发明通过选择氮气作为载气可以避免其在转炉煤气的高温下与其他物质发生反应，提高安全性的同时，减少新杂质气体的形成，保证待回收转炉煤气具有较高的热值和回收量。
41.在本发明中，所述载气的流速优选≥20m/s，更优选为20～100m/s，最优选为25～80m/s。在本发明中，所述载气的流量优选为所述转炉煤气体积的1.5
×
10-3
～3.5
×
10-3
m3/
m3，更优选为2.5
×
10-3
m3/m3。本发明通过控制载气的流速和流量在上述范围内，能够更好的输送有机质颗粒与转炉煤气快速混合，并保证有机质颗粒与转炉煤气中的氧气和co2充分接触并发生反应。
42.在本发明中，所述喷吹的喷嘴优选设置在活动烟罩和汽化烟道的连接处。本发明通过将喷嘴设置在活动烟罩和汽化烟道的连接处，更有利于转炉吹炼形成的转炉煤气立即接触有机质颗粒并快速反应。
43.在本发明中，所述喷吹的喷嘴的数量优选≥4个，更优选为4～20个，最优选为6～15个。本发明通过设置喷吹的喷嘴的数量在上述范围内，能够保证有机质颗粒与转炉煤气中的氧气和co2充分接触并发生反应。
44.在本发明中，所述喷嘴的中心轴与所述活动烟罩的中心轴的夹角优选为30
°
～75
°
，更优选为35
°
～70
°
，最优选为45
°
～60
°
。本发明通过控制喷嘴的角度在上述范围内，能够保证有机质颗粒与转炉煤气中的氧气和co2充分接触并发生反应。
45.在本发明中，所述待回收转炉煤气优选通过汽化烟道回收。本发明通过利用汽化烟道对转炉煤气进行回收，可以更好的利用转炉煤气的余热，将其温度降低，也更有利于转炉煤气的快速收集实现高效回收。
46.在本发明中，进行回收后的转炉煤气优选包括以下质量百分比的成分：co65～80％，co24～8％，h25～8％，o20.2～0.3％和n26.8～18.7％。
47.本发明提供的高效回收转炉煤气的方法，能够将煤气中的氧含量降低到1％以内的安全浓度，在有效减少转炉煤气的放散，提高回收量和热值的同时，且操作简单，无需安装大型设备或改造、增设管道，见效快，成本低。
48.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.实施例1
50.本实施例提供的高效回收转炉煤气的方法，具体为以下步骤：
51.将转炉煤气与有机质颗粒混合，同时进行还原反应和氧化反应，得到待回收转炉煤气，然后进入汽化烟道进行回收；
52.其中，所述转炉煤气为250吨转炉吹炼形成的转炉煤气，转炉煤气的温度为1200℃；所述有机质颗粒为园林绿植有机固废颗粒，平均粒径为0.2mm；所述载气为氮气，氮气流速为35m/s，氮气流量为转炉煤气体积的2.5
×
10-3
m3/m3；所述混合时将所述有机质颗粒在载气作用下喷吹至所述转炉煤气中；所述喷吹的方向与所述转炉煤气的输送方向相反；当转炉煤气中的o2的浓度16％时，所述有机质颗粒的喷吹量为转炉煤气体积的220～225g/m3，当转炉煤气中的o2的浓度3％时，所述有机质颗粒的喷吹量为转炉煤气体积的33g/m3；
53.所述喷吹的喷嘴设置在活动烟罩上，所述喷嘴的数量为6个，所述喷嘴的中心轴与所述活动烟罩的中心轴的夹角为45
°
。
54.对比例1
55.对250吨转炉吹炼形成的转炉煤气进行放散后再利用汽化烟道进行回收。
56.对比例1转炉煤气的回收量为110m3/t钢，主要成分为co～56％，co2～15％，h2～
2％，o2～1.5％，n2～25.5％。实施例1的转炉煤气的回收量平均为128m3/t钢，主要成分为co65～80％，co24～8％，h25～8％，o20.2～0.3％，n26.8～18.7％(说明：由于转炉煤气的回收具有周期性，所以转炉煤气的成本并不是稳定不变的，进而以上转炉煤气的成分是一个范围值)。
57.实施例1相较于对比例1的转炉煤气回收量增加了16.4％，氧含量降低到了1％以内，回收安全性高，减少了放散，且平均热值提高了约25％。
58.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。