CN113477027B - 高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置及方法，属于大气净化环保工艺技术领域。该装置包括若干并联吸附器、可改变所述吸附器进气方向的主管道、与吸附器构成回路的循环加热系统和与循环加热系统相连通的含硫蒸汽冷却回收系统，通过吸附器对进气管道进入的煤气进行吸附，并通过循环加热系统与含硫蒸汽冷却回收系统对吸附剂进行硫单质脱附。通过一体化的吸附再生装置来实现活性炭的再生和硫的回收、其效率高机械磨损小且可靠性高，解决了传统装置脱硫复杂，投资大能耗高等缺点。

Description

高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置及方法

技术领域

本发明属于大气净化环保工艺技术领域，涉及一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置及方法。

背景技术

高炉在冶炼过程中将产生大量高炉煤气，每冶炼1吨铁将产生约1400～1800m³的高炉煤气。随着国内环保要求的提高，环保人士逐渐被认识到，高炉煤气燃烧后的烟气中含硫量较高，亟需进行处理。但由于高炉煤气在钢铁冶炼全流程中应用极为广泛，对所有使用高炉煤气的炉窑进行烟气脱硫处理的难度极大。因此，很多钢企近年来一直在寻求在高炉煤气侧进行脱硫的可行技术，即高炉煤气除尘后，将有机硫水解转化为硫化氢后进行脱除。

采用常规干法活性炭进行烟气脱硫，技术可行，但活性炭硫容有限，脱除到一定程度后需要再生，常规的活性炭再生方法是将活性炭连续排出到指定的罐体中进行加热再生，需要辅以较多的设备，如气力输送装置、再生塔等，整个过程投资大，能耗高。基于此，本专利提供了脱硫再生一体的装置，从而解决传统脱硫塔解析再生时遇到的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置及方法，通过一体化的吸附再生装置来实现活性炭的再生和硫的回收、其效率高机械磨损小且可靠性高，解决了传统装置脱硫复杂，投资大能耗高等缺点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置，包括若干并联设置的其内设有吸附剂的吸附器、与各吸附器构成回路的一套循环加热系统，以及分别与循环加热系统相连通的一套含硫蒸汽冷却回收系统和氮气源；各吸附器的上部接口和下部接口分别通过支管道连接变向管道，变向管道连接主管道，主管道接入高炉煤气管网；主管道和变向管道上均设有切断阀，二者相互配合以控制吸附器通气方向在上进下出路由和下进上出路由之间切换；各吸附器的支管道上设有切断阀，以控制相应吸附器的通断。

进一步，吸附器包括壳体、覆于壳体外壁的保温层，以及对称设于壳体内的吸附层，吸附层与壳体内壁之间设有环形外通道，吸附层之间设有中间通道，中间通道的两端分别与吸附器的上部接口和下部接口相对应；中间通道内间隔设置有上挡板和下挡板，中间通道被上挡板和下挡板分割成上中下三个独立空间。

进一步，吸附层主要由外约翰逊网、内约翰逊网及二者之间填充的吸附剂构成；吸附器的壳体顶部对应吸附层设有加料口，吸附器的壳体底部对应吸附层设有排料口。

进一步，吸附层和环形外通道内分别设有温度传感器；环形外通道内还设有压力传感器。

进一步，吸附剂为颗粒状活性炭，其粒径范围为2-10mm，长径比为0.5-3。

进一步，吸附器内上挡板与下挡板之间的距离大于或等于外约翰逊网到内约翰逊网的距离。

进一步，循环加热系统包括通过加热管道相连的高温循环风机和氮气加热器，以及设于加热管道与吸附器相连区段上的切断阀。

进一步，含硫蒸汽冷却回收系统包括通过冷却管道与循环加热系统连通的喷淋冷却塔，冷却管道上设有切断阀；喷淋冷却塔内设有喷枪，喷枪通过喷淋冷却塔外的喷淋冷却水开关控制开闭，喷淋冷却塔的底部设有排水阀，顶部设有排气管及安装在排气管上的真空泵。

一种如权利要求1所述的高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置的使用方法，包括以下步骤：

S1.脱硫吸附：打开部分吸附器的切断阀，使其进入脱硫吸附状态，通过吸附器内的吸附剂对煤气进行脱硫处理；

其中，根据吸附器煤气入口的硫化氢浓度及吸附器内吸附剂的工作硫容，确定吸附剂的工作时间，通过主管道和变向管道上切断阀的相互配合，控制一半的工作时间采用吸附器的上进下出路由，一半的工作时间采用吸附器的下进上出路由；

并且，脱硫吸附过程中，始终保持部分吸附器作为备用吸附器；

S2.吸附剂再生：当某一吸附器内的吸附剂需要再生时，关闭该吸附器的切断阀，开启循环加热系统和氮气源，同时打开备用吸附器的切断阀，使其进入脱硫吸附状态，参与脱硫处理过程；

通过氮气源向循环加热系统中供入氮气，当该吸附器内压力达到3公斤时，停止供入氮气；通过循环加热系统对该吸附器内的吸附剂进行加热再生；

S3.冷却回收：当加热到一定温度并维持一定时间后，开启含硫蒸汽冷却回收系统，对加热产生的含硫蒸汽进行冷却并回收硫单质；

S4.压力平衡：当步骤S2中进行吸附剂再生的吸附器内压力达到真空时，关闭含硫蒸汽冷却回收系统，同时开启氮气源向循环加热系统再次供入氮气，待该吸附器内压力达到1个大气压时，关闭循环加热系统，完成该吸附器内吸附剂的再生；

S5.循环步骤S1～S4。

进一步，步骤S2中，循环加热系统对需再生的吸附剂先加热到450℃～500℃，并持续2小时。

本发明的有益效果在于：

通过一体化的吸附再生装置来实现活性炭的吸附、再生和硫的冷却回收，吸附器的并联和备用吸附器的使用，可以使其烟气的脱硫吸附和活性炭的再生同时进行，不会影响烟气脱硫效率，提高了高炉煤气脱硫效率；采用可改变进气方向的管网，可以使吸附剂的硫容上部和下部大致相同，提高了吸附剂的利用率；整个一体化的装置，通过切断阀控制整个的通路，减少了机械磨损小，可靠性得到了提高，解决了传统装置脱硫复杂，投资大能耗高等缺点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1吸附器下进上出路由及烟气流向示意图；

图2吸附器上进下出路由及烟气流向示意图；

图3图2中A向高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置示意图；

图4吸附器内部烟气下进上出流向示意图；

图5吸附器内部烟气上进下出流向示意图；

附图标记：吸附器1、主管道2、变向管道3、壳体4、中间通道5、下部接口6、上部接口7、内约翰逊网8、外约翰逊网9、环形外通道10、加料口11、排料口12、上挡板13、下挡板14、温度传感器15、压力传感器16、氮气加热器17、吸附器加压管18、高温循环风机19、喷淋冷却水开关20、喷枪21、喷淋冷却塔22、排水阀23、排气管24、真空泵25、切断阀26、切断阀27、切断阀28、切断阀29、切断阀30、切断阀31、保温层32、循环加热系统33、含硫蒸汽冷却回收系统34、吸附剂35、温度传感器36、切断阀37、切断阀38、切断阀39、切断阀40。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-5，一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置，包括若干并联设置的其内设有吸附剂35的吸附器1、与各吸附器1构成回路的一套循环加热系统33，以及分别与循环加热系统33相连通的一套含硫蒸汽冷却回收系统34和氮气源。

各吸附器1的上部接口7和下部接口6分别通过支管道连接变向管道3，变向管道3连接主管道2，主管道2接入高炉煤气管网；主管道2上设有切断阀29和切断阀30，变向管道3的端部设有切断阀28和切断阀31，主管道2上的切断阀和变相管道上的切断阀相互配合以控制吸附器1通气方向在上进下出路由和下进上出路由之间切换；各吸附器的支管道上设有切断阀，以控制相应吸附器的通断。具体来说，打开切断阀28和切断阀30，同时关闭切断阀29和切断阀31，实现吸附器1的下进上出路由；关闭切断阀28和切断阀30，同时打开切断阀29和切断阀31，实现吸附器的下进上出路由。

吸附器1是数量根据实际工况设置，如可在5～9个范围内选择，本实施例中吸附器1数量为5个。

吸附器1包括壳体4、覆于壳体4外壁的保温层32，以及对称设于壳体4内的吸附层，吸附层与壳体4内壁之间设有环形外通道10，吸附层之间设有中间通道5，中间通道5的两端分别与吸附器1的上部接口7和下部接口6相对应；中间通道5内间隔设置有上挡板13和下挡板14，中间通道5被上挡板13和下挡板14分割成上中下三个独立空间。吸附层主要由外约翰逊网9、内约翰逊网8及二者之间填充的吸附剂35构成；吸附器1的壳体4顶部对应吸附层设有加料口11，吸附器1的壳体底部对应吸附层设有排料口12。吸附器1内上挡板13与下挡板14之间的距离大于或等于外约翰逊网9到内约翰逊网8的距离。吸附层内设有温度传感器15，环形外通道10内设有温度传感器36；环形外通道10内还设有压力传感器16。

本实施中，吸附剂35为颗粒状活性炭，其粒径范围为2-10mm，长径比为0.5-3。

循环加热系统33包括通过加热管道相连的高温循环风机19和氮气加热器17，以及设于加热管道与吸附器1相连区段上的切断阀37和切断阀40。氮气源通过吸附器1加压管与氮气加热器17相连，吸附器1加压管上设有切断阀38。

含硫蒸汽冷却回收系统34包括通过冷却管道与循环加热系统33连通的喷淋冷却塔22，冷却管道上设有切断阀39；喷淋冷却塔22内设有喷枪21，喷枪21通过喷淋冷却塔22外的喷淋冷却水开关20控制开闭，喷淋冷却塔22的底部设有排水阀23，顶部设有排气管24及安装在排气管24上的真空泵25。

本实施例公开的高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置的使用方法，包括以下步骤：

S1.脱硫吸附：打开其中4个吸附器1的切断阀26和切断阀27，使其进入脱硫吸附状态，通过吸附器1内的吸附剂35对煤气进行脱硫处理；

其中，根据吸附器1煤气入口的硫化氢浓度及吸附器1内吸附剂35的工作硫容，确定吸附剂35的工作时间，通过主管道2和变向管道3上切断阀的相互配合，控制一半的工作时间采用吸附器的上进下出路由，一半的工作时间采用吸附器的下进上出路由；

并且，脱硫吸附过程中，始终保持有1个吸附器1作为备用吸附器；

S2.吸附剂35再生：当某一吸附器1内的吸附剂35需要再生时，关闭该吸附器1的切断阀26和切断阀27，打开切断阀37和切断阀40，从而开启循环加热系统33，打开切断阀38以开启氮气源，同时打开备用吸附器1的切断阀26和切断阀27，使其进入脱硫脱附状态，参与脱硫处理过程；

通过氮气源向循环加热系统33中供入氮气，当该吸附器1内压力表测得压力达到3公斤时，关闭切断阀38，停止供入氮气；通过循环加热系统33的氮气加热器17对该吸附器1内的吸附剂35进行加热再生；当该吸附器1内温度传感器15测得加热温度达加450～500℃时，维持2～3小时；

S3.冷却回收：当加热到450～500℃并维持二小时后，关闭高温循环风机19，打开切断阀39，打开喷淋冷却水开关20，打开真空泵25，使得含硫蒸汽冷却回收系统34开始工作，对加热产生的含硫蒸汽进行冷却并回收硫单质；打开排水阀23，将硫单质从水中分离出来；

S4.压力平衡：当步骤S2中进行吸附剂35再生的吸附器1内压力表测得的压力接近真空时，关闭切断阀39，关闭真空泵25，关闭喷淋冷却水开关20，同时打开切断阀38，氮气源向循环加热系统33再次供入氮气，待该吸附器1内压力达到1个大气压时，关闭切断阀38、切断阀37和切断阀40，完成该吸附器1内吸附剂35的再生；

S5.循环步骤S1～S4。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置，其特征在于：包括若干并联设置的其内设有吸附剂的吸附器、与各吸附器构成回路的一套循环加热系统，以及分别与循环加热系统相连通的一套含硫蒸汽冷却回收系统和氮气源；各吸附器的上部接口和下部接口分别通过支管道连接变向管道，变向管道连接主管道，主管道接入高炉煤气管网；主管道和变向管道上均设有切断阀，二者相互配合以控制吸附器通气方向在上进下出路由和下进上出路由之间切换；各吸附器的支管道上设有切断阀，以控制相应吸附器的通断；

所述吸附器包括壳体、覆于壳体外壁的保温层，以及对称设于壳体内的吸附层，吸附层与壳体内壁之间设有环形外通道，吸附层之间设有中间通道，中间通道的两端分别与吸附器的上部接口和下部接口相对应；中间通道内间隔设置有上挡板和下挡板，中间通道被上挡板和下挡板分割成上中下三个独立空间；

所述含硫蒸汽冷却回收系统包括通过冷却管道与循环加热系统连通的喷淋冷却塔，冷却管道上设有切断阀；喷淋冷却塔内设有喷枪，喷枪通过喷淋冷却塔外的喷淋冷却水开关控制开闭，喷淋冷却塔的底部设有排水阀，顶部设有排气管及安装在排气管上的真空泵。

2.根据权利要求1所述的一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置，其特征在于：所述吸附层主要由外约翰逊网、内约翰逊网及二者之间填充的吸附剂构成；吸附器的壳体顶部对应吸附层设有加料口，吸附器的壳体底部对应吸附层设有排料口。

3.根据权利要求1所述的一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置，其特征在于：所述吸附层和环形外通道内分别设有温度传感器；环形外通道内还设有压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置，其特征在于：所述吸附剂为颗粒状活性炭，其粒径范围为2-10mm，长径比为0.5-3。

5.根据权利要求2所述的一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置，其特征在于：所述吸附器内上挡板与下挡板之间的距离大于或等于外约翰逊网到内约翰逊网的距离。

6.根据权利要求1所述的一种高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置，其特征在于：所述循环加热系统包括通过加热管道相连的高温循环风机和氮气加热器，以及设于加热管道与吸附器相连区段上的切断阀。

7.一种如权利要求1所述的高炉煤气脱硫吸附、再生和冷却回收一体化装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.脱硫吸附：打开部分吸附器的切断阀，使其进入脱硫吸附状态，通过吸附器内的吸附剂对煤气进行脱硫处理；

其中，根据吸附器煤气入口的硫化氢浓度及吸附器内吸附剂的工作硫容，确定吸附剂的工作时间，通过主管道和变向管道上切断阀的相互配合，控制一半的工作时间采用吸附器的上进下出路由，一半的工作时间采用吸附器的下进上出路由；

并且，脱硫吸附过程中，始终保持部分吸附器作为备用吸附器；

S2.吸附剂再生：当某一吸附器内的吸附剂需要再生时，关闭该吸附器的切断阀，开启循环加热系统和氮气源，同时打开备用吸附器的切断阀，使其进入脱硫吸附状态，参与脱硫处理过程；

通过氮气源向循环加热系统中供入氮气，当该吸附器内压力达到3公斤时，停止供入氮气；通过循环加热系统对该吸附器内的吸附剂进行加热再生；

S3.冷却回收：当加热到450～500℃并维持2小时后，开启含硫蒸汽冷却回收系统，对加热产生的含硫蒸汽进行冷却并回收硫单质；

S4.压力平衡：当步骤S2中进行吸附剂再生的吸附器内压力达到真空时，关闭含硫蒸汽冷却回收系统，同时开启氮气源向循环加热系统再次供入氮气，待该吸附器内压力达到1个大气压时，关闭循环加热系统，完成该吸附器内吸附剂的再生；

S5.循环步骤S1～S4。

Images