CN114164025B - 一种高炉煤气精脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高炉煤气精脱硫方法，所述方法包括：煤气输送、有机硫转换和无机硫脱除。本发明采用高炉煤气精脱硫方法，能够在用户前端将高炉煤气中的硫化物脱除，燃烧后满足排放标准，外排烟气中二氧化硫含量降至35mg/Nm3以下，满足国家进一步对钢铁行业的环保排放指标需求；并且，能够通过前端将用户端烟气中二氧化硫的脱除，减少后段各用户点烟气分散治理，设备更简化、占地更少，其产生的脱硫后的铁基吸附剂还可用作炼铁工段球团或烧结车间配料使用，大幅减少脱硫过程中的废渣排放量。本发明适用于高炉煤气精脱硫技术领域。

Description

一种高炉煤气精脱硫方法
技术领域
本发明属于高炉煤气精脱硫技术领域，具体涉及一种高炉煤气精脱硫方法。
背景技术
目前，我国大气污染物排放限制愈发严格，多数排污工业的污染物排放指标越来越严格，2019年4月，生态环境部等5部委联合发布《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(以下简称《意见》)，钢铁行业正式进入“超低排放”时代，高炉热风炉、轧钢加热炉、煤气发电等用户均要求燃烧尾气SO2达到超低排放限值，SO2排放限值为50mg/m3。
钢铁企业在高炉炼铁过程中会产生大量的高炉煤气，吨产量高达1700～1800Nm3，是钢铁企业产量最大的可燃气体，可以为下游用户单元作为燃料使用，如加热热轧的钢锭、预热钢水包、自备电厂发电锅炉燃料等。高炉煤气中除含有二氧化碳(6-12％)、一氧化碳(28-33％)、氢气(1-4％)、氮气(55-60％)外，还含有部分含硫物质，其主要成分为有机硫和无机硫，总硫浓度为100～200mg/Nm3。无机硫以H2S为主，有机硫主要是羰基硫(COS、CS2)，此外还有少量的二硫化碳、硫醚、硫醇、噻吩等。
目前的技术路线主要包括源头控制和燃烧后的末端治理，如采用末端治理方式，需在多点设置脱硫设施，同时，煤气燃烧后的废气量大，直接导致后端尾气处理设施规模变大，投资成本增加。若采取源头控制方式，实施高炉煤气源头控制，减少燃气中的硫分，可大大降低末端治理的压力，甚至可以省掉末端治理设施。而且国家和地方出台的相关政策，也均提倡源头治理。如今，在钢铁行业愈加严苛的二氧化硫排放标准限值，以及国家越来越严苛的企业排放要求的情形之下，针对高炉煤气进行源头治理，需要开发针对源头高炉煤气净化，尤其是脱除其中无机硫和有机硫的技术和装置。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种高炉煤气精脱硫方法，该方法能够将高炉煤气从源头脱除硫化物，保证以高炉煤气为燃料的各后端用户中烟气的二氧化硫脱除至满足排放标准，其脱硫吸附产生的铁基废吸附剂还可以作为炼铁工段球团或烧结车间配料使用，大幅减少精脱硫生产中的废渣排放量。
为实现上述目的，本发明第一方面提供如下技术方案：
一种高炉煤气精脱硫方法，所述方法包括以下步骤：
S1：煤气输送：将除尘后的高炉煤气分为两股，其中第一股所述除尘后的高炉煤气经转换前煤气输送***输送至有机硫转换装置，第二股经TRT/BPRT/减温减压阀组后经转换后煤气输送***输送至无机硫脱除装置；
S2：有机硫转换：第一股所述除尘后的高炉煤气经预升温装置预升温至高炉煤气的露点温度以上，随后进入所述有机硫转换装置，自下而上经过一级抑尘脱氯装置使高炉煤气与抑尘脱氯剂在吸收区充分接触，高炉烟气中的氯离子与粉尘被捕捉吸收得到净化后的高炉煤气；将所述净化后的高炉煤气进入二级氢解/水解有机硫转换区使高炉煤气与氢解/水解转化剂在反应区充分接触，高炉煤气中的有机硫与氢解/水解转化剂反应转换为H2S气体得到转换后的高炉煤气，使所述转换后的高炉煤气通过旁路***进入TRT/BPRT/减温减压阀组；
S3：无机硫脱除：所述转换后的高炉煤气经过TRT/BPRT/减温减压阀组后通过转换后旁路输送***自下而上进入无机硫脱硫装置，与无机硫脱除剂充分接触得到脱除无机硫后的高炉煤气，将所述脱除无机硫后的高炉煤气通过转换后旁路***进入各高炉煤气用户点。
作为本发明的一个实施例，步骤S1中，所述除尘后的高炉煤气的温度＞90℃，压力200～250kPa，H2S含量为300mg/Nm3以上。
作为本发明的一个实施例，步骤S2中，所述方法还包括：将所述预升温后的高炉煤气二次升温至90℃以上后，进入所述有机硫转换装置。
作为本发明的一个实施例，步骤S2中，所述有机硫包括COS、硫醇、硫醚、C4H4S和CS2中的一种或几种；
所述净化后的高炉煤气中的粉尘浓度为10mg/Nm3以下，氯离子含量降低至ppm级以下；
所述抑尘脱氯剂为铝基载体催化剂；所述氢解/水解转化剂以铝基/钛基为铝基/钛基载体催化剂。
作为本发明的一个实施例，步骤S3中，所述方法还包括：进入所述无机硫脱除装置前的高炉煤气，经过TRT/BPRT/减温减压阀组降温减压后方可进入，且进入所述无机硫脱除装置前的高炉煤气的温度高于煤气露点温度5℃以上，压力为10～50kPa。
作为本发明的一个实施例，所述脱硫吸附剂为铁基载体催化剂；
所述脱除无机硫后的高炉煤气中的H2S含量为25mg/Nm3以下。
作为本发明的一个实施例，所述方法还包括：将所述脱硫吸附剂从无机硫脱除装置排出后，用于炼铁工段球团或烧结车间配料。
本发明提供的上述技术方案至少带来的有益效果：
(1)本发明的高炉煤气精脱硫方法，能够在用户前端将高炉煤气中的硫化物脱除，燃烧后满足排放标准，外排烟气中二氧化硫含量降至35mg/Nm3以下，满足国家进一步对钢铁行业的环保排放指标需求；
(2)能够通过前端将用户端烟气中二氧化硫的脱除，减少后段各用户点烟气分散治理，设备更简化、占地更少，其产生的脱硫后的铁基吸附剂还可用作炼铁工段球团或烧结车间配料使用，大幅减少脱硫过程中的废渣排放量。
附图说明
图1为本发明的高炉煤气精脱硫方法的工艺图；
图2为本发明的高炉煤气精脱硫方法的一个具体实施方式的示意图；
图3为本发明的高炉煤气精脱硫方法的装置示意图。
附图标记：
1、高炉煤气转换前旁路阀组单元，2、高炉煤气有机硫转换单元，3、高炉煤气转换后旁路阀组单元，4、高炉煤气无机硫脱除单元；
1-1、转换前旁路阀组，1-2、转换前关断阀组1，1-3、转换前关断阀组2，2-1、预升温装置，2-2、一级抑尘脱氯区，2-3、二级氢解/水解反应区，2-4、废剂排放口，3-1、转换后旁路阀组，3-2、转换前后关断阀组1，3-3、转换后关断阀组2，4-1、无机硫脱除装置，4-2废渣排放口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
采用如图3所示的装置进行高炉煤气精脱硫，该装置包括高炉煤气转换前旁路阀组单元1、高炉煤气有机硫转换单元2、高炉煤气转换后旁路阀组单元3和高炉煤气无机硫脱除单元4。
高炉煤气转换前旁路阀组单元包括转换前旁路阀组1-1、转换前关断阀组1-2、转换前关断阀组1-3。
高炉煤气有机硫转换单元包括预升温装置2-1、一级抑尘脱氯区2-2、二级氢解/水解反应区2-3、废剂排放口2-4。
高炉煤气转换后旁路阀组单元包括转换后旁路阀组3-1、转换后关断阀组3-2、转换后关断阀组3-3。
高炉煤气转换前旁路阀组单元1的转换前关断阀组1-2与高炉煤气有机硫转换单元2的一级抑尘脱氯区2-2下部连接，一级抑尘脱氯区2-2上部与二级氢解/水解反应区2-3下部连接，二级氢解/水解反应区2-3上部与高炉煤气转换前旁路阀组单元1的转换前关断阀组1-3连接返回高炉煤气***。
高炉煤气转换后旁路阀组单元3的转换后关断阀组3-2与高炉煤气无机硫脱除单元4-1下部连接，高炉煤气无机硫脱除单元4-1上部与高炉煤气转换后旁路阀组单元3的转换后关断阀组3-3连接，返回各高炉煤气用气点。
预升温装置2-1可采用电加热型式，也可采用蒸汽加热型式。
有机硫转换单元2和无机硫脱除单元4均采用固定床技术，内部设计均流孔板。
有机硫转换单元2，转化剂空速控制在1000～3000h-1。
无机硫脱除单元4，脱硫剂空速控制在1000～2000h-1。
在一个具体的实施方式中，该装置包括高炉煤气转换前旁路阀组单元1，高炉煤气有机硫转换单元2，高炉煤气转换后旁路阀组单元3，高炉煤气无机硫脱除单元4。高炉煤气转换前旁路阀组单元1从原高炉煤气除尘出口后，TRT入口前煤气管道接入，高炉煤气转换前旁路阀组单元1包括转换前旁路阀组1-1、转换前关断阀组1-2、转换前关断阀组1-3。原高炉煤气***由转换前旁路阀组1-1进行隔断，高炉煤气通过转换前关断阀组1-2接入高炉煤气有机硫转换单元2入口。高炉煤气有机硫转换单元2设置有电加热预升温装置2-1，预升温装置2-1在有机硫转换装置启机投运时使用，有机硫转换装置塔体自下而上分为废剂排放口2-4、一级抑尘脱氯区2-2、二级氢解/水解反应区2-3。高炉煤气转换前关断阀组1-2与脱硫装置一级抑尘脱氯区2-2下部连接，一级抑尘脱氯区2-2上部与二级氢解/水解反应区2-3下部连接，二级氢解/水解反应区2-3上部与转换前关断阀组1-3连接返回高炉煤气***，其中废剂排放口2-4仅在转换剂更换时投入使用。转换后的高炉煤气通过TRT降温减压后，通过转换后旁路阀组3-1将原高炉输送***隔断，转换后降温减压的高炉煤气通过转换后关断阀组3-2与高炉煤气无机硫脱除单元4-1下部连接，高炉煤气无机硫脱除单元4-1上部与转换后关断阀组3-3连接，返回各高炉煤气用气点。
有机硫转换单元2和无机硫脱除单元4均采用固定床技术，内部设计均流孔板。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
采用附图1所示的高炉煤气精脱硫方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S1：煤气输送：将除尘后的高炉煤气(温度90～150℃，煤气压力250kPa，H2S含量为70～300mg/Nm3以)分为两股，其中第一股除尘后的高炉煤气入口总硫浓度(仅计硫元素)：短时最大≤280mg/Nm3，24h内平均≤100mg/Nm3经转换前旁路输送***输送至有机硫转换装置的进口通道；
第二股除尘后的高炉煤气经TRT(高炉煤气余压透平发电装置)后的高炉煤气通过转换后旁路***输送至无机硫脱除装置的进口通道；
S2有机硫转换：第一股所述除尘后的高炉煤气经预升温装置预升温到90℃后，自下而上经过一级抑尘脱氯区，高炉煤气与抑尘脱氯剂在吸收区充分接触，高炉烟气中的氯离子与粉尘被捕捉吸收；净化后的高炉煤气进入二级氢解有机硫转换区，高炉煤气与氢解转化剂在反应区充分接触，高炉煤气中的有机硫与氢解转化剂反应转换为H2S气体，转化剂空速按2000～3000h-1设计，转后的高炉煤气通过旁路***返回TRT前；
S3：无机硫脱除：转换后的高炉煤气经过TRT后通过转换后旁路输送***自下而上进入无机硫脱硫装置，高炉煤气与铁基无机硫脱除剂充分接触，脱除后的高炉煤气出口总硫含量(仅计硫元素)≤25mg/m3通过转换后旁路***进入各煤气用户段，保证各煤气出口煤气燃烧烟气SO2含量≤30mg/m3。
实施例2
采用附图2所示的高炉煤气精脱硫方法，该方法包括以下步骤：
S1：煤气输送：将除尘后的高炉煤气(温度90～170℃，煤气压力190～220kPa，H2S含量为20～300mg/Nm3)分为两股，其中第一股除尘后的高炉煤气入口总硫浓度(仅计硫化氢)：最大≤300mg/Nm3，经转换前旁路输送***输送至有机硫转换装置的进口通道；
第二股除尘后的高炉煤气经BPRT(煤气透平与电机同轴驱动的高炉鼓风能量回收成套机组)后的高炉煤气通过转换后旁路***输送至无机硫脱除装置的进口通道；
S2：有机硫转换：第一股所述除尘后的高炉煤气经预升温装置预升温到90℃后，自下而上经过一级抑尘脱氯塔，高炉煤气与抑尘脱氯剂在吸收区充分接触，高炉烟气中的氯离子与粉尘被捕捉吸收；净化后的高炉煤气进入二级氢解/水解有机硫转换塔，高炉煤气与水解转化剂在反应区充分接触，高炉煤气中的有机硫与水解转化剂反应转换为H2S气体，转化剂空速按1000～2000h-1设计，转化后的高炉煤气通过旁路***返回BPRT前；
S3：无机硫脱除：转换后的高炉煤气经过BPRT后通过转换后旁路输送***自下而上进入无机硫脱硫装置，高炉煤气与铁基无机硫脱除剂充分接触，脱除后的高炉煤气出口总硫含量(以H2S计)≤20mg/m3，通过转换后旁路***进入各煤气用户段，保证各煤气出口煤气燃烧烟气SO2含量≤30mg/m3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高炉煤气精脱硫方法，采用高炉煤气***装置进行高炉煤气精脱硫，所述装置包括高炉煤气转换前旁路阀组单元，高炉煤气有机硫转换单元，高炉煤气转换后旁路阀组单元和高炉煤气无机硫脱除单元，其特征在于，所述高炉煤气转换前旁路阀组单元包括转换前旁路阀组、转换前关断阀组一和转换前关断阀组二；所述高炉煤气有机硫转换单元包括预升温装置、一级抑尘脱氯区、二级氢解/水解反应区和废剂排放口；所述高炉煤气转换后旁路阀组单元包括转换后旁路阀组、转换后关断阀组一和转换后关断阀组二；所述高炉煤气转换前旁路阀组单元的转换前关断阀组一与所述高炉煤气有机硫转换单元的一级抑尘脱氯区下部连接，所述一级抑尘脱氯区上部与所述二级氢解/水解反应区下部连接，所述二级氢解/水解反应区上部与所述高炉煤气转换前旁路阀组单元的转换前关断阀组二连接返回高炉煤气***；所述高炉煤气转换后旁路阀组单元的转换后关断阀组一与所述高炉煤气无机硫脱除单元下部连接，所述高炉煤气无机硫脱除单元上部与所述高炉煤气转换后旁路阀组单元的转换后关断阀组二连接，返回各高炉煤气用气点，所述高炉煤气有机硫转换单元和所述高炉煤气无机硫脱除单元均采用固定床技术，内部设计均流孔板；
所述方法包括以下步骤：
S1：煤气输送：将除尘后的高炉煤气分为两股，其中第一股所述除尘后的高炉煤气经转换前煤气输送***输送至有机硫转换装置，第二股经TRT/BPRT/减温减压阀组后经转换后煤气输送***输送至无机硫脱除装置，所述除尘后的高炉煤气的温度＞90℃，压力200～250kPa，H2S含量为300mg/Nm3以上；
S2：有机硫转换：转化剂空速控制在1000～3000h-1，第一股所述除尘后的高炉煤气经预升温装置预升温至高炉煤气的露点温度以上，将所述预升温后的高炉煤气二次升温至90℃以上后，随后进入所述有机硫转换装置，自下而上经过一级抑尘脱氯区使高炉煤气与抑尘脱氯剂在吸收区充分接触，高炉煤气中的氯离子与粉尘被捕捉吸收得到净化后的高炉煤气；将所述净化后的高炉煤气进入二级氢解/水解反应区使高炉煤气与氢解/水解转化剂在反应区充分接触，高炉煤气中的有机硫与氢解/水解转化剂反应转换为H2S气体得到转换后的高炉煤气，使所述转换后的高炉煤气通过旁路***进入TRT/BPRT/减温减压阀组，所述净化后的高炉煤气中的粉尘浓度为10mg/Nm3以下，氯离子含量降低至ppm级以下；
S3：无机硫脱除：脱硫剂空速控制在1000～2000h-1，所述转换后的高炉煤气经过TRT/BPRT/减温减压阀组降温减压后通过转换后旁路输送***自下而上进入无机硫脱硫装置，且进入所述无机硫脱除装置前的高炉煤气的温度高于煤气露点温度5℃以上，压力为10～50kPa，与无机硫脱除剂充分接触得到脱除无机硫后的高炉煤气，所述脱除无机硫后的高炉煤气中的H2S含量为25mg/Nm3以下，将所述脱除无机硫后的高炉煤气通过转换后旁路***进入各高炉煤气用户点，将脱硫吸附剂从无机硫脱除装置排出后，用于炼铁工段球团或烧结车间配料。
2.根据权利要求1所述的一种高炉煤气精脱硫方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述有机硫包括COS、硫醇、硫醚、C4H4S和CS2中的一种或几种；所述抑尘脱氯剂为铝基载体催化剂；所述氢解/水解转化剂为铝基/钛基载体催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种高炉煤气精脱硫方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述脱硫吸附剂为铁基载体催化剂。
4.根据权利要求1所述的一种高炉煤气精脱硫方法，其特征在于，所述预升温装置可采用电加热型式，也可采用蒸汽加热型式。
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