国家绿色低碳先进技术成果 |基于特种金属膜干法冶炼炉高温荒煤气净化及资源化技术

　　为更好推动科技成果转化和产业化应用，落实《关于构建市场导向的绿色技术创新体系的指导意见》，加速绿色低碳技术升级，科技部社发司委托中国环境保护产业协会组织编制了《国家绿色低碳先进技术成果目录》，并于2023年9月11日正式公布。为持续宣传推广《国家绿色低碳先进技术成果目录》成果，引导绿色低碳技术发展，中国环保产业协会陆续推送目录成果信息，敬请关注。
 

　　大气污染治理领域
 

　　01.技术名称
 

　　基于特种金属膜干法冶炼炉高温荒煤气净化及资源化技术
 

　　02.适用范围
 

　　烟气入口颗粒物浓度≤150g/m3工况条件下，黑色冶炼、有色冶炼、化工过程中矿热炉及类矿热炉的烟气净化和资源化。
 

　　03.技术内容
 

　　技术原理
 

　　滤芯材料采用自主研发专利技术—铁基第五代膜过滤材料，该材料利用元素间的偏扩散引起的柯肯达尔(Kirkendall)效应和化学反应成孔，使材料兼具金属键和共价键混键结构，具有耐高温、耐腐蚀、高精度、抗热震性能好、可加工等特性，弥补了陶瓷膜在工况温度波动较大的环境中易开裂而无法应用于矿热炉高温过滤材料的难题。通过膜分离技术和设备创新，针对矿热炉高温烟气在水蒸气和焦油的露点以上高温过滤、分离和净化，将矿热炉高温烟气(含尘50g/m3～150g/m3)在 550℃进行精密气固分离，得到洁净煤气(含尘小于10mg/m3)，经换热器回收热能(同时得到纯净焦油副产品)后，送至用户处作为化工原料或燃气发电。
 

　　按36000kVA密闭炉设计，单台除尘装置处理风量8000m3/h ～14000m3/h；除尘器工作温度≤550℃；高温过滤精度达0.1μm；除尘器阻力<2kPa。
 

　　工艺流程：从密闭矿热炉产生的高温荒煤气(主要含 H2O、H2、CO、CO2、N2及粉尘等)经过重力除尘器去除大颗粒粉尘，然后进入金属间化合物膜过滤器过滤，气体含尘量满足客户要求，再进一步经过风冷换热器的冷却降温后通过高温引风机送至气柜储存。最后洁净的煤气由气柜输送至矿石烧结工序作为燃料或其他用户处，实现能源的节约利用。
 

　　主要创新点
 

　　(1)率先采用元素之间偏扩散引起的 Kirkendall 效应制备金属间化合物多孔膜材料，解决了高温气体过滤领域的用材难题。基于原子尺度的偏扩散反应合成技术可在微米/亚微米级别实现孔结构的精确调控，使得该材料具有孔径分布均匀、高过滤精度、高孔隙度、曲折因子小和过滤阻力低等良好的过滤性能。
 

　　(2)针对矿热炉高温荒煤气烟气特点，构建了高温膜分离技术体系，形成了过滤介质防相变技术、过滤粉尘氧化防控技术，实现了高温下稳态与非稳态气体和粉尘的有效过滤；形成了高温反吹技术、防架桥技术、滤饼层控制技术、特殊工况的操控技术、膜元件在线再生和离线再生技术，有效控制膜污染。
 

　　04.污染治理或环境修复效果
 

　　高温荒煤气经过滤后，颗粒物浓度≤10mg/m3，含70%CO气体全部回收利用。以青海际华江源铁合金密闭矿热炉项目为例，实现年减排颗粒物近1800t，全年回收冶炼煤气折算标煤约19200t，年节约电能折算标煤约2300t，年减排CO213000t。
 

　　05.技术示范情况
 

　　该技术已累计应用于50套装备，典型案例为青海际华江源实业有限公司50万t/a铬铁合金密闭矿热炉高温煤气净化回收项目、攀钢集团钛业有限责任公司钛冶炼厂2×25500kVA高钛渣矿热炉煤气回收项目。
 

　　以青海项目为例，从两台25500kVA密闭矿热炉产生的高温荒煤气(主要含H2O、H2、CO、CO2、N2及粉尘等)经过重力除尘器除掉大颗粒粉尘，然后进入金属间化合物膜过滤器过滤，气体含尘量满足客户要求，再进一步经过风冷换热器的冷却降温后通过高温引风机送至气柜储存。最后洁净的煤气由气柜输送至矿石烧结工序作为燃料或其他用户处，实现能源的节约利用。该技术解决了550℃以上高温气体过滤净化回收的技术难题，实现了铁合金行业节能环保生产和矿热炉烟气的回收综合利用。
 

　　06.投资估算
 

　　青海际华江源实业有限公司50万t/a铬铁合金密闭矿热炉高温煤气净化回收项目总投资2948万元，其中设备制造费2000万元，土建(钢构)费700万元，设备安装费248万元。
 

　　07.投资回收期
 

　　青海际华江源实业有限公司50万t/a铬铁合金密闭矿热炉高温煤气净化回收项目，静态回收期约13个月。
 

　　08. 技术成果转化推广前景
 

　　该技术可广泛用于矿热炉及类矿热炉、有色冶炼、煤化工、磷化工、钛化工、危废处置等行业的高温荒煤气净化，具有广阔的推广前景。
 

　　来源：中国环保产业协会技术部