CN112430480A - 一种煤气精脱硫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤气精脱硫方法，包括碱液制备及输送、稀释水输送、羰基硫脱除药剂制备及输送、压力调节、脱硫反应和脱硫后处理等步骤。其中，羰基硫脱除药剂包括氧化剂和稳定剂，稳定剂包括络合铁和钛盐，氧化剂包括双氧水、次氯酸钠、亚氯酸钾和高锰酸钾。本发明公开的煤气精脱硫方法，所需设备投资成本低，结构简单易用，与传统催化水解工艺项目，投资和运行成本只有其30％。并且采用在TRT后喷入药剂和碱液的方式，对TRT的运行没有影响，克服了传统的催化水解工艺在TRT之前，水解后的硫化物在经过TRT时很容易腐蚀TRT的问题。

Description

一种煤气精脱硫方法
技术领域
本申请涉及一种煤气处理工艺，尤其是涉及一种通过药剂进行煤气精脱硫的方法。
背景技术
高炉气、焦炉气、水煤气等与煤炭密切相关的工业气体中，通常存在含硫气体，主要包括硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、羰基硫等几种形式。硫化物在生产中会导致设备腐蚀和催化剂中毒。此外，不经处理排放到大气中硫化物气体，不但对人体有害，还会促进光化学反应，带来严重的环境问题。因此，在煤化工等行业中需要对含硫气体进行脱除。
含硫气体中的无机硫，如硫化氢、物流硫氧化物等，其脱除方法相对简单，但是对于羰基硫等有机硫化物气体，采用常规的方法难以除去，目前的主要脱除技术是有机胺吸收法、加氢转化法、催化水解法及氧化转化法等。
目前钢厂羰基硫脱除主要采用催化水解工艺，多采用氧化铝催化剂，成分中含有重金属成分，受高炉煤气中氯化氢影响，与煤气中氯化氢反应生产氯化物，造成催化剂失效，而且催化剂为蜂窝状结构，占地面积大，煤气阻力大，不符合节能环保要求。同时，该工艺投资成本高，催化剂易中毒，更换成本高，脱除处理后的催化剂成分复杂，属于危险废弃物，处理难度高，易造成二次污染。催化水解工艺脱硫后产物为硫化钠，而硫化钠不稳定，易分解再次析出硫化氢，造成二次污染和人员中毒风险。催化水解工艺在TRT之前，水解后的硫化物在经过TRT时很容易腐蚀TRT。
发明内容
针对目前国内煤气脱硫技术、尤其是羰基硫除工艺投资成本高、运行费用高，脱除效率不稳定以及存在二次污染等问题，本发明提出一种煤气精脱硫方法。通过选用合适的羰基硫脱除药剂及利用该药剂对羰基硫的氧化吸收的工艺，脱硫效率能够达到95％，并且能够大幅降低现有煤气硫脱除工艺的投资成本和运行成本，投资和运行成本是催化水解工艺的30％，同时杜绝了二次污染的问题。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种煤气精脱硫方法，包括如下步骤。
步骤1碱液制备：包括将工业片碱(99％纯度)加水搅拌，制备成浓度为30％的氢氧化钠溶液，并储存于碱液不锈钢储罐中；
步骤2碱液输送：将步骤1得到的碱液根据尾部煤气硫化氢排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤3稀释水输送：稀释水采用除盐水，将稀释水输送至计量混合模块，与碱液或羰基硫脱除药剂混合后喷入脱硫反应器；
步骤4羰基硫脱除药剂制备：配置稳定剂和氧化剂，并将两者按照体积比为1:3混合加水搅拌均匀后储存于羰基硫脱除药剂储罐中，羰基硫脱除药剂的浓度为30％；
步骤5药剂输送：将药剂根据尾部煤气有机硫排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤6压力调节：在脱硫反应器的煤气进入管道上设置压力计，检测煤气的压力，并根据煤气的压力调整氮气调压阀，通过控制进入脱硫反应器的氮气量，维持进入脱硫反应器的气体压力稳定；
步骤7脱硫反应：采用喷雾的方式将碱液和羰基硫脱除药剂分别喷入脱硫反应器中，与煤气逆流接触进行脱硫反应，其中反应温度为10-120℃，反应器内喷雾流速设计10-12m/s，雾化粒径控制在70-100微米，反应时间控制在0.5-0.8秒；
步骤8脱硫后处理：包括将脱硫煤气引入除雾塔，并将除雾过程中产生的废水回收排放。
优选地，稳定剂包括络合铁和钛盐，氧化剂包括双氧水、次氯酸钠、亚氯酸钾和高锰酸钾。
进一步优选地，稳定剂中，络合铁的浓度为1.6～4.3％，钛盐的浓度为0.2～1.2％；氧化剂中双氧水的浓度为2～15％，次氯酸钠的浓度为4～20％，亚氯酸钾4～7％，高锰酸钾的浓度为0.5～6％。
优选地，步骤7中喷雾采用双流体喷枪。
优选地，步骤8中脱硫煤气经过除雾塔后，含水率小于5％。
优选地，设置除雾冲洗设备，对除雾塔中的除雾器进行冲洗，除雾冲洗设备包括冲洗喷嘴和冲洗阀。
本发明公开的煤气精脱硫方法，所需设备投资成本低，结构简单易用，同时所需设备占地面积小，解决了传统催化水解工艺占地面积大，空间不足的问题。与传统催化水解工艺项目，投资和运行成本只有其30％。
本发明公开的煤气精脱硫方法，对硫的脱除效率稳定高效，尤其是能够高效脱除羰基硫。所选用的羰基硫脱除药剂在传统氧化剂的基础上加入一定的稳定剂，选择性氧化煤气中羰基硫和硫化氢成分，而不与煤气中的一氧化碳和二氧化碳及氢反应，将羰基硫和硫化氢氧化成二氧化硫及三氧化硫，经碱性溶液氢氧化钠吸收转化为硫酸钠，硫酸钠水雾颗粒再经除雾塔脱除，得到干燥洁净的煤气。
本发明公开的煤气精脱硫方法，采用TRT(高炉煤气余压透平发电装置)后喷入药剂和碱液的方式，对TRT的运行没有影响，减少了传统催化水解工艺对TRT的能源消耗和压力能源损失。克服了传统的催化水解工艺在TRT之前，水解后的硫化物在经过TRT时很容易腐蚀TRT的问题。
具体实施方式
以下为本发明的具体实施方式，用以对本发明进行解释和说明。
实施例1
一种煤气精脱硫方法，包括如下步骤。
步骤1碱液制备：包括将99％纯度的工业片碱加水搅拌，制备成浓度为30％的氢氧化钠溶液，并储存于碱液不锈钢储罐中；
步骤2碱液输送：将步骤1得到的碱液根据尾部煤气硫化氢排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤3稀释水输送：稀释水采用除盐水，将稀释水输送至计量混合模块，与碱液或羰基硫脱除药剂混合后喷入脱硫反应器；
步骤4羰基硫脱除药剂制备：配置稳定剂和氧化剂，并将两者按照体积比为1:3混合加水搅拌均匀后储存于羰基硫脱除药剂储罐中，羰基硫脱除药剂的浓度为30％；其中，稳定剂包含有3％的络合铁和0.5％的钛盐，氧化剂包含有3％的双氧水、8％的次氯酸钠、6％的亚氯酸钾和3％的高锰酸钾；
步骤5药剂输送：将药剂根据尾部煤气有机硫排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤6压力调节：在脱硫反应器的煤气进入管道上设置压力计，检测煤气的压力，并根据煤气的压力调整氮气调压阀，通过控制进入脱硫反应器的氮气量，维持进入脱硫反应器的气体压力稳定；
步骤7脱硫反应：用双流体喷枪喷雾的方式将碱液和羰基硫脱除药剂分别喷入脱硫反应器中，与煤气逆流接触进行脱硫反应，其中反应温度为80℃，反应器内喷雾流速设计11m/s，雾化粒径控制在80微米，反应时间控制在0.6秒；
步骤8脱硫后处理：包括将脱硫煤气引入除雾塔，经过除雾塔后的煤气含水率控制在4％以下，并将除雾过程中产生的废水回收排放；设置冲洗喷嘴和冲洗阀对除雾塔中的除雾器进行冲洗。
实施例2
一种煤气精脱硫方法，包括如下步骤。
步骤1碱液制备：包括将99％纯度的工业片碱加水搅拌，制备成浓度为30％的氢氧化钠溶液，并储存于碱液不锈钢储罐中；
步骤2碱液输送：将步骤1得到的碱液根据尾部煤气硫化氢排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤3稀释水输送：稀释水采用除盐水，将稀释水输送至计量混合模块，与碱液或羰基硫脱除药剂混合后喷入脱硫反应器；
步骤4羰基硫脱除药剂制备：配置稳定剂和氧化剂，并将两者按照体积比为1:3混合加水搅拌均匀后储存于羰基硫脱除药剂储罐中，羰基硫脱除药剂的浓度为30％；其中，稳定剂包含有4.3％的络合铁和0.2％的钛盐，氧化剂包含有15％的双氧水、4％的次氯酸钠、7％的亚氯酸钾和6％的高锰酸钾；
步骤5药剂输送：将药剂根据尾部煤气有机硫排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤6压力调节：在脱硫反应器的煤气进入管道上设置压力计，检测煤气的压力，并根据煤气的压力调整氮气调压阀，通过控制进入脱硫反应器的氮气量，维持进入脱硫反应器的气体压力稳定；
步骤7脱硫反应：用双流体喷枪喷雾的方式将碱液和羰基硫脱除药剂分别喷入脱硫反应器中，与煤气逆流接触进行脱硫反应，其中反应温度为120℃，反应器内喷雾流速设计10m/s，雾化粒径控制在100微米，反应时间控制在0.8秒；
步骤8脱硫后处理：包括将脱硫煤气引入除雾塔，经过除雾塔后的煤气含水率控制在5％以下，并将除雾过程中产生的废水回收排放；设置冲洗喷嘴和冲洗阀对除雾塔中的除雾器进行冲洗。
实施例3
一种煤气精脱硫方法，包括如下步骤。
步骤1碱液制备：包括将99％纯度的工业片碱加水搅拌，制备成浓度为30％的氢氧化钠溶液，并储存于碱液不锈钢储罐中；
步骤2碱液输送：将步骤1得到的碱液根据尾部煤气硫化氢排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤3稀释水输送：稀释水采用除盐水，将稀释水输送至计量混合模块，与碱液或羰基硫脱除药剂混合后喷入脱硫反应器；
步骤4羰基硫脱除药剂制备：配置稳定剂和氧化剂，并将两者按照体积比为1:3混合加水搅拌均匀后储存于羰基硫脱除药剂储罐中，羰基硫脱除药剂的浓度为30％；其中，稳定剂包含有1.6％的络合铁和1.2％的钛盐，氧化剂包含有2％的双氧水、20％的次氯酸钠、4％的亚氯酸钾和0.5％的高锰酸钾；
步骤5药剂输送：将药剂根据尾部煤气有机硫排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤6压力调节：在脱硫反应器的煤气进入管道上设置压力计，检测煤气的压力，并根据煤气的压力调整氮气调压阀，通过控制进入脱硫反应器的氮气量，维持进入脱硫反应器的气体压力稳定；
步骤7脱硫反应：用双流体喷枪喷雾的方式将碱液和羰基硫脱除药剂分别喷入脱硫反应器中，与煤气逆流接触进行脱硫反应，其中反应温度为20℃，反应器内喷雾流速设计12m/s，雾化粒径控制在70微米，反应时间控制在0.5秒；
步骤8脱硫后处理：包括将脱硫煤气引入除雾塔，经过除雾塔后的煤气含水率控制在4％以下，并将除雾过程中产生的废水回收排放；设置冲洗喷嘴和冲洗阀对除雾塔中的除雾器进行冲洗。
试验例1
投资对比：甲钢厂1#炉，2#炉分别采用催化水解工艺和本发明公开的工艺，其中1#、2#炉条件相同，催化水解工艺总投资2500万，本发明工艺总投资750万。
与传统的催化水解工艺的投资相比，采用本发明公开的煤气精脱硫方法，投资成本为催化水解工艺的30％。
试验例2
在山西建邦钢铁，采用本发明的煤气精脱硫方法，通过两级喷雾方式，将羰基硫药剂与氢氧化钠溶液混合后喷入煤气中精脱硫。
对脱硫后的煤气进行检测，其中的羰基硫和硫化氢从原始浓度70mg/Nm3降至10mg/Nm3，有效的同时脱除煤气中的羰基硫和硫化氢，达到一次投资，同时脱除硫化氢和羰基硫的效果。

Claims (6)

1.一种煤气精脱硫方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤，
步骤1碱液制备：包括将99％纯度的工业片碱加水搅拌，制备成浓度为30％的氢氧化钠溶液，并储存于碱液不锈钢储罐中；
步骤2碱液输送：将步骤1得到的碱液根据尾部煤气硫化氢排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤3稀释水输送：稀释水采用除盐水，将稀释水输送至计量混合模块，与碱液或羰基硫脱除药剂混合后喷入脱硫反应器；
步骤4羰基硫脱除药剂制备：配置稳定剂和氧化剂，并将两者按照体积比为1:3混合加水搅拌均匀后储存于羰基硫脱除药剂储罐中，羰基硫脱除药剂的浓度为30％；
步骤5药剂输送：将药剂根据尾部煤气有机硫排放指标，调节定量输送至计量混合模块，与稀释水混合后输送至喷枪，喷入脱硫反应器；
步骤6压力调节：在脱硫反应器的煤气进入管道上设置压力计，检测煤气的压力，并根据煤气的压力调整氮气调压阀，通过控制进入脱硫反应器的氮气量，维持进入脱硫反应器的气体压力稳定；
步骤7脱硫反应：采用喷雾的方式将碱液和羰基硫脱除药剂分别喷入脱硫反应器中，与煤气逆流接触进行脱硫反应，其中反应温度为10-120℃，反应器内喷雾流速设计10-12m/s，雾化粒径控制在70-100微米，反应时间控制在0.5-0.8秒；
步骤8脱硫后处理：包括将脱硫煤气引入除雾塔，并将除雾过程中产生的废水回收排放。
2.根据权利要求1所述的一种煤气精脱硫方法，其特征在于，所述步骤4中，所述稳定剂包括络合铁和钛盐，所述氧化剂包括双氧水、次氯酸钠、亚氯酸钾和高锰酸钾。
3.根据权利要求2所述的一种煤气精脱硫方法，其特征在于，所述稳定剂中，络合铁的浓度为1.6～4.3％，钛盐的浓度为0.2～1.2％；所述氧化剂中双氧水的浓度为2～15％，次氯酸钠的浓度为4～20％，亚氯酸钾4～7％，高锰酸钾的浓度为0.5～6％。
4.根据权利要求1所述的一种煤气精脱硫方法，其特征在于，所述步骤7中所述喷雾采用双流体喷枪。
5.根据权利要求1所述的一种煤气精脱硫方法，其特征在于，所述步骤8中脱硫煤气经过除雾塔后，含水率小于5％。
6.根据权利要求1所述的一种煤气精脱硫方法，其特征在于，设置除雾冲洗设备，对除雾塔中的除雾器进行冲洗，所述除雾冲洗设备包括冲洗喷嘴和冲洗阀。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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