CN112574787A - 一种高炉煤气trt后脱硫设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高炉煤气TRT后脱硫设备及工艺，高炉煤气TRT后脱硫设备包括保护反应器、水解反应器、湿法脱硫系统、抽气系统、检测控制装置，待处理煤气依次经过保护反应器、水解反应器、湿法脱硫系统并由抽气系统提供动力，脱硫废液经脱硫液循环装置输送至脱硫液再生装置处理形成单质硫泡沫和碳酸钠碱液，单质硫泡沫经压滤装置处理形成硫膏和压滤液，压滤液经脱硫液循环装置处理后与碳酸钠碱液混合在一起形成贫液并由脱硫液循环装置再度送入脱硫塔，检测装置用于检测脱硫设备参数，检测控制装置与抽气系统、脱硫液循环装置、压滤装置、检测装置均连接。本申请对TRT发电及高炉影响小、能源消耗低、节能环保、设备简单、工作环境友好，运行安全可靠。

Description

一种高炉煤气TRT后脱硫设备及工艺

技术领域

本申请涉及一种高炉煤气TRT（高炉煤气余压透平发电装置）后脱硫设备及工艺。

背景技术

高炉煤气是高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体。它的大致成分为二氧化碳6-12%、一氧化碳25%、氢气1-4%、氮气55-60%以及少量的羰基硫、硫化氢、二硫化碳。煤气中所含的硫主要分为有机硫和无机硫两类，有机硫约占3/4主要成分有羰基硫、二硫化碳、硫醚硫醇、噻吩等；无机硫约占1/4主要成分有硫化氢、二氧化硫等。

当前高炉煤气的利用主要用来作为燃料气，但作为燃料气燃烧后会产生大量含SO₂烟气，如果未经处理直接排放不符合当前环保要求。从污染物源头减排、过程控制、末端治理三条解决问题思路梳理，目前可行的技术手段有烟气末端治理和源头进行高炉煤气脱硫。

煤气燃前脱硫是一种利用脱硫剂将煤气中的含硫化物进行脱除，产生洁净的煤气，然后供应给不同的部门使用，是一种清洁燃烧技术。由于燃烧前煤气比较集中，因此，燃前脱硫仅需新建一套脱硫装置即可满足二氧化硫排放要求。

目前国内煤气燃前脱硫工艺水解段均采用TRT前抽取高温高压煤气，利用高温催化剂水解有机硫。由于水解段煤气压力及热能损失，返回TRT发电时相对减少了TRT发电量且会引起TRT顶压不稳进而影响高炉炉况。水解后煤气含湿量亦加大，增加TRT侵蚀风险。

由于目前国内没有成熟的适用于钢铁行业脱除高炉煤气中羰基硫等的技术及工艺装备。在这种情况下，研究羰基硫等的反应特性，进而开发一种能够有效脱除钢铁企业高炉煤气中羰基硫等的技术和工艺装备是十分必要的。

发明内容

本申请解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构简洁，对TRT发电及高炉影响小、能源消耗低、节能环保，运行安全可靠的高炉煤气TRT后脱硫设备及工艺。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案包括：一种高炉煤气TRT后脱硫设备，包括保护反应器、水解反应器、湿法脱硫系统、抽气系统、检测装置、控制装置，其特征是所述保护反应器入口与待处理煤气（来自TRT后煤气总管）连接，待处理煤气依次经过保护反应器、水解反应器、湿法脱硫系统的脱硫塔和气液分离器并由抽气系统提供气体移动的动力，湿法脱硫系统包括脱硫液再生装置、脱硫液循环装置、压滤装置，脱硫塔通过脱硫液循环装置与脱硫液再生装置连接，脱硫液再生装置与压滤装置连接，压滤装置通过脱硫液循环装置与脱硫液再生装置连接，脱硫塔处理后的脱硫废液经脱硫液循环装置输送至脱硫液再生装置处理后形成单质硫泡沫和碳酸钠碱液，单质硫泡沫经压滤装置处理后形成硫膏和压滤液，压滤液经脱硫液循环装置处理后与脱硫液再生装置底部的碳酸钠碱液混合在一起形成贫液（指含硫量符合要求的液体）并由脱硫液循环装置再度送入脱硫塔循环利用，检测装置用于检测高炉煤气TRT后脱硫设备参数，控制装置与抽气系统、脱硫液循环装置、压滤装置、检测装置均连接并控制它们的操作。

所述脱硫液循环装置包括富液泵、贫液泵、补充液供给装置、废液箱、富液泵安装在脱硫塔出口与脱硫液再生装置之间用于脱硫废液的输送，贫液泵安装在脱硫液再生装置贫液出口与脱硫塔喷淋装置之间用于贫液喷淋循环利用，补充液供给装置出口、废液箱出口均连通至脱硫液再生装置底部，废液箱入口与压滤装置压滤液出口连通，控制器与富液泵、贫液泵、补充液供给装置均连接。

所述压滤装置包括硫泡沫槽、压滤泵、压滤机，脱硫液再生装置处理后形成的单质硫泡沫输送至硫泡沫槽进行沉淀，单质硫泡沫沉淀后形成的液状单质硫经压滤泵输送至压滤机进行压滤，压滤机输出口包括压滤泥出口和压滤液出口，压滤液出口连通至脱硫液循环装置废液箱，控制器与压滤泵、压滤机均连接，压滤泥出口产物即为硫膏。

所述保护反应器包括保护反应器本体、煤气整流器，煤气整流器包括导流片和导流栅格，保护反应器本体采用密封筒式结构，保护反应器本体内下部设置煤气整流器，煤气整流器上方设置保护剂，保护反应器入口位于煤气整流桥下方，保护反应器出口位于保护反应器本体上部，方便气体充分的接触和反应，以使煤气中的有害物质如CL^-离子、含油杂质等得到充分吸附和去除。

所述水解反应器包括水解反应器本体、催化剂托盘，水解反应器本体内设置催化剂托盘，催化剂托盘上设置水解催化剂，水解反应器入口位于水解反应器本体下部，水解反应器出口位于水解反应器本体上部，水解催化剂采用高效常温常压催化剂，能满足从TRT后出来的烟气温度的要求，不影响TRT的正常运行。

所述检测装置包括硫化氢检测仪，硫化氢检测仪设置在气液分离器的出口管道上并用来检测净煤气的含硫量。所述控制装置采用工控机，工控机通过TCP/IP以太网可编程逻辑控制装置与检测装置例如硫化氢检测仪连接。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案还包括：一种高炉煤气TRT后脱硫工艺，其特征是包括以下步骤：

S1：设备初始化；

S2：首先运行脱硫液循环装置，开启脱硫塔内喷淋，随后开启脱硫液再生装置；

S3：脱硫液循环装置正常运行后延时设定时间打开TRT后煤气总管接引管阀门及后续设备煤气阀，启动引风机，进入工作模式：

S4：当脱硫塔内液位达到设定液位后富液泵将含NaHS碱液送至脱硫液再生装置，发生氧化析硫反应生成单质硫泡沫及碳酸钠碱液；脱硫液再生装置产生的单质硫泡沫自流至硫泡沫槽，沉淀后形成液状单质硫通过压滤泵输送至压滤机压榨，生成硫膏；同时脱硫液再生装置产生的碳酸钠碱液混合来自补充液供给装置的补充液及废液槽液体，通过贫液泵再次循环至脱硫塔内喷淋装置喷淋；循环执行工作模式直至工作完成，关机。

本申请保护反应器入口设孔板流量计，控制装置通过孔板流量计监测烟气流量，设定满负荷工况：烟气流量1000m³/h对应贫液泵流量30m³/h。烟气流量与贫液泵流量成正比，通过调整贫液泵电机频率调节贫液泵流量，贫液泵流量=烟气流量*30/1000+微调量。

微调量= K*（气液分离器出口硫化氢检测仪的检测值-硫化氢目标值20mg/Nm³）且0≤微调量≤10m³/h，K为系数，该设计有助于依据烟气流量控制贫液供给量，方便本实施例调整脱硫效果。

本申请脱硫塔底部配置脱硫塔液位计来检测脱硫塔底部液位，脱硫液再生装置底部配再生液位计来监测脱硫液再生装置底部液位，脱硫塔液位计、再生液位计分别与控制装置连接，控制装置当脱硫塔液位计检测数据达到脱硫塔设定排液液位(指脱硫塔设定需要排液的位置)时控制富液泵启动排液，控制装置当脱硫塔液位计检测数据低于脱硫塔设定停止排液液位(指脱硫塔设定不需要排液的位置)时控制富液泵关闭停止排液；控制装置当再生液位计检测数据达到脱硫液再生装置设定排液液位(指脱硫液再生装置设定需要排液的位置)时控制贫液泵启动排液，控制装置当脱硫塔液位计检测数据低于脱硫液再生装置设定停止排液液位(指脱硫液再生装置设定不需要排液的位置)时控制贫液泵关闭停止排液。

本申请脱硫塔喷淋装置包括两层喷淋管，每层喷淋管均设电磁流量计和管路调节阀，电磁流量计、管路调节阀均与控制装置连接，由控制装置通过电磁流量计、管路调节阀来检测控制上层喷淋管与下层喷淋管喷淋量的比例，该比例最佳范围是1.5~2.5倍，上层喷淋管与下层喷淋管之间设置有填料层。

本申请与现有技术相比具有以下优点：对TRT发电及高炉影响小、能源消耗低、节能环保、设备简单、工作环境友好，运行安全可靠。

附图说明

图1是本申请实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本申请作进一步的详细说明，以下实施例是对本申请的解释而本申请并不局限于以下实施例。本申请所述前后是相对于处理方向而言的。

参见图1，本实施例采用高炉煤气TRT后脱硫工艺，原煤气引自TRT余压透平发电装置后端煤气总管的常温常压煤气。高炉煤气TRT后脱硫设备包括保护反应器1、水解反应器2、湿法脱硫系统3、抽气系统4及控制装置，保护反应器1、水解反应器2、湿法脱硫系统3通过抽气系统4的抽气管道依次连接。

保护反应器1包括保护反应器本体11、煤气整流器12、保护剂13。

水解反应器2包括水解反应器本体、催化剂托盘、水解催化剂。

湿法脱硫系统3包括脱硫塔31、气液分离器32、脱硫液再生装置（喷射再生槽）33、脱硫液循环装置（富液泵34、贫液泵35、熔碱槽36、废液箱37等）、压滤装置（硫泡沫槽38、压滤泵39、压滤机30）。

抽气系统4包括TRT后煤气管道，阀门系统以及引风机。

保护反应器本体11内设煤气整流器12，煤气整流器12包括导流片121和导流栅格122，保护剂包括煤气脱氯剂、除油剂、吸附剂。煤气整流器内部导流片121为折流板型式，初始烟气流经过折流板被碰撞切割均布。烟气流经过折流板均布后进入均布式导流栅格122再次被均分，使气流可以均匀的分布到通道内，确保保护剂与气体充分的接触和反应，以使煤气中的有害物质如CL^-离子、含油杂质等得到充分吸附和去除，确保后端水解催化剂活性。

水解反应器2内温度90℃以下，压力10-50KPa。

本申请控制装置采用工控机作为监控操作工作站，通过TCP/IP以太网可编程逻辑控制装置、检测装置采集实时现场所有模拟量和开关量数据，用于实现所有设备的远程控制及操作。

本申请保护反应器1入口及气液分离器32后端设硫化氢（H₂S）检测仪，实时监测硫化氢含量；

保护反应器1入口设孔板流量计，监测烟气流量，依据烟气流量来调整贫液泵35电机频率，使得：贫液泵流量=烟气流量*30/1000+微调量。

微调量= K*（气液分离器32出口硫化氢检测仪A实时检测值-硫化氢目标值20mg/Nm³）且不小于0（即小于0时微调量取值0）也不大于10m³/h（即大于10m³/h时取值10m³/h），K值根据实际系统并依据现有控制理论实验得到，也可以将硫化氢检测仪检测值-硫化氢目标值的差值结果分为四档，其中：

差值不大于0mg/Nm³时微调量取值0；

0<差值<5mg/Nm³时微调量取值3m³/h，

5mg/Nm³<差值<10mg/Nm³时微调量取值5m³/h；

差值＞10mg/Nm³时微调量取值10m³/h，根据实际差值调整，分段控制。微调量可根据实际运行情况修正。

脱硫塔31及脱硫液再生装置33底部配液位计，监测液位，分别连锁控制富液泵34及贫液泵35启停；

脱硫塔31每层（图1所示，本实施例具有两层）喷淋管312均设电磁流量计和管路调节阀，监测管路流量，控制每层喷淋量，本实施例上层喷淋管的喷淋量为下层喷淋管的1.5~2.5倍，上层喷淋管与下层喷淋管之间设置有填料层313，通过适当提高上层喷淋管的喷淋比例，来提高填料层过滤效果；

压滤泵39出口设压力变送器（图上未示出），监测压滤装置管路压力，控制压榨泵39进料；

还可以设置其他压力表计，监测压力值，监测设备运行状况。

本实施例高炉煤气TRT后脱硫设备工作步骤如下：

设备初始化，各管路、系统、阀门均在设定初始状态；

首先运行脱硫液循环装置，开启脱硫塔31内喷淋，随后开启脱硫液再生装置；

脱硫液循环装置正常运行后延时设定时间（例如5min，可调）打开TRT后煤气总管的接引管阀门41及后续设备煤气阀（净煤气接入端阀门），启动引风机321，进入工作模式；处理后净煤气返回煤气总管，去往各用气点；

当脱硫塔内液位达到设定液位（可调）后富液泵34将含NaHS碱液送至脱硫液再生装置33，发生氧化析硫反应生成单质硫泡沫及碳酸钠碱液；同时脱硫液再生装置33产生的单质硫泡沫自流至硫泡沫槽38，沉淀后形成含水率较高的液状单质硫通过压滤泵39输送至压滤机30压榨，形成含水率较低的硫膏；同时脱硫液再生装置33产生的碳酸钠碱液混合来自熔碱槽（补充液供给装置）36的补充液及废液槽37液体，通过贫液泵35再次循环至脱硫塔31内喷淋装置311喷淋。

以上各设备状态及液、气各参数均通过检测传感器采集汇总至控制装置，由控制装置控制实现自动运行、无人值守。

本申请能够将羰基硫等多种硫化物转化为硫化氢+湿法脱除硫化氢的同时，不影响TRT及高炉运行。采用高炉煤气TRT后脱硫的新技术，从源头解决用户烟气中二氧化硫超标的问题，将含硫煤气变成洁净的清洁能源。

本申请技术方案的优势：

（1）TRT后抽取烟气，对TRT发电及前端设备无影响。

本申请采用TRT后抽取煤气，利用常温催化剂水解有机硫。脱硫后煤气直接进入各用气点，对前端TRT无影响。避免了TRT发电量损失及煤气侵蚀。

（2）燃前脱硫与烟气脱硫处理气量的大大减少

实际燃烧1份高炉煤气，所产生的烟气量为1.65份高炉煤气量。

因此，对高炉煤气进行燃前脱硫处理的气体量仅为燃烧后烟气量的1/1.65=0.6；

即：处理煤气的气体量仅为烟气处理量的60%，燃前脱硫处理的气体量大幅度减少，就可以达到排放要求。

（3）燃前脱硫与烟气脱硫处理设备投资减少

高炉煤气脱硫主要设备为水解塔、脱硫塔、再生塔，由于煤气含水率低，设备腐蚀性低，采用普通的碳钢防腐即可满足工艺要求，估算燃前脱硫投资约为燃后脱硫的50%左右。

（4）运行成本低

煤气燃前脱硫设备以静态设备为主，故运行过程中无需专人维护，只需一年更换一次催化剂即可，运行费用在0.03元/km³煤气左右。

对于燃烧后烟气脱硫来说，需要专人操作设备和维护，设备故障率高。同时，设备腐蚀性大，系统需要考虑防腐措施，运行费用在0.3元/km³烟气左右。

（5）占地面积较少

对于燃前煤气脱硫来说，设备占地面积小，主要占地为水解塔、脱硫塔和再生塔等。而烟气脱硫需要布置脱硫塔，脱硫剂循环系统、除尘、脱硫灰储存回收等，占地面积大，初步估计占地面积至少是煤气脱硫的2.5倍。

（6）减少二次污染

对于燃前煤气脱硫来说，主要的二次污染为废催化剂的处理。废催化剂由于含有贵金属，故催化剂厂家可以进行回收利用，而湿法脱除硫化氢工艺主要副产品为硫膏。

对于燃烧后烟气脱硫，其主要的二次污染物脱硫灰，由于亚硫酸钙成分高，很难进行二次利用，需要作为固废进行处理，增加了运行过程中的费用。

从各方面对比来看，进行高炉煤气TRT后脱硫是解决高炉煤气用户二氧化硫超标问题的首选办法。

凡是本申请技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种高炉煤气TRT后脱硫设备，包括保护反应器、水解反应器、湿法脱硫系统、抽气系统、检测装置、控制装置，其特征是所述保护反应器入口与待处理煤气连接，待处理煤气依次经过保护反应器、水解反应器、湿法脱硫系统的脱硫塔和气液分离器并由抽气系统提供气体移动的动力，湿法脱硫系统包括脱硫液再生装置、脱硫液循环装置、压滤装置，脱硫塔处理后的脱硫废液经脱硫液循环装置输送至脱硫液再生装置处理后形成单质硫泡沫和碳酸钠碱液，单质硫泡沫经压滤装置处理后形成硫膏和压滤液，压滤液经脱硫液循环装置处理后与脱硫液再生装置底部的碳酸钠碱液混合在一起形成贫液并由脱硫液循环装置再度送入脱硫塔，检测装置用于检测高炉煤气TRT后脱硫设备参数，控制装置与抽气系统、脱硫液循环装置、压滤装置、检测装置均连接。

2.根据权利要求1所述高炉煤气TRT后脱硫设备，其特征是：所述脱硫液循环装置包括富液泵、贫液泵、补充液供给装置、废液箱、富液泵安装在脱硫塔出口与脱硫液再生装置之间用于脱硫废液的输送，贫液泵安装在脱硫液再生装置贫液出口与脱硫塔喷淋装置之间用于贫液喷淋循环利用，补充液供给装置出口、废液箱出口均连通至脱硫液再生装置底部，废液箱入口与压滤装置压滤液出口连通，控制装置与富液泵、贫液泵、补充液供给装置均连接。

3.根据权利要求1所述高炉煤气TRT后脱硫设备，其特征是：所述压滤装置包括硫泡沫槽、压滤泵、压滤机，脱硫液再生装置处理后形成的单质硫泡沫输送至硫泡沫槽进行沉淀，单质硫泡沫沉淀后形成的液状单质硫经压滤泵输送至压滤机进行压滤，压滤机输出口包括压滤泥出口和压滤液出口，压滤液出口连通至脱硫液循环装置，控制装置与压滤泵、压滤机均连接。

4.根据权利要求1所述高炉煤气TRT后脱硫设备，其特征是：所述保护反应器包括保护反应器本体、煤气整流器，煤气整流器包括导流片和导流栅格，保护反应器本体采用密封筒式结构，保护反应器本体内下部设置煤气整流器，煤气整流器上方设置保护剂，保护反应器入口位于煤气整流桥下方，保护反应器出口位于保护反应器本体上部。

5.根据权利要求1所述高炉煤气TRT后脱硫设备，其特征是：所述水解反应器包括水解反应器本体、催化剂托盘，水解反应器本体内设置催化剂托盘，催化剂托盘上设置水解催化剂，水解反应器入口位于水解反应器本体下部，水解反应器出口位于水解反应器本体上部。

6.根据权利要求1所述高炉煤气TRT后脱硫设备，其特征是：所述检测装置包括硫化氢检测仪，硫化氢检测仪设置在气液分离器的出口管道上。

7.根据权利要求1所述高炉煤气TRT后脱硫设备，其特征是：所述控制装置采用工控机，工控机通过TCP/IP以太网可编程逻辑控制装置与检测装置连接。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述高炉煤气TRT后脱硫工艺，其特征是包括以下步骤：

S1：设备初始化；

S2：首先运行脱硫液循环装置，开启脱硫塔内喷淋，随后开启脱硫液再生装置；

S3：脱硫液循环装置正常运行后延时设定时间打开TRT后煤气总管接引管阀门及后续设备煤气阀，启动引风机，进入工作模式：

S4：当脱硫塔内液位达到设定液位后富液泵将含NaHS碱液送至脱硫液再生装置，发生氧化析硫反应生成单质硫泡沫及碳酸钠碱液；脱硫液再生装置产生的单质硫泡沫自流至硫泡沫槽，沉淀后形成液状单质硫通过压滤泵输送至压滤机压榨，生成硫膏；同时脱硫液再生装置产生的碳酸钠碱液混合来自补充液供给装置的补充液及废液槽废液，通过贫液泵再次循环至脱硫塔内喷淋装置喷淋；循环执行工作模式直至工作完成，关机。

9.根据权利要求8所述高炉煤气TRT后脱硫工艺，其特征是：保护反应器入口设孔板流量计，控制装置与孔板流量计连接，贫液泵流量=孔板流量计检测得到的烟气流量*30/1000+微调量；

微调量= K*（气液分离器出口硫化氢检测仪检测值-硫化氢目标值）且0≤微调量≤10m³/h，K为系数。

10.根据权利要求8所述高炉煤气TRT后脱硫工艺，其特征是：脱硫塔喷淋装置包括两层喷淋管，每层喷淋管均设电磁流量计和管路调节阀，电磁流量计、管路调节阀均与控制装置连接，由控制装置通过电磁流量计、管路调节阀来检测控制上层喷淋管的喷淋量为下层喷淋管的1.5~2.5倍，上层喷淋管与下层喷淋管之间设置有填料层。

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