CN111321015B - 一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化的装置 - Google Patents

一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化的装置，所述装置包括降温单元、吸附‑脱附单元及转化单元；所述吸附‑脱附单元包括第一进气口、第二进气口、第一出气口及第二出气口；所述降温单元的出气口和所述吸附‑脱附单元的第一进气口相连接；所述第二进气口和第一供气装置相连接；所述第二出气口和加热装置的进料口相连接；所述加热装置的出气口和所述转化单元相连接；所述第二出气口和所述加热装置之间还设置有第二供气装置。本发明采用干法净化工艺，不会向高炉煤气中引入水分，从而避免增加焦炭消耗。

Description

一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化的装置
技术领域
本发明涉及脱硫领域，具体涉及一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化的装置。
背景技术
目前，《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》要求高炉热风炉、轧钢热处理炉等工序末端SO2排放浓度低于50mg/m3。以上工序主要使用高炉煤气作为热源，因此削减高炉煤气中含硫物种的源头治理思路，相比较于多工序分散的末端治理方案更有优势。高炉煤气主要成分包括CO、CO2、N2、H2等，含硫物种以COS、H2S为主，浓度在80-220mg/m3。现有的高炉煤气污染物控制措施通常采用重力除尘和布袋除尘，对含硫物种几乎没有去除效果。此外，高炉煤气含湿量与高炉热风炉热风温度呈现负相关趋势，热风温度下降会增加高炉冶炼焦比，导致焦炭用量升高。因此，高炉煤气干法脱硫具有明确的技术需求。
已公开的专利申请中，以湿法脱硫工艺为主。如CN110776961A公开了一种用于高有机硫浓度的高炉煤气湿法脱硫***及工艺，采用湿法水解吸收塔吸收高炉煤气中的含硫物种，并使COS水解为H2S，之后对吸收塔解吸，并采用克劳斯工艺回收单质硫；CN110591769A公开了一种高炉煤气催化脱硫装置及方法，采用湿法吸收塔吸收高炉煤气中的硫化物和CO2，并在有机酸和有机胺催化剂作用下将硫化物在塔中转化为单质硫，之后在解析塔将CO2解吸；CN110484307A公开的一种高炉煤气脱氯、脱硫***及工艺、CN110643395A公开的一种高炉煤气精脱硫工艺及CN110452744A公开的炼铁高炉煤气环保综合治理***及工艺，都采用催化转化塔将COS转化为H2S，之后通过碱洗脱硫塔吸收H2S。
此外，也有干法脱硫工艺的报道。如CN110819393A公开了一种高炉煤气精脱硫净化的方法及装置，首先采用催化转化单元将COS转化为H2S，之后通过吸附装置去除，吸附装置通过高温热煤气再生，解析气通入湿法脱硫装置回收硫磺。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化的装置，实现高炉煤气干法脱硫剂硫资源化，从而降低高炉煤气燃烧后SO2排放。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化的装置，所述装置包括降温单元、吸附-脱附单元及转化单元；
所述吸附-脱附单元包括第一进气口、第二进气口、第一出气口及第二出气口；
所述降温单元的出气口和所述吸附-脱附单元的第一进气口相连接；
所述第二进气口和第一供气装置相连接；
所述第二出气口和加热装置的进料口相连接；
所述加热装置的出气口和所述转化单元相连接；
所述第二出气口和所述加热装置之间还设置有第二供气装置。
本发明采用干法净化工艺，不会向高炉煤气中引入水分，避免降低高炉煤气热值、热风炉热风温度，从而避免增加焦炭消耗。还可以同时脱除COS和H2S，并实现了单质硫的回收，且该过程不产生废水。
作为本发明优选的技术方案，所述降温单元包括换热器。
优选地，所述换热器为水气换热器。
优选地，所述水气换热器的换热形式为间接换热。
本发明中，将经过TRT(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，高炉煤气余压透平发电装置)后高炉煤气降温，从而提高后续吸附脱硫***吸附效率，采用间接换热器目的是避免向***中引入额外的水。
作为本发明优选的技术方案，所述吸附-脱附单元包括依次连接的吸附-脱附罐和引风机；
优选地，所述引风机的出气口为所述吸附-脱附单元的第一出气口；
优选地，所述吸附-脱附罐至少设置2个，例如可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述吸附-脱附罐设置多个时采用并联连接。
优选地，所述吸附-脱附罐设置多个时每个吸附罐后均配置有引风机。
优选地，所述吸附-脱附罐内设置有吸附剂。
本发明中，采用多罐并联的方式可以提高再生频率从而节省吸附剂用量，每个吸附罐后均配置有引风机可以保证不同吸附罐中气流量均匀。所用的吸附剂可以是改性疏水分子筛吸附剂，吸附剂孔径适合COS、H2S吸附，同时提高硅铝比，降低高炉煤气中H2O对含硫物种吸附的影响，此外通过低含量过渡金属改性，强化分子筛与COS、H2S的结合力，进而强化分子筛对含硫物种的吸附效果。
作为本发明优选的技术方案，所述第一供气装置提供氮气。
优选地，所述氮气的温度200-250℃，例如可以是200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述氮气的气量大致为每个吸附-脱附罐中吸附气量的1/10-1/20，例如可以是1/10、1/11、1/12、1/13、1/14、1/15、1/16、1/17、1/18、1/19或1/20等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，采用氮气进行脱附可以避免氧气进入脱附***，避免高温条件下氧气与吸附的COS和H2S发生氧化反应(产生S或SO2)，影响吸附剂再生以及后续单质硫的回收；用于高炉热风炉加热是高炉煤气的用途之一，可以引小部分热风作为换热热源。
作为本发明优选的技术方案，所述第二供气装置提供空气。
作为本发明优选的技术方案，所述转化单元包括依次连接的第一转化器、第一冷凝器、再热器、第二转化器、第二冷凝器及第一引风机。
作为本发明优选的技术方案，所述第一转化器采用催化转化的方式进行转化。
作为本发明优选的技术方案，所述第二冷凝器的出气口还设置有SO2或H2S的在线监测***。
作为本发明优选的技术方案，所述在线监测***的结果用于反馈调节第二供气装置的气体流量。
本发明中，为了将脱附出的含硫物种(COS、H2S)转化为单质硫，设置了空气流量控制器，用以控制进入脱附气的空气流量，控制O2/(COS+H2S)约为1/2即可，空气流量通过设置在含硫物种催化转化***出口的SO2或H2S在线监测***反馈调节，H2S浓度超过限制说明空气量不足，SO2浓度超过限制说明空气量过剩；脱附气混入空气后，在加热器作用下将温度提升至所需反应温度，并在第一级转化器中催化剂作用下，发生水解反应、选择性氧化反应(COS+H2O＝CO2+H2S；2H2S+O2＝2H2O+2S)；单质硫蒸气进入冷凝器后，温度下降，凝结在冷凝器内得到回收；通过设置第二级转化器及冷凝器，提高单质硫回收效率。
作为本发明优选的技术方案，所述装置包括降温单元、吸附-脱附单元及转化单元；
所述吸附-脱附单元包括第一进气口、第二进气口、第一出气口及第二出气口
所述降温单元的出气口和所述吸附-脱附单元的第一进气口相连接；
所述第二进气口和第一供气装置相连接；
所述第二出气口和加热装置的进料口相连接；
所述加热装置的出气口和所述转化单元相连接；
所述第二出气口和所述加热装置之间还设置有第二供气装置；
其中，所述降温单元包括换热器；所述换热器为水气换热器；所述水气换热器的换热形式为间接换热；所述吸附-脱附罐至少设置2个；所述吸附-脱附单元包括依次连接的吸附-脱附罐和引风机；所述引风机的出气口为所述吸附-脱附单元的第一出气口；所述吸附-脱附罐设置多个时采用并联连接；所述吸附-脱附罐设置多个时每个吸附罐后均配置有引风机；所述吸附-脱附罐内设置有吸附剂；所述第一供气装置提供氮气；所述氮气的温度200-250℃；所述氮气的气量大致为每个吸附-脱附罐中吸附气量的1/10-1/20；所述第二供气装置提供空气；所述转化单元包括依次连接的第一转化器、第一冷凝器、再热器、第二转化器、第二冷凝器及第一引风机；所述第一转化器采用催化转化的方式进行转化；所述第二冷凝器的出气口还设置有SO2或H2S的在线监测***；所述在线监测***的结果用于反馈调节第二供气装置的气体流量。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明采用干法净化工艺，不会向高炉煤气中引入水分，避免降低高炉煤气热值、热风炉热风温度，从而避免增加焦炭消耗。
(2)本发明可以同时脱除COS和H2S，并实现了单质硫的回收，且该过程不产生废水，经净化后的高炉煤气总硫低于20mg/m3，高炉煤气总硫吸附效率大于90％，再生气总硫回收效率大于95％。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化装置示意图；
图2是本发明应用例中的工艺***示意图。
1-换热器，2-吸附-脱附罐，3-引风机，4-加热装置，5-第一转化器，6-第一冷凝器，7-再热器，8-第二转化器，9-第二冷凝器，10-第一引风机。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例
本实施例具体提供一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化装置，如图1所示，所述装置包括降温单元、吸附-脱附单元及转化单元；
所述吸附-脱附单元包括第一进气口、第二进气口、第一出气口及第二出气口；
所述降温单元的出气口和所述吸附-脱附单元的第一进气口相连接；
所述第二进气口和第一供气装置相连接；
所述第二出气口和加热装置4的进料口相连接；
所述加热装置4的出气口和所述转化单元相连接；
所述第二出气口和所述加热装置之间还设置有第二供气装置；
进一步地，所述降温单元包括换热器1；所述换热器1为水气换热器；所述水气换热器的换热形式为间接换热。
进一步地，所述吸附-脱附单元包括依次连接的吸附-脱附罐2和引风机3；所述引风机3的出气口和所述吸附-脱附单元的第一出气口相连接；所述吸附-脱附罐2至少设置2个；所述吸附-脱附罐2设置多个时采用并联连接；所述吸附-脱附罐2设置多个时每个吸附罐后均配置有引风机；所述吸附-脱附罐2内设置有吸附剂。
进一步地，所述第一供气装置提供氮气；所述氮气的温度200-250℃；所述氮气的气量大致为每个吸附-脱附罐中吸附气量的1/10-1/20。
进一步地，所述第二供气装置提供空气。
进一步地，所述转化单元包括依次连接的第一转化器5、第一冷凝器6、再热器7、第二转化器8、第二冷凝器9及第一引风机10；所述第一转化器5采用催化转化的方式进行转化；所述第二冷凝器9的出气口还设置有SO2或H2S的在线监测***；所述在线监测***的结果用于反馈调节第二供气装置的气体流量。
应用例
本应用例将本发明所提出的一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化装置和实际高炉作业配合设置，具体如图2所示，经净化后的高炉煤气总硫低于20mg/m3，高炉煤气总硫吸附效率大于90％，再生气总硫回收效率大于95％。
通过上述实施例和应用例的结果可知，本发明可以同时脱除COS和H2S，并实现了单质硫的回收，且该过程不产生废水。此外，由于采用了干法净化工艺，脱硫过程不会向高炉煤气中引入水分，避免降低高炉煤气热值、热风炉热风温度，从而避免增加焦炭消耗。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (16)

1.一种高炉煤气干法脱硫及硫资源化的装置，其特征在于，所述装置包括降温单元、吸附-脱附单元及转化单元；
所述吸附-脱附单元包括第一进气口、第二进气口、第一出气口及第二出气口；
所述降温单元的出气口和所述吸附-脱附单元的第一进气口相连接；
所述第二进气口和第一供气装置相连接；
所述第二出气口和加热装置的进料口相连接；
所述加热装置的出气口和所述转化单元相连接；
所述第二出气口和所述加热装置之间还设置有第二供气装置；
所述转化单元包括依次连接的第一转化器、第一冷凝器、再热器、第二转化器、第二冷凝器及第一引风机；
所述第二冷凝器的出气口还设置有SO2或H2S的在线监测***；
所述在线监测***的结果用于反馈调节第二供气装置的气体流量。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述降温单元包括换热器。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述换热器为水气换热器。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述水气换热器的换热形式为间接换热。
5.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述吸附-脱附单元包括依次连接的吸附-脱附罐和引风机。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述引风机的出气口为所述吸附-脱附单元的第一出气口。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述吸附-脱附罐至少设置2个。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述吸附-脱附罐设置至少设置2个时采用并联连接。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述吸附-脱附罐设置至少设置2个时每个吸附罐后均配置有引风机。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述吸附-脱附罐内设置有吸附剂。
11.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一供气装置提供氮气。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述氮气的温度200-250℃。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述氮气的气量为每个吸附-脱附罐中吸附气量的1/10-1/20。
14.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二供气装置提供空气。
15.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第一转化器采用催化转化的方式进行转化。
16.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置包括降温单元、吸附-脱附单元及转化单元；
所述吸附-脱附单元包括第一进气口、第二进气口、第一出气口及第二出气口；
所述降温单元的出气口和所述吸附-脱附单元的第一进气口相连接；
所述第二进气口和第一供气装置相连接；
所述第二出气口和加热装置的进料口相连接；
所述加热装置的出气口和所述转化单元相连接；
所述第二出气口和所述加热装置之间还设置有第二供气装置；
其中，所述降温单元包括换热器；所述换热器为水气换热器；所述水气换热器的换热形式为间接换热；所述吸附-脱附单元包括依次连接的吸附-脱附罐和引风机；所述引风机的出气口为所述吸附-脱附单元的第一出气口；所述吸附-脱附罐至少设置2个；所述吸附-脱附罐设置多个时采用并联连接；所述吸附-脱附罐设置多个时每个吸附罐后均配置有引风机；所述吸附-脱附罐内设置有吸附剂；所述第一供气装置提供氮气；所述氮气的温度200-250℃；所述氮气的气量为每个吸附-脱附罐中吸附气量的1/10-1/20；所述第二供气装置提供空气；所述转化单元包括依次连接的第一转化器、第一冷凝器、再热器、第二转化器、第二冷凝器及第一引风机；所述第一转化器采用催化转化的方式进行转化；所述第二冷凝器的出气口还设置有有SO2或H2S的在线监测***；所述在线监测***的结果用于反馈调节第二供气装置的气体流量。
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