CN113604255A - 一种高炉煤气硫资源利用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种高炉煤气硫资源利用装置。本发明的高炉煤气硫资源利用装置，包括：预处理单元、吸附/脱附单元、输送单元、加热单元、催化单元和冷凝回收单元；所述预处理单元的进口与待处理的高炉煤气相导通，所述预处理单元用于对待处理的高炉煤气进行脱氯、降温除水、升温除湿、过滤脱氧；所述吸附/脱附单元的进口与所述预处理单元的出口相导通，所述吸附/脱附单元用于对高炉煤气的含硫物质进行分离；所述输送单元设置在所述吸附/脱附单元的吸附出气口处，所述输送单元用于将洁净煤气输送至用气点。本发明的高炉煤气硫资源利用装置可实现对高炉煤气的低投资、低能耗脱硫，并对含硫物种资源加以利用。
Description
技术领域
本发明实施例涉及节能环保技术领域，尤其涉及一种高炉煤气硫资源利用装置。
背景技术
高炉煤气是钢铁企业在高炉炼铁中副产的工业燃气，吨铁的产量大约为 1500-2000Nm3，主要成分为CO2(6-15％)、CO(28-35％)、H2(2-8％)、 N2(55-60％)、CxHy(0.2-0.5％)、大量粉尘、水汽、少量氯化物和少量含硫物种，其中含硫物种以COS、H2S为主，浓度在80-220mg/m3，热值3000-4000KJ/Nm3，出炉温度100-160℃。
高炉煤气脱硫净化是国家重点推动的环保减排行业，最新政策《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》要求煤气燃烧烟气的SO2排放浓度低于 50mg/m3。高炉煤气作为一种低热值燃气一般送去高炉热风炉、轧钢加热炉、煤气发电等用户单元作为燃料使用。由于用户点分散，用户多，单独建设用户点脱硫装置投资更大，运行成本更高，管理复杂。因此，采用前端集中脱硫方式可极大降低投资和运行成本。
目前，高炉煤气脱硫方法多以湿法脱硫为主。如专利CN206927863U公开了一种脱除高炉煤气硫化氢的方法，该方法将高炉煤气通入碱洗塔，通过碱洗的作用脱除高炉煤气中的硫化氢，但对于煤气中的有机硫则难以进行有效的脱除。如专利CN110643395A公开的一种高炉煤气精脱硫工艺，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。该方法的缺陷在于脱硫工艺流程过长，脱硫过程产生大量含硫废水，会造成二次污染。此外，也有干法脱硫工艺的报道。如专利CN110252069A公开了一种高炉煤气干法脱硫的方法，该方法通过微晶材料吸附有机硫和无机硫物种，可一步吸附脱除高炉煤气中的硫化物，但存在微晶吸附材料装载量大，投资高、床层压损大、运行能耗高等缺点。如专利CN112322363A公开了一种高炉煤气干法脱硫的方法，将吸附剂进行交错分布、旋转和波形的形式安置有效降低了吸附剂装载量，但该工艺依然存在着吸附剂利用率不高，吸附床压损过大，运行能耗高的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种高炉煤气硫资源利用装置，针对上述问题，采用了新的工艺设计思路，可实现对高炉煤气的低投资、低能耗脱硫，并对含硫物种资源加以利用。
本发明实施例提供一种高炉煤气硫资源利用装置，包括：预处理单元、吸附/脱附单元、输送单元、加热单元、催化单元和冷凝回收单元；
所述预处理单元的进口与待处理的高炉煤气相导通，所述预处理单元用于对待处理的高炉煤气进行脱氯、降温除水、升温除湿、过滤脱氧；
所述吸附/脱附单元的进口与所述预处理单元的出口相导通，所述吸附/ 脱附单元用于对高炉煤气的含硫物质进行分离；
所述输送单元设置在所述吸附/脱附单元的吸附出气口处，所述输送单元用于将洁净煤气输送至用气点；
所述加热单元设置在所述吸附/脱附单元的脱附出气口处，所述加热单元用于向对含硫废气进行加热；
所述催化单元与所述吸附/脱附单元的脱附出气口相导通，所述催化单元用于将含硫废气中的硫化合物生成气态硫单质；
所述冷凝回收单元的进口与所述催化单元的出口相导通，所述冷凝回收单元用于对硫磺进行降温收集。
采用该技术方案，一方面实现了对含硫物质的资源化利用，降低对空气的污染量，另一方面实现了对煤气的收集利用，提高了煤气的利用率，同时，也实现了集中脱硫，提高了脱硫的效率。
在一种可行的方案中，所述预处理单元包括：脱氯模块、降温模块、除湿模块和过滤脱氧模块；
待处理高炉煤气依次通入所述脱氯模块、降温模块、除湿模块和过滤脱氧模块后，进入吸附/脱附模块；
且所述降温模块包括：第一级降温子模块和第二级降温子模块，且所述第一级降温子模块和所述第二级降温子模块串联；
所述除湿模块包括：预除湿子模块和升温除湿子模块，且所述预除湿子模块、所述升温除湿子模块串联。
采用该技术方案，一方面，实现了对含硫物质的处理及硫资源的回收利用，另一方面减轻了对大气的污染，与此同时，相比现有的高炉煤气处理装置，该装置的结构简单、造价低，同时工艺布局合理，以较低的能耗为代价来推动相对简单的工艺步骤，从而既实现了高炉煤气的废气处理、硫的资源化，还降低了投资成本和运营成本。
在一种可行的方案中，所述第一级降温子模块包括：第一换热器、冷水塔和第一冷源；
待处理高炉煤气通入所述第一换热器内进行冷却，所述冷水塔用于向所述第一换热器提供用于冷却的冷却水，所述第一冷源用于对流回所述冷却塔内的水进行冷却。
采用该技术方案的第一级降温子模块，具有结构相对简单、便于维护、降低运行成本的优点。
在一种可行的方案中，所述第一冷源为所述冷却塔外周的空气。
采用该种技术方案，是利用空气对返回冷水塔内的升温后的水进行冷却，使得冷却过程中无需额外提供冷源，从而可以进一步地提高整体的能源利用效率。
在一种可行的方案中，所述脱氯模块包括：SiO2脱氯球；
所述SiO2脱氯球由碱金属浸渍而成，所述SiO2脱氯球层叠在所述脱氯模块内，所述SiO2脱氯球用于对通过其间的高炉煤气进行脱氯，并使脱氯后的煤气中氯含量低于1mg/m3。
采用该技术方案，一方面是利用SiO2脱氯球脱硫效果好的特点，另一方面，是为了降低脱硫模块的体积，并降低运行的成本。
在一种可行的方案中，所述催化单元包括：活性成分和载体；
所述活性成分为Cu、Fe、Mn、Co、Ce、V、Zn中的一种或几种，所述活性成分的负载量为1-10wt％；
所述活性成分的载体为蜂窝堇青石，且目数小于200目。
采用该技术方案，是为了保证催化效果更加理想，保证反应更加充分，同时可以使催化效率符合要求。
在一种可行的方案中，所述加热单元为电加热器。
采用该技术方案，是为了使整个装置体积更小，加热可调整能力更强，同时更容易对高炉煤气硫资源利用装置进行自动化控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中高炉煤气硫资源利用装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例二中高炉煤气硫资源利用装置的整体结构示意图。
图中标号：
1、预处理单元；110、脱氯模块；120、降温模块；1201、第一换热器； 1202、凉水塔；1203、第二换热器；1024、溴化锂机组；130、除湿模块；1301、预除湿子模块；1302、升温除湿子模块；140、过滤脱氧模块；1401、过滤脱氧器；2、吸附/脱附单元；201、旋转吸附床；202、脱附换热器；203、脱附风机；204、流量计；3、加热单元；4、催化单元；5、冷凝回收单元；501、冷凝回收器；6、输送单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例一中高炉煤气硫资源利用装置的整体结构示意图，图2为本发明实施例二中高炉煤气硫资源利用装置的整体结构示意图。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的高炉煤气硫资源利用装置，包括：预处理单元1、吸附/脱附单元2、输送单元6、加热单元3、催化单元4和冷凝回收单元5。
其中，预处理单元1包括多个功能子模块，分别实现不同的功能，如脱氯、降温除水、升温除湿、过滤脱氧等。预处理单元1的进口与待处理的高炉煤气相导通。
吸附/脱附单元2的进口与预处理单元1的出口相导通，吸附/脱附单元2 包括至少两个子模块，如吸附模块和脱附模块，用于对高炉煤气的含硫物质进行分离。需要说明的是，吸附/脱附单元2的脱附出口用于将含硫废气排出进行脱硫，另一个是洁净煤气回收口，用于将经过除硫的煤气排出、输送到用气点。
输送单元6设置在所述吸附/脱附单元2的吸附出气口处，输送单元6用于将洁净煤气输送至用气点。
加热单元3设置在吸附/脱附单元2的脱附出气口处，加热单元3用于向对含硫废气进行加热。
催化单元4与吸附/脱附单元2的脱附出气口相导通，催化单元4用于将含硫废气中的硫化合物生成气态硫单质。
冷凝回收单元5的进口与催化单元4的出口相导通，冷凝回收单元5用于对硫磺进行降温收集。
该高炉煤气硫资源利用装置的原理是，首先对高炉煤气进行初步处理，为吸附/脱附过程做准备；然后，将高炉煤气经吸附、脱附过程，一分为二，一部分变成浓缩的含硫废气，对其进行硫资源的还原、收集，实现硫资源的回收利用，另一部分，则是将脱硫等工序后可进行再利用的煤气进行回收利用。
采用该技术方案，一方面实现了对含硫物质的资源化利用，降低对空气的污染量，另一方面实现了对煤气的收集利用，提高了煤气的利用率。
实施例二
本实施例是实施例一中高炉煤气硫资源利用装置的一种可选实施方案。如图2所示，在本实施例中，预处理单元1包括脱氯模块110、降温模块120、除湿模块130和过滤脱氧模块140。其中，预处理单元1的进口接收待处理的高炉煤气，接收到的高炉煤气首先进入脱氯模块110，脱氯模块110用于去除含氯物质。高炉煤气经过脱氯模块110后，需要进行降温模块120进行降温，降温可以将气体中的不饱和水冷凝为过饱和的液态水，然后通过精密除雾器除去，从而使后续再升温过程后的气体相对湿度降低，进而保证后面用吸附/脱附单元2(如分子筛)吸附的吸附效率。
由于需要降温的冷量太大、温度需要降低到很低，采用二级降温方法，具体为：降温模块120包括第一级降温子模块和第二级降温子模块。其中，第一级降温子模块采用水冷降温。一种可能的第一级降温子模块包括：第一换热器1201、冷水塔和第一冷源；其中，待处理高炉煤气通入第一换热器1201 内进行冷却，通过冷水塔供给低温水，低温水流入第一换热器1201，高炉煤气在第一换热器1201内与低温水换热，高炉煤气温度降到40℃左右，第一冷源用于对流回冷水塔的升温水进行冷却，以实现冷却水的循环利用。采用该技术方案的第一级降温子模块，具有结构相对简单、便于维护、降低运行成本的优点。经过第一级降温子模块换热后的水温度升高，对其进行冷却后，可重新进入冷水塔中循环使用。此外，一种可能的第一冷源为空气，也即冷却塔外周的流动空气，利用空气作为冷源对流入冷却塔的升温水进行冷却。采用该种技术方案，是利用空气对返回冷水塔内的升温后的水进行冷却，使得冷却过程中无需额外提供冷源，从而可以进一步地提高整体的能源利用效率。
经过第一级降温子模块后，温度降到40℃左右的高炉煤气进入第二级降温子模块，第二级降温子模块包括第二换热器1203和溴化锂机组1024，经过一级降温后的高炉煤气进入到第二换热器1203内，实现二级降温，温度降至20℃左右。
经过二级降温，一方面通过冷却去除了高炉煤气中的绝大部分的水分，另一方面，该降温方式可以使整体的能耗很低，同时可以降低投资成本。
进一步地，经过除氯、降温的高炉煤气中，仍然含有很多的水分，影响后续的催化反应。基于此，需要对高炉煤气进行进一步的除湿，将高炉煤气通入到除湿模块130中。在除湿模块130中，由于较高温度下的空气中含有较高的水，为了将这部分水尽可能排出，从而降低气体的相对湿度，将除湿模块130分成了两个模块：预除湿子模块1301和升温除湿子模块1302。其中，预除湿子模块1301用于对高炉煤气进行除湿预处理，升温除湿子模块 1302是对高炉煤气进行加热，以升温至35～80℃进行除湿，以使其湿度降低至80％以下。
高炉煤气经过除湿后，被输送到过滤脱氧模块140，对高炉煤气中的颗粒物等进行处理，使其颗粒物含量＜5mg/m3，氧含量小于0.1％。一种可能的过滤脱氧模块140包括：至少两个并联的过滤脱氧器1401。高炉煤气经过过滤、脱氧后，被输送到吸附/脱附单元2，吸附/脱附单元2的作用是对高炉煤气进行脱氯和分流，也即对高炉煤气中的含硫物质进行分离以备资源化利用、对经过净化的高炉煤气进行回收。一种可能的吸附/脱附单元2包括：旋转吸附床201、脱附换热器202、脱附风机203和流量计204。其中，高炉煤气进入旋转吸附床201的吸附口后，被旋转吸附床201所吸附，然后向旋转吸附床201通入经过脱附换热器202进行加热的氮气，氮气进入到旋转吸附床201 的脱附功能区后，使含硫物质被脱附，从而实现将含硫物质和洁净高炉煤气分离的目的。
洁净高炉煤气被输送单元6，再由输送带元送到高炉煤气用气点使用，实现资源的再利用。一种可能的气体吸附/脱附物质为H2S和COS，此时含硫废气需要被输入一定流量的空气，选择性氧化产生硫单质，具体的化学反应式如下：
COS+H2O＝CO2+H2S
2H2S+O2＝2H2O+2S
这部分空气的流量通过流量计204来检测。混合了空气的含硫废气被送入到加热单元3中。从加热单元3出来后的含硫废气被送入到催化单元4中，并在催化单元4中被还原呈含有气态硫单质的空气。
含有硫单质的空气被送到冷凝回收单元5中，冷凝回收单元5的作用是将含硫气体冷下来，凝华为单质。一种可能的冷凝回收单元5包括：至少两个并联的冷凝回收器501，这是由于目前采用的单冷凝回收器501多由于凝华的硫单质凝结在换热器上，导致堵塞换热器。硫被冷凝回收单元5所回收，被去除气态硫单质的空气经烟囱排出。
采用该技术方案，一方面，实现了对含硫物质的处理及硫资源的回收利用，另一方面减轻了对大气的污染，与此同时，相比现有的高炉煤气处理装置，该装置的结构简单、造价低，同时工艺布局合理，以较低的能耗为代价来推动相对简单的工艺步骤，从而既实现了高炉煤气的废气处理、硫的资源化，还降低了投资成本和运营成本。
可选的，本实施例中的高炉煤气硫资源利用装置，其中的脱氯模块110 包括：SiO2脱氯球。SiO2脱氯球由碱金属浸渍而成，SiO2脱氯球层叠在脱氯模块110内，SiO2脱氯球用于对通过其间的高炉煤气进行脱氯，并使脱氯后的煤气中氯含量低于1mg/m3。
采用该技术方案，一方面是利用SiO2脱氯球脱硫效果好的特点，另一方面，是为了降低脱硫模块的体积，并降低运行的成本。
可选的，本实施例中的高炉煤气硫资源利用装置，催化单元4包括：活性成分和载体。其中，活性成分为Cu、Fe、Mn、Co、Ce、V、Zn中的一种或几种，活性成分的负载量为1-10wt％，且活性成分的载体为蜂窝堇青石，同时目数小于200目。
采用该技术方案，是为了保证催化效果更加理想，保证反应更加充分，同时可以使催化效率符合要求。
可选的，本实施例中的高炉煤气硫资源利用装置，其中的加热单元为电加热器。
采用该技术方案，是为了使整个装置体积更小，加热可调整能力更强，同时更容易对高炉煤气硫资源利用装置进行自动化控制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。
而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种高炉煤气硫资源利用装置，其特征在于，包括：预处理单元、吸附/脱附单元、输送单元、加热单元、催化单元和冷凝回收单元；
所述预处理单元的进口与待处理的高炉煤气相导通，所述预处理单元用于对待处理的高炉煤气进行脱氯、降温除水、升温除湿、过滤脱氧；
所述吸附/脱附单元的进口与所述预处理单元的出口相导通，所述吸附/脱附单元用于对高炉煤气的含硫物质进行分离；
所述输送单元设置在所述吸附/脱附单元的吸附出气口处，所述输送单元用于将洁净煤气输送至用气点；
所述加热单元设置在所述吸附/脱附单元的脱附出气口处，所述加热单元用于向对含硫废气进行加热；
所述催化单元与所述吸附/脱附单元的脱附出气口相导通，所述催化单元用于将含硫废气中的硫化合物生成气态硫单质；
所述冷凝回收单元的进口与所述催化单元的出口相导通，所述冷凝回收单元用于对硫磺进行降温收集。
2.根据权利要求1所述的高炉煤气硫资源利用装置，其特征在于，所述预处理单元包括：脱氯模块、降温模块、除湿模块和过滤脱氧模块；
待处理高炉煤气依次通入所述脱氯模块、降温模块、除湿模块和过滤脱氧模块后，进入吸附/脱附模块；
且所述降温模块包括：第一级降温子模块和第二级降温子模块，且所述第一级降温子模块和所述第二级降温子模块串联；
所述除湿模块包括：预除湿子模块和升温除湿子模块，且所述预除湿子模块、所述升温除湿子模块串联。
3.根据权利要求2所述的高炉煤气硫资源利用装置，其特征在于，所述第一级降温子模块包括：第一换热器、冷水塔和第一冷源；
待处理高炉煤气通入所述第一换热器内进行冷却，所述冷水塔用于向所述第一换热器提供用于冷却的冷却水，所述第一冷源用于对流回所述冷却塔内的水进行冷却。
4.根据权利要求3所述的高炉煤气硫资源利用装置，其特征在于，所述第一冷源为所述冷却塔外周的空气。
5.根据权利要求4所述的高炉煤气硫资源利用装置，其特征在于，所述脱氯模块包括：SiO2脱氯球；
所述SiO2脱氯球由碱金属浸渍而成，所述SiO2脱氯球层叠在所述脱氯模块内，所述SiO2脱氯球用于对通过其间的高炉煤气进行脱氯，并使脱氯后的煤气中氯含量低于1mg/m3。
6.根据权利要求5所述的高炉煤气硫资源利用装置，其特征在于，所述催化单元包括：活性成分和载体；
所述活性成分为Cu、Fe、Mn、Co、Ce、V、Zn中的一种或几种，所述活性成分的负载量为1-10wt％；
所述活性成分的载体为蜂窝堇青石，且目数小于200目。
7.根据权利要求6所述的高炉煤气硫资源利用装置，其特征在于，所述加热单元为电加热器。
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