CN115433612B - 一种活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统及方法，活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统包括净化子系统和再生活化子系统，净化子系统包括装有活性炭的净化塔，再生活化子系统包括连接在吸附饱和的吸附塔上的再生活化气体循环管路，再生活化气体循环管路的进出口端分别与吸附饱和的净化塔的煤气进口和净化气出口连接，再生活化气体循环管路上设有再生活化气体循环风机，再生活化气体循环管路上位于再生活化气体循环风机之前连接有活化气体管路，活化气体管路上并联有氮气补充管路，再生活化气体循环管路上位于再生活化气体循环风机之后连接有升温换热器，升温换热器的热媒进出口之间连接有加热气体循环管路。
Description
技术领域
本发明涉及一种活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统及方法，尤其是用于脱除煤气中的有机硫成分，属于煤气脱硫技术领域。
背景技术
高炉、焦炉煤气是钢铁厂重要的气态燃料，众多的热风炉、管式炉、加热炉、煤气发电锅炉等均以高炉、焦炉煤气为燃料，广泛的应用于钢铁厂的众多工序中，因排量小、排放点多且分散，常规末端治理技术经济性差，效果不好，是造成目前钢铁厂大气面源污染的重要原因之一。
因此要求高炉、焦炉煤气实施精脱硫的，目前高炉、焦炉煤气中的H2S等无机硫可通过碱液吸收等工艺得到较好脱除，净化后煤气中H2S浓度可达到10 mg/Nm3以下，但羰基硫、二硫化碳、硫醇等有机硫成分因其物理特性难以通过传统的煤气脱硫工艺脱除，已有检测数据表明，煤气经碱液吸收脱硫工艺后，有机硫含量仍达到100 mg/Nm3左右，根据煤质的不同，有机硫含量甚至会更高，下游用户燃烧煤气后产生的废气中SO2含量高，难以达标排放；此外高炉、焦炉煤气燃烧后，产生的废气体积远大于煤气自身体积（高炉煤气燃烧后废气体积是原先的约1.6倍，焦炉煤气燃烧后废气体积是原先的约5.8倍，空气过剩系数以1.2计），因此末端治理同比处理的气量大，相应的末端治理装置投资大，技术经济性差，加上小型煤气燃烧炉的空间较为分散，造成的无规则排放更加剧了环境污染，同时许多老旧钢铁厂建厂较早，总图布置时未考虑末端治理装置的预留位置，造成许多末端治理装置无法建设。
随着日益严格的环保排放要求，钢铁厂高炉、焦炉煤气源头治理越来越被重视起来，目前高炉、焦炉煤气源头治理工艺主要有水解工艺和微晶吸附工艺。
水解法煤气脱有机硫的工艺是利用水解剂将煤气中的有机硫水解转化成H2S，再经过干法（活性炭或氧化亚铁）或湿法（碱液）脱去H2S。焦炉煤气中的焦油、萘等有机物易堵塞水解剂孔隙造成水解剂的失效，因此焦炉煤气水解前需要将煤气中的焦油、萘等有机物脱除到0.1ppm以下，才可保证催化剂的长期稳定运行。在脱除焦油、萘等有机物、脱氧、脱氯后，煤气进入水解工序，有机硫水解转化为H2S，水解剂工作温度~100℃，水解前还需将煤气温度调至此区间。煤气中如果氧气含量过高，煤气中的H2S易在水解剂的催化作用下生成单质硫，造成水解剂的失效，因此焦炉煤气脱硫在水解前需要进行脱氧，即在约300℃以上的温度下，脱氧剂的作用下将煤气中的氧脱至0.1ppm。另外，水解剂还易受Cl-的影响而失效，水解前还必须对煤气进行脱氯。
此外，受焦炉上游异常生产影响，焦炉煤气中的焦油、萘等有机物波动大，水解剂易失效。脱氧剂、脱氯剂、水解剂钢铁厂厂内消化困难，失效后造成固废危废产生量大，处理处置困难。水解法因预处理复杂，需要调温调压环节多，投资高，系统运行阻力高，运行费用高，实际生产中催化剂易失效，运行不稳定，在煤气脱有机硫应用中受到限制。
微晶吸附法煤气脱有机硫预处理与水解法类似，需去除煤气中的焦油、萘等有机物，预处理后煤气中H2S、羰基硫、二硫化碳等同步被微晶吸附剂脱除，吸附饱和后抽取净化后煤气，加热至约150℃对微晶吸附剂进行再生，再生后重复使用。实际生产中，微晶吸附性易被催化生成的S单质、硫酸盐和其它杂质堵塞而丧失吸附能力，再生时这些物质难以被有效去除，吸附剂寿命短。同样的，受上游生产异常工况影响，微晶吸附剂极易失效，稳定运行性差。失效的微晶吸附剂属危废，厂内消化困难，造成二次污染。微晶吸附剂造价高，系统运行阻力高，生产运行费用高。
末端的脱硫工序目前有湿法和干法两种，即用碱液、活性炭或氧化亚铁脱除H2S。碱液吸收受酸性气体CO2的影响，碱液的消耗量大，产生大量废液，处理后煤气中的水分含量大，影响煤气热值并加大煤气管网的腐蚀。干法氧化亚铁吸收剂易与H2S反应生成FeS，FeS与空气接触后易发生自燃，生产和运输中存在较大安全风险。干法活性炭吸附剂吸附H2S后，可做为燃料厂内消化，用户接受程度较高。
总体来说，现有技术的煤气脱有机硫技术应用中仍存在以下问题：（1）流程复杂：目前煤气脱有机硫系统流程复杂，预处理环节和升温降温过程均比较复杂。（2）能耗大，投资和运行费用高：系统运行过程比较复杂，各环节的能耗大，系统运行阻力大，一些吸附剂和催化剂成本更该，因此投资和运行费用高。（3）运行不稳定：耐受上下游生产工况波动差，催化剂、吸附剂容易失效，不能够长周期稳定运行。（4）二次污染：一些催化剂、吸附剂和其它原料失效后，不能回收利用，会产生二次污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统，以解决现有技术的煤气脱有机硫存在流程复杂、能耗高、投资和运行费用高，运行不稳定及二次污染等问题，实现可靠的煤气源头治理，保证末端排放点污染物的稳定的达标排放。同时，本发明还提供一种活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫的方法。
本发明的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统采用如下技术方案：活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统，其包括净化子系统和再生活化子系统，所述净化子系统包括装有活性炭的净化塔，净化塔的顶部设有进料口，净化塔的底部设有排料口，净化塔的进料口和排料口上均设有密封阀，净化塔的进料口的上部还连接有料仓，净化塔的上下部位分别设有净化气出口和煤气进口，煤气进口和煤气出口上分别连接有煤气进气管路和净化气排出管路，净化塔的塔顶、煤气进气管路和净化气排出管路上分别设有放散管路，煤气进气管路上连接有氮气吹扫管路；所述再生活化子系统包括连接在吸附饱和的吸附塔上的再生活化气体循环管路，再生活化气体循环管路的进口端和出口端分别与吸附饱和的净化塔的煤气进口和净化气出口连接，再生活化气体循环管路上设有再生活化气体循环风机，再生活化气体循环管路上位于再生活化气体循环风机之前连接有活化气体管路，活化气体管路上并联有氮气补充管路，再生活化气体循环管路上位于再生活化气体循环风机之后连接有升温换热器，再生活化气体循环风机和升温换热器之间的再生活化气体循环管路上连接有再生活化气体外排管路，升温换热器的热媒进出口之间连接有加热气体循环管路，加热气体循环管路上沿加热气体流动方向依次设有加热气体循环风机和热风炉，升温换热器的冷媒进出口与再生活化气体外排管路连接。
所述活化气体补充管路和再生活化气体循环风机之间的再生活化气体循环管路上设有调温换热器，调温换热器的热媒进出口连接在再生活化气体循环管路上，调温换热器的冷媒进口上设有调温风机，调温风机用于将环境空气引入调温换热器，调温换热器的冷媒出口上连接有热空气管道。
所述热风炉为燃气炉，热风炉上设有燃料进口和助燃气进口，热风炉的燃料进口与净化气排出管路连接，热风炉的助燃气进口上连接有助燃风机，所述助燃风机的进口与热空气管道连通；所述加热气体循环风机和热风炉之间的加热气体循环管路上连接有加热气体放散管路，加热气体放散管路上设有加热气体放散阀。
所述净化塔上设有用于检测净化塔内料位高度的料位仪；所述煤气进气管路上靠近煤气进口的位置设有测温仪表和测压仪表，所述净化气排出管路上靠近净化气出口的位置设有测温仪表和测压仪表；所述加热气体循环管路上靠近升温换热器的热媒进出口处分别设有测温仪表和测压仪表；所述再生活化气体循环管路上靠近再生活化气体循环风机进出口的位置处分别设有测温仪表。
所述净化子系统包括两个以上并联设置的净化塔，各净化塔上的煤气进气管路并联设置，各净化塔上的净化气排出管路并联设置；所述再生活化气体循环管路的进口端和出口端分别连接在煤气进气管路和净化气排出管路上。
所述净化子系统之前设有预处理子系统，预处理子系统包括内部设有过滤床层的预处理塔，预处理塔顶部设有进料口，预处理塔的底部设有排料口，预处理塔的进料口和排料口上均设有密封阀，预处理塔的进料口的上部还连接有料仓，预处理塔的上下部位分别设有预处理气出口和预处理气进口，预处理气出口和预处理气进口上分别连接有预处理气进气管路和预处理气排出管路，预处理气排出管路与煤气进气管路连接；所述预处理塔有两个以上，各预处理塔的预处理气进气管路并联设置，各预处理塔的预处理气排出管路并联设置；预处理塔的塔顶、预处理气进气管路和预处理气排出管路上分别设有放散管路，预处理气进气管路上连接有氮气吹扫管路。
本发明的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫方法采用如下技术方案：利用活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统进行煤气脱硫的方法，其包括以下步骤：（1）将待处理煤气通入净化子系统的净化塔中，待处理煤气在净化塔中自上而下流动，净化塔内的活性炭将待处理煤气中的有机硫吸附脱除，净化后的煤气经净化气排出管路排出；（2）当任意一个净化塔中的活性炭吸附饱和时，首先打开该净化塔上的氮气吹扫管路的阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后，打开该净化塔对应的再生活化气体循环管路进出口端的阀门，使得该吸附饱和的净化塔的煤气进口和净化气出口分别与再生活化气体循环管路的进口端和出口端连通，打开再生活化气体外排管路密封阀组，打开氮气补充阀组，对再生活化气体循环管路内的气体进行置换；（3）当再生活化气体循环管路内气体全部被置换为氮气时，启动再生活化气体循环风机和热风炉，加热气体循环管路温度逐渐升高，加热气体循环管路中高温气体在升温换热器内与再生活化气体循环管路内的气体换热，再生活化气体循环管路内的气体温度升高，净化塔内的活性炭逐渐升温，饱和活性炭逐渐得到解析，解析产物经再生活化气体外排管路排出，净化塔内饱和活性炭温度升至400℃以上后，保持此运行状态一段时间使饱和活性炭全部解析；（4）活性炭解析完成后打开活化气体管路上的阀组，向活化气体循环管路内通入活化气体，热风炉继续升温，当净化塔内活性炭温度达到600℃左右时，活性炭吸附的焦油等杂质也得以解析，同时活性炭与活化气体发生活化反应，活性炭的微观结构得到改善，性能得以恢复；（5）待活化反应完成后，关闭活化气体阀组，停止通入活化气体，关闭热风炉，系统内的热量经再生活化气体外排管路和加热气体放散管路被带出，加热气体循环管路、再生活化气体循环管路、净化塔内活性炭温度下降，当净化塔内活性炭温度达到80℃以下时，关闭加热气体循环风机、加热气体放散阀、再生活化气体循环风机以及再生活化气体外排管道上的密封阀组和氮气补充阀组，关闭该净化塔对应的再生活化气体循环管路进出口端的阀门；（6）打开该净化塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将该净化塔内残留气体完全置换为氮气，打开该净化塔的煤气进气管路和净化气排出管路上的密封阀，净化塔重新通入煤气运行。
再生活化气体循环管路中的再生活化气体进入再生活化气体循环风机之前，利用调温换热器对再生活化气体降温，具体是将环境空气通入调温换热器的冷媒进口，环境空气吸收再生活化气体的热量后从调温换热器的冷媒出口排出；将调温换热器冷媒出口排出的热空气通入热风炉的助燃气进口，将净化气排出管路排出的部分净煤气通入到热风炉的燃料进口。
步骤（4）中，再生活化气体循环时通过氮气补充管路向再生活化气体循环管路内补充氮气，使生活化气体循环管路处于正压状态。
待处理煤气通入净化子系统净化之前，先将待处理煤气通入预处理子系统进行预处理，煤气中的焦油被预处理塔内的过滤床层吸附脱除后，再进入净化子系统。
本发明的有益效果是：本发明流程相对简单，概括的讲仅有三个步骤，预处理子系统脱除煤气中的焦油；净化子系统用于净化煤气中的H2S和有机硫（羰基硫COS，二硫化碳CS2等）；再生活化子系统用于恢复活性炭的性能。本发明系统中所使用的主要设备如风机、换热器、热风炉、阀门等均为通用设备，运行稳定性好。生产运行中，需要控制和调节的设备主要是风机和阀门，操作简单。
本发明系统流程简单，系统占地小，设备和原料采购方便，无特殊制作安装要求，因此系统整体建设费用低，一次投资低。
本发明系统主要运行费用是煤气管网阻力损失对应的能耗、再生加热过程对应的能耗以及活性炭、氮气以及用电设备的能耗。本系统净化煤气过程中预处理塔和净化塔内气体介质流速均控制在0.5m/s左右的低流速（流速与阻力的平方呈正相关），床层阻力低，阻力损失低，阻力损失对应的能耗低，煤气管网富余压头即可满足运行要求，相应的运行费用低。预处理子系统使用的原料为焦炭碎粒，是钢铁企业部分工序的低价值筛分富余物，基本上是做为煤粒充作燃料，预处理子系统使用后，仍然可以做为煤粒充作燃料，故而预处理子系统原料供应环节基本上不产生运行费用。
净化子系统使用原料为循环使用，补充量仅为活化损失量，原料消耗量小，相应的运行费用低。再生活化过程中，再生活化气体和加热气体85%以上为循环使用，加热过程中的绝大部分能量循环使用，外排气体排出热量有限，相应的运行费用低。再生活化气体和加热气体的气量小，相应的风机压头和风量也较小，运行能耗较低。本发明系统各环节的能耗低，运行阻力小，采用可大规模生产、易于采购的标准化生产的原料，投资和运行费用低。
系统运行中能耐受上下游生产工况波动，不受煤气气量、压头和成分变化的影响。再生活化温度高，活性炭吸附物及反应生成物能够被彻底再生，通入活化气体活化后，性能不衰减，能保证所采用的原料不中毒，不失效。
附图说明
图1是本发明一种实施例的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统的全流程简图；
图2是图1中预处理子系统的流程图；
图3是图1中净化子系统的流程图；
图4是图1中再生活化子系统的流程图。
图中：1-预处理子系统、1.1-预处理塔，1.2-预处理气进气管路，1.3-预处理气排出管路；2-净化子系统，2.1-净化塔，2.2-煤气进气管路，2.3-净化气排出管路；3-再生活化子系统，3.1-再生活化气体循环管路，3.2-再生活化气体循环风机，3.3-活化气体管路，3.4-氮气补充管路，3.5-再生活化气体外排管路，3.6-升温换热器，3.7-加热气体循环管路，3.8-加热气体循环风机，3.9-热风炉，3.10-助燃风机，3.12-调温换热器，3.13-调温风机，3.14-热空气管道，3.15-加热气体放散管路；4-放散管路，5-氮气吹扫管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种实施例的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统如图1至图4所示，本实施例的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统包括预处理子系统1、净化子系统2和再生活化子系统3。
所述净化子系统2之前设有预处理子系统1，如图2所示，预处理子系统1包括内部设有过滤床层的预处理塔1.1，预处理塔1.1顶部设有进料口，预处理塔1.1的底部设有排料口，预处理塔1.1的进料口和排料口上均设有密封阀，预处理塔1.1的进料口的上部还连接有料仓，预处理塔1.1的上下部位分别设有预处理气出口和预处理气进口，预处理气出口和预处理气进口上分别连接有预处理气进气管路1.2和预处理气排出管路1.3，预处理气排出管路1.3与净化子系统2中的煤气进气管路2.2连接；所述预处理塔1.1有两个以上，各预处理塔1.1的预处理气进气管路1.2并联设置，各预处理塔1.1的预处理气排出管路2.2并联设置；预处理塔1.1的塔顶、预处理气进气管路1.2和预处理气排出管路1.3上分别设有放散管路4，预处理气进气管路1.2上连接有氮气吹扫管路5。
预处理子系统包括若干预处理塔，预处理塔内装盛焦炭碎粒作为过滤床层，各预处理塔并联运行，预处理气进气管路和预处理气排出管路上分别设置有密封阀组，每台预处理塔可单独切出进行检修或更换塔内物料。预处理子系统作用是将净化前煤气引入，分配至各预处理塔，在塔内焦炭碎粒的拦截作用下，除去绝大部分焦油。预处理子系统中各个部件的作用：
预处理塔：内置焦油过滤床层，本发明过滤床层采用焦炭碎粒，用于脱除煤气中的焦油。
预处理塔料位仪表：用于测量预处理塔内的物料的料位。
预处理塔放散管路：用于氮气吹扫时的气体放散。
预处理塔进料仓：用于预处理塔进料时方便加料操作。
预处理塔进料口密封阀：用于保证预处理塔生产时的气密封性。
预处理塔排料口密封阀：用于保证预处理塔生产时的气密封性。
预处理气进气管路和预处理气排出管路：用于输送煤气。
预处理气进气管路和预处理气排出管路上的密封阀组：用于可靠切断进出口煤气，可采用切断性能良好的水封阀组。
氮气吹扫管路：氮气吹扫管路设置自动阀组，用于开机、停机、检修等作业时的气体置换。
放散管路：用于氮气吹扫时的气体放散，以及生产时的气体采样。
预处理塔入口测压仪表：用于测量预处理塔入口煤气管路的压力。
预处理塔入口测温仪表：用于测量预处理塔入口煤气管路的温度。
如图3所示，所述净化子系统2包括装有活性炭的净化塔2.1，净化塔2.1的顶部设有进料口，净化塔的底部设有排料口，净化塔2.1的进料口和排料口上均设有密封阀，净化塔2.1的进料口的上部还连接有料仓，净化塔2.1的上下部位分别设有净化气出口和煤气进口，净化塔2.1的煤气进口和煤气出口上分别连接有煤气进气管路2.2和净化气排出管路2.3，净化塔2.1的塔顶、煤气进气管路2.2和净化气排出管路2.3上分别设有放散管路4，煤气进气管路2.2上连接有氮气吹扫管路5；所述净化塔2.1上设有用于检测净化塔内料位高度的料位仪；所述煤气进气管路2.2上靠近煤气进口的位置设有测温仪表和测压仪表，所述净化气排出管路2.3上靠近净化气出口的位置设有测温仪表和测压仪表。
所述净化子系统2包括两个以上并联设置的净化塔2.1，各净化塔2.1上的煤气进气管路2.2并联设置，各净化塔2.1上的净化气排出管路并联设置。
净化子系统包括若干净化塔，各净化塔并联运行，净化塔内装盛活性炭颗粒，各净化塔并联运行，煤气管路设置有密封阀组，每台净化塔可单独切出进行检修或更换塔内物料。其作用是：正常运行煤气通入净化塔内，煤气中的H2S和有机硫均被活性炭吸附脱除，煤气得到净化后外送。当某台净化塔内活性炭吸附饱和后，将煤气切出，连接到再生活化子系统上，通入高温再生活化气体，塔内活性炭得到再生活化，性能得到恢复后冷却，冷却后重新投入使用。净化子系统中各个部件的组成及作用如下：
净化塔：内置活性炭床层，用于脱除煤气中的H2S和有机硫（羰基硫COS，二硫化碳CS2等），活性炭吸附饱和后在净化塔内再生活化。
净化塔料位仪表：用于测量净化塔内的物料的料位。
净化塔放散管路：用于氮气吹扫时的气体放散。
净化塔进料仓：用于净化塔进料时方便加料操作。
净化塔进料口和排料口处的密封阀：用于保证净化塔生产时的气密封性。
煤气进气管路和净化气排出管路：用于输送煤气
煤气进气管路和净化气排出管路上的密封阀组：用于可靠切断进口煤气，可采用切断性能良好的水封阀组。
氮气吹扫管路：氮气吹扫管路设置自动阀组，用于开机、停机、检修等作业时的气体置换。
放散管路：用于氮气吹扫时的气体放散，以及生产时的气体采样。
净化塔入口测压仪表：用于测量净化塔入口煤气管路的压力。
净化塔入口测温仪表：用于测量净化塔入口煤气管路的温度。
所述再生活化子系统3包括连接在吸附饱和的吸附塔上的再生活化气体循环管路3.1，再生活化气体循环管路3.1的进口端和出口端分别与吸附饱和的净化塔的煤气进口和净化气出口连接，本实施例中再生活化气体循环管路3.1的进口端和出口端分别连接在煤气进气管路2.2和净化气排出管路2.3上。再生活化气体循环管路3.1上设有再生活化气体循环风机3.2，再生活化气体循环管路3.1上位于再生活化气体循环风机3.2之前连接有活化气体管路3.3，活化气体管路3.3上并联有氮气补充管路3.4，再生活化气体循环管路3.1上位于再生活化气体循环风机3.2之后连接有升温换热器3.6，再生活化气体循环风机3.2和升温换热器3.6之间的再生活化气体循环管路3.1上连接有再生活化气体外排管路3.5，升温换热器3.6的热媒进出口之间连接有加热气体循环管路3.7，加热气体循环管路3.7上沿加热气体流动方向依次设有加热气体循环风机3.8和热风炉3.9，升温换热器3.6的冷媒进出口与再生活化气体外排管路3.5连接。所述加热气体循环风机3.8和热风炉3.9之间的加热气体循环管路3.7上连接有加热气体放散管路3.15，加热气体放散管路3.15上设有加热气体放散阀。
所述活化气体补充管路3.3和再生活化气体循环风机3.2之间的再生活化气体循环管路3.1上设有调温换热器3.12，调温换热器3.12的热媒进出口连接在再生活化气体循环管路3.1上，调温换热器3.12的冷媒进口上设有调温风机3.13，调温风机3.13用于将环境空气引入调温换热器3.12，调温换热器3.12的冷媒出口上连接有热空气管道3.14。所述热风炉3.9为燃气炉，热风炉3.9上设有燃料进口和助燃气进口，热风炉3.9的燃料进口与净化气排出管路2.3连接，热风炉3.9的助燃气进口上连接有助燃风机3.10，所述助燃风机3.10的进口与热空气管道3.14连通；所述加热气体循环管路3.7上靠近升温换热器的热媒进出口处分别设有测温仪表和测压仪表；所述再生活化气体循环管路3.1上靠近再生活化气体循环风机3.2进出口的位置处分别设有测温仪表。
再生活化子系统的作用是将需要再生活化的净化塔与此子系统连通，通入加热后的高温再生活化气体，使净化塔内的活性炭得到再生活化恢复性能，再生活化完成停止加热，再生活化气体循环管路内的气体成为冷却介质，净化塔内活性炭温度降至80℃以下后净化塔重新投入使用。再生活化子系统中各个部件的作用如下：
再生活化气体循环风机：为再生活化气体循环提供动力，驱动再生活化气体持续的将净化塔内活性炭内吸附的H2S和有机硫（羰基硫COS，二硫化碳CS2等）解析出来并完成对活性炭的活化，多余的解析活化气体从再生活化气体循环风机出口经再生活化气体外排管路排出，引至焚烧炉焚烧后就地脱除SO2气体后外排。
调温换热器和调温风机：因活性炭再生活化气体的运行的最高温度较高（最高≥600℃），再生活化气体循环风机选型困难（介质≥600℃需用到特殊耐温材质，目前风机无法满足耐≥600℃高温的要求），因此设置调温换热器和调温风机用以对再生活化气体降温，抽取环境空气作为冷却介质，再生活化气体和环境空气在高温换热器中间接换热，使再生活化气体温度降至500℃以下，以方便再生活化气体循环风机的选型，增加此系统的适用性。被加热的环境空气做为助燃空气，能量得以回收利用。
升温换热器：再生活化气体与加热气体在升温换热器内完成间接换热，再生活化气体被加热到600℃以上，加热气体为净煤气和助燃空气在热风炉内燃烧生成的高温气体。
加热气体循环风机：作用是为加热气体循环提供动力，驱动加热气体持续的在升温换热器内对再生活化气体进行加热，多余的加热气体从加热气体循环风机出口管路排出。
热风炉和助燃风机：作用是提供热源，净煤气和助燃空气在热风炉内燃烧，生成高温的加热气体，高温的加热气体与管路内原有的气体混合，生成600℃以上的高温气体。助燃风机的作用是为助燃空气提供动力。
再生活化气体循环管路：再生活化气体在此管路内循环流动，持续的对净化塔内的活性炭进行加热，使活性炭内吸附的物质解析出来。再生活化气体循环管路的进口端和出口端分别设有密封阀组；再生活化气体循环管路上位于再生活化气体循环风机的进出口处以及升温换热器的冷媒出口处分别设有测温仪表。
再生活化气体外排管路：多余的再生活化气体从再生活化气体循环风机出口经再生活化气体外排管路排出，引至焚烧炉焚烧后就地脱除SO2气体。再生活化气体外排管路上设有密封阀组。
氮气补充管路：用于向再生活化气体循环管路内补充氮气，使整个管路处于正压状态，可防止空气中的氧气进入管路造成活性炭或者其它可燃物的燃烧，保证系统的安全。氮气补充管路上设有氮气补充阀组。
活化气体管路：用于向再生活化气体循环管路内补充再生活化气体，以增强活性炭的反应活性，以提高净化效果。活化气体管路上设有活化气体阀组。
加热气体循环管路：加热气体在此管路内循环流动，持续的将热风炉产生的热量传递至升温换热器，使再生活化气体得到加热。加热气体循环管路上位于加热气体循环循环风机的两侧均设有测温仪表和测压仪表；加热气体循环管路上位于升温换热器和热风炉之间的位置上设有测温仪表和测压仪表。
加热气体放散管路：作用是将多余的加热气体排空。加热气体放散管路上设有加热气体放散阀。
调温空气管路：连接在调温风机和调温换热器之间，环境空气经调温风机加压后由调温空气管路送至调温换热器，用以调节再生活化气体的温度。
热空气管路：环境空气与再生活化气体换热后温度得到升高，通过热空气管路部分排空，部分被助燃风机抽取用于助燃空气，能量得到回收节约。
助燃空气管路与净煤气管路：分别连接在热风炉的助燃气进口和燃料进口，作用是为热风炉内燃烧提供助燃空气和燃气。燃料进口处的净煤气管路上设有燃气调节阀组。
本实施例的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统的运行过程如下：
净化前煤气经煤气管路引入各预处理塔，煤气中的绝大部分焦油被焦炭碎粒拦截脱除，脱除焦油后的煤气送至净化塔进一步净化。
当某台预处理塔需要更换塔内焦炭碎粒时，关闭该预处理塔上的预处理气进气管路和预处理气排出管路的密封阀组，操作该预处理塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后即可进行相应的作业，更换塔内物料时，打开该预处理塔的排料口密封阀，塔内物料排出，排料完毕，关闭此阀，打开该预处理塔的进料口密封阀，即可往塔内加料，加料时物料经进料仓加入塔内，当该预处理塔塔内料位达到要求高度时，料位仪表发出报警信号，此时停止加料，关闭进料口密封阀，加料完毕，操作该预处理塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后，打开预处理塔上的预处理气进气管路和预处理气排出管路的密封阀组，该预处理塔即重新通入煤气运行。
当某台预处理塔需要入塔检修时，关闭该预处理塔上的预处理气进气管路和预处理气排出管路的密封阀组，操作该预处理塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后即可进行相应的检修作业，检修作业完毕，操作该预处理塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后，打开该预处理塔上的预处理气进气管路和预处理气排出管路的密封阀组，预处理塔即可重新通入煤气运行。
预处理塔入口和出口的测温仪表、测压仪表用于监测管道内的介质温度和压力，并根据仪表测得的数据，进行相应的阀门操作，以调整预处理子系统的运行工况。
净化子系统包括若干台净化塔，净化塔内装盛活性炭，各净化塔并联运行，预处理塔出口的煤气经煤气进气管路引入各净化塔，煤气中的H2S和有机硫（羰基硫COS，二硫化碳CS2等）被净化塔内的活性炭吸附脱除，净煤气经净化气排出管路送去指定地点，注意净化塔用于净化煤气时其对应的再生活化气体循环管路进出口端的密封阀组处于关闭状态。
当某台净化塔内的活性炭吸附饱和后，需要将此台净化塔内的活性炭再生活化，具体操作是关闭该净化塔煤气进气管路和净化气排出管路上的密封阀，操作该净化塔上的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后，打开该净化塔对应的再生活化管路进出口端的密封阀组，打开再生活化气体外排管路密封阀组，打开氮气补充阀组，对再生活化气体循环管路内的气体进行置换，当再生活化气体循环管路内气体全部被置换为氮气时，启动再生活化气体循环风机，启动调温风机，打开加热气体放散阀，启动加热气体循环风机，启动助燃风机，启动热风炉，此时，加热气体循环管路温度逐渐升高，加热气体循环管路中高温气体在升温换热器内和再生活化气体循环管路内的气体换热，再生活化气体循环管路内的气体温度也逐渐升高，该净化塔内的活性炭被逐渐加热，随着热风炉的逐渐升温，加热气体、再生活化气体、净化塔内活性炭温度都随之逐渐升高，塔内饱和活性炭也逐渐得到解析，解析产物（煤气中的硫单质、H2S、羰基硫COS，二硫化碳CS2等）经再生活化气体外排管路引至焚烧炉焚烧后就地脱除SO2，净化塔内活性炭温度升至400℃以上后，解析过程需保持此运行状态2h以上，活性炭解析完成后打开活化气体阀组，通入活化气体，调整控制调温风机保持再生活化气体循环风机入口气体温度小于500℃，热风炉继续升温，当净化塔内活性炭温度达到600℃左右时，活性炭吸附的焦油等杂质也得以解析，同时活性炭与活化气体发生活化反应，活性炭的微观结构得到改善，性能得以恢复，活化过程需维持此运行状态2h以上，活化反应完成后，关闭活化气体阀组，停止通入活化气体，关闭热风炉，系统内的热量经再生活化气体外排管路和加热气体放散管路被带出，加热气体循环管路、再生活化气体循环管路、净化塔内活性炭温度都得到下降，当净化塔内活性炭温度达到80℃以下时，关闭助燃风机，关闭加热气体循环风机，关闭加热气体放散阀，关闭调温风机，关闭再生活化气体循环风机，关闭再生活化气体外排管道上的密封阀组，关闭氮气补充阀组，关闭该净化塔对应的再生活化气体循环管路上的密封阀组，操作该净化塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将该净化塔内残留气体完全置换为氮气，打开该净化塔的煤气进气管路和净化气排出管路上的密封阀，净化塔即可重新通入煤气运行。
当某台净化塔需要更换塔内的活性炭时，该净化塔对应的再生活化气体循环管路进出口端的密封阀组处于关闭状态，关闭该净化塔煤气进气管路和净化气排出管路上的密封阀，操作该净化塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后即可进行相应的作业，更换塔内物料时，打开该净化塔的排料口密封阀，塔内物料排出，排料完毕，关闭排料口密封阀，打开该净化塔的进料口密封阀，即可往塔内加料，加料时物料经进料仓加入塔内，当净化塔内的料位达到要求高度时，净化塔的料位仪表发出报警信号，此时停止加料，关闭进料口密封阀，加料完毕，操作该净化塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后，打开净化塔的煤气进气管路和净化气排出管路上的密封阀，净化塔即可重新通入煤气运行。
当某台净化塔需要入塔检修时，确认该净化塔对应的再生活化气体循环管路进出口端的密封阀组处于关闭状态，关闭该净化塔的煤气进气管路和净化气排出管路的密封阀组，操作该净化塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后即可进行相应的检修作业，检修作业完毕，操作该净化塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后，打开净化塔的煤气进气管路和净化气排出管路的密封阀组，净化塔即可重新通入煤气运行。
煤气进气管路和净化气排出管路上的测温仪表、测压仪表，再生活化气体循环管路和加热气体循环管路上的测温仪表、测压仪表分别用于监测对应管道内的介质温度和压力，根据仪表测得的数据，进行相应的阀门操作和风机运行状态操作，以调整净化子系统和再生子系统的运行工况。
本发明一种实施例的利用活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统进行煤气有机脱硫的方法，其包括以下步骤：
（1）待处理煤气通入净化子系统净化之前，先将待处理煤气通入预处理子系统进行预处理，煤气中的焦油被预处理塔内的过滤床层吸附脱除后，再进入净化子系统。
（2）将待处理煤气通入净化子系统的净化塔中，待处理煤气在净化塔中自上而下流动，净化塔内的活性炭将待处理煤气中的有机硫吸附脱除，净化后的煤气经净化气排出管路排出；
（3）当任意一个净化塔中的活性炭吸附饱和时，首先打开该净化塔上的氮气吹扫管路的阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后，打开该净化塔对应的再生活化气体循环管路进出口端的阀门，使得该吸附饱和的净化塔的煤气进口和净化气出口分别与再生活化气体循环管路的进口端和出口端连通，打开再生活化气体外排管路密封阀组，打开氮气补充阀组，对再生活化气体循环管路内的气体进行置换；
（4）当再生活化气体循环管路内气体全部被置换为氮气时，启动再生活化气体循环风机和热风炉，加热气体循环管路温度逐渐升高，加热气体循环管路中高温气体在升温换热器内与再生活化气体循环管路内的气体换热，再生活化气体循环管路内的气体温度升高，净化塔内的活性炭逐渐升温，饱和活性炭逐渐得到解析，解析产物经再生活化气体外排管路排出，净化塔内饱和活性炭温度升至400℃以上后，保持此运行状态一段时间使饱和活性炭全部解析；
（5）活性炭解析完成后打开活化气体管路上的阀组，向活化气体循环管路内通入活化气体，活性气体可采用二氧化碳，热风炉继续升温，当净化塔内活性炭温度达到600℃左右时，活性炭吸附的焦油等杂质也得以解析，同时活性炭与活化气体发生活化反应，CO2活化机理可以分为三个基本过程，即气化过程、石墨化层的反应、石墨化层的重组，最终活性炭的微观结构得到改善，性能得以恢复；本步骤中，再生活化气体循环时通过氮气补充管路向再生活化气体循环管路内补充氮气，使生活化气体循环管路处于正压状态。
（6）待活化反应完成后，关闭活化气体阀组，停止通入活化气体，关闭热风炉，系统内的热量经再生活化气体外排管路和加热气体放散管路被带出，加热气体循环管路、再生活化气体循环管路、净化塔内活性炭温度下降，当净化塔内活性炭温度达到80℃以下时，关闭加热气体循环风机、加热气体放散阀、再生活化气体循环风机以及再生活化气体外排管道上的密封阀组和氮气补充阀组，关闭该净化塔对应的再生活化气体循环管路进出口端的阀门；再生活化气体循环管路中的再生活化气体进入再生活化气体循环风机之前，利用调温换热器对再生活化气体降温，具体是将环境空气通入调温换热器的冷媒进口，环境空气吸收再生活化气体的热量后从调温换热器的冷媒出口排出；将调温换热器冷媒出口排出的热空气通入热风炉的助燃气进口，将净化气排出管路排出的部分净煤气通入到热风炉的燃料进口。
（6）打开该净化塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将该净化塔内残留气体完全置换为氮气，打开该净化塔的煤气进气管路和净化气排出管路上的密封阀，净化塔重新通入煤气运行。
总的来说，本发明的脱有机硫系统和方法具有以下优点：
1、流程和操作简单
本发明流程概括的讲仅有三个步骤，预处理子系统脱除煤气中的焦油；净化子系统用于净化煤气中的H2S和有机硫（羰基硫COS，二硫化碳CS2等）；再生活化子系统用于恢复活性炭的性能；主要设备如风机、换热器、热风炉、阀门等均为通用设备，运行稳定性好。生产运行中，需要控制和调节的设备主要是风机和阀门，操作简单。
2、投资低、占地小
本系统采用主要设备如风机、换热器、热风炉、阀门等均为通用设备，易于采购，预处理塔、净化塔、各管路易为常规制作安装。采用原料供应充足，生产不受限制，价格低廉，预处理子系统采用的原料焦炭碎粒是钢铁企业常用物料，方便易得，价格低廉；净化子系统采用的原料活性炭为煤质活性炭，绝大部分活性炭生产厂家均可按要求生产，价格低廉，供应能力有保证；氮气、活化气体也都是钢铁企业常用的能源介质，供应有保证。
系统流程简单，系统占地小，设备和原料采购方便，无特殊制作安装要求，因此系统整体建设费用低，一次投资低。
3、能耗低、运行费用低
本发明系统主要运行费用是煤气管网阻力损失对应的能耗、再生加热过程对应的能耗以及活性炭、氮气以及用电设备的能耗。
本系统净化煤气过程中预处理塔和净化塔内气体介质流速均控制在0.5m/s左右的低流速（流速与阻力的平方呈正相关），床层阻力低，阻力损失低，阻力损失对应的能耗低，煤气管网富余压头即可满足运行要求，相应的运行费用低。
预处理子系统使用的原料为焦炭碎粒，是钢铁企业部分工序的低价值筛分富余物，基本上是做为煤粒充作燃料，预处理子系统使用后，仍然可以做为煤粒充作燃料，故而预处理子系统原料供应环节基本上不产生运行费用
净化子系统使用原料为循环使用，补充量仅为活化损失量，原料消耗量小，相应的运行费用低。
再生活化过程中，再生活化气体和加热气体85%以上为循环使用，加热过程中的绝大部分能量循环使用，外排气体排出热量有限，相应的运行费用低。再生活化气体和加热气体的气量小，相应的风机压头和风量也较小，运行能耗较低。
本发明系统各环节的能耗低，运行阻力小，采用可大规模生产、易于采购的标准化生产的原料，投资和运行费用低。
4、运行安全稳定
本发明系统全流程正压运行，空气中的氧不会进入到系统内，运行安全性有保证。系统运行中能耐受上下游生产工况波动，不受煤气气量、压头和成分变化的影响。
再生活化温度高，活性炭吸附物及反应生成物能够被彻底再生，通入活化气体活化后，性能不衰减，能保证所采用的原料不中毒，不失效。
本发明系统中所采用的设备均为常见通用设备，维护简单，能够长周期稳定运行。
5、消除二次污染
本发明系统所采用的原料使用后能均厂内消耗或回用，不产生二次污染。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，虽然上面已经对本发明的实施方式进行了详细描述，但本发明不限于上述的实施方式。所附的权利要求所限定的本发明的范围包含所有等同的替代和变化。
Claims (8)
1.一种活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统，其特征在于：其包括净化子系统和再生活化子系统，所述净化子系统包括装有活性炭的净化塔，净化塔的顶部设有进料口，净化塔的底部设有排料口，净化塔的进料口和排料口上均设有密封阀，净化塔的进料口的上部还连接有料仓，净化塔的上下部位分别设有净化气出口和煤气进口，煤气进口和煤气出口上分别连接有煤气进气管路和净化气排出管路，净化塔的塔顶、煤气进气管路和净化气排出管路上分别设有放散管路，煤气进气管路上连接有氮气吹扫管路；所述再生活化子系统包括连接在吸附饱和的净化塔上的再生活化气体循环管路，再生活化气体循环管路的进口端和出口端分别与吸附饱和的净化塔的煤气进口和净化气出口连接，再生活化气体循环管路上设有再生活化气体循环风机，再生活化气体循环管路上位于再生活化气体循环风机之前连接有活化气体管路，活化气体管路并联氮气补充管路，再生活化气体循环管路上位于再生活化气体循环风机之后连接有升温换热器，再生活化气体循环风机和升温换热器之间的再生活化气体循环管路上连接有再生活化气体外排管路，活化气体为CO2，升温换热器的热媒进出口之间连接有加热气体循环管路，加热气体循环管路上沿加热气体流动方向依次设有加热气体循环风机和热风炉，升温换热器的冷媒进出口与再生活化气体循环管路连接；所述活化气体管路和再生活化气体循环风机之间的再生活化气体循环管路上设有调温换热器，调温换热器的热媒进出口连接在再生活化气体循环管路上，调温换热器的冷媒进口上设有调温风机，调温风机用于将环境空气引入调温换热器，调温换热器的冷媒出口上连接有热空气管道，经调温换热器被加热的环境空气做为热风炉的助燃空气。
2.根据权利要求1所述的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统，其特征在于：所述热风炉为燃气炉，热风炉上设有燃料进口和助燃气进口，热风炉的燃料进口与净化气排出管路连接，热风炉的助燃气进口上连接有助燃风机，所述助燃风机的进口与热空气管道连通；所述加热气体循环风机和热风炉之间的加热气体循环管路上连接有加热气体放散管路，加热气体放散管路上设有加热气体放散阀。
3.根据权利要求1所述的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统，其特征在于：所述净化塔上设有用于检测净化塔内料位高度的料位仪；所述煤气进气管路上靠近煤气进口的位置设有测温仪表和测压仪表，所述净化气排出管路上靠近净化气出口的位置设有测温仪表和测压仪表；所述加热气体循环管路上靠近升温换热器的热媒进出口处分别设有测温仪表和测压仪表；所述再生活化气体循环管路上靠近再生活化气体循环风机进出口的位置处分别设有测温仪表。
4.根据权利要求1所述的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统，其特征在于：所述净化子系统包括两个以上并联设置的净化塔，各净化塔上的煤气进气管路并联设置，各净化塔上的净化气排出管路并联设置；所述再生活化气体循环管路的进口端和出口端分别连接在煤气进气管路和净化气排出管路上。
5.根据权利要求1所述的活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统，其特征在于：所述净化子系统之前设有预处理子系统，预处理子系统包括内部设有过滤床层的预处理塔，预处理塔顶部设有进料口，预处理塔的底部设有排料口，预处理塔的进料口和排料口上均设有密封阀，预处理塔的进料口的上部还连接有料仓，预处理塔的上下部位分别设有预处理气出口和预处理气进口，预处理气出口和预处理气进口上分别连接有预处理气排出管路和预处理气进气管路，预处理气排出管路与煤气进气管路连接；所述预处理塔有两个以上，各预处理塔的预处理气进气管路并联设置，各预处理塔的预处理气排出管路并联设置；预处理塔的塔顶、预处理气进气管路和预处理气排出管路上分别设有放散管路，预处理气进气管路上连接有氮气吹扫管路。
6.一种利用权利要求1-5任意一项所述活性炭基固定床原位再生的煤气脱有机硫系统进行煤气脱有机硫的方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）将待处理煤气通入净化子系统的净化塔中，待处理煤气在净化塔中自下而上流动，净化塔内的活性炭将待处理煤气中的有机硫吸附脱除，净化后的煤气经净化气排出管路排出；（2）当任意一个净化塔中的活性炭吸附饱和时，首先打开该净化塔上的氮气吹扫管路的阀组和放散管路的阀门，将塔内残留气体完全置换为氮气，完成气体置换后，打开该净化塔对应的再生活化气体循环管路进出口端的阀门，使得该吸附饱和的净化塔的煤气进口和净化气出口分别与再生活化气体循环管路的进口端和出口端连通，打开再生活化气体外排管路密封阀组，打开氮气补充阀组，对再生活化气体循环管路内的气体进行置换；（3）当再生活化气体循环管路内气体全部被置换为氮气时，启动再生活化气体循环风机和热风炉，加热气体循环管路温度逐渐升高，加热气体循环管路中高温气体在升温换热器内与再生活化气体循环管路内的气体换热，再生活化气体循环管路内的气体温度升高，净化塔内的活性炭逐渐升温，饱和活性炭逐渐得到解析，解析产物经再生活化气体外排管路排出，净化塔内饱和活性炭温度升至400℃以上后，保持此运行状态一段时间使饱和活性炭全部解析；（4）活性炭解析完成后打开活化气体管路上的阀组，向活化气体循环管路内通入活化气体，热风炉继续升温，当净化塔内活性炭温度达到600℃时，活性炭吸附的包括焦油在内的杂质也得以解析，同时活性炭与活化气体发生活化反应，活性炭的微观结构得到改善，性能得以恢复，活化气体为CO2；（5）待活化反应完成后，关闭活化气体阀组，停止通入活化气体，关闭热风炉，系统内的热量经再生活化气体外排管路和加热气体放散管路被带出，加热气体循环管路、再生活化气体循环管路、净化塔内活性炭温度下降，当净化塔内活性炭温度达到80℃以下时，关闭加热气体循环风机、加热气体放散阀、再生活化气体循环风机以及再生活化气体外排管道上的密封阀组和氮气补充阀组，关闭该净化塔对应的再生活化气体循环管路进出口端的阀门；（6）打开该净化塔的氮气吹扫管路阀组和放散管路的阀门，将该净化塔内残留气体完全置换为氮气，打开该净化塔的煤气进气管路和净化气排出管路上的密封阀，净化塔重新通入煤气运行；再生活化气体循环管路中的再生活化气体进入再生活化气体循环风机之前，利用调温换热器对再生活化气体降温，具体是将环境空气通入调温换热器的冷媒进口，环境空气吸收再生活化气体的热量后从调温换热器的冷媒出口排出；将调温换热器冷媒出口排出的热空气通入热风炉的助燃气进口，经调温换热器被加热的环境空气做为热风炉的助燃空气，将净化气排出管路排出的部分净煤气通入到热风炉的燃料进口。
7.根据权利要求6所述的煤气脱有机硫的方法，其特征在于：步骤（4）中，再生活化气体循环时通过氮气补充管路向再生活化气体循环管路内补充氮气，使再生活化气体循环管路处于正压状态。
8.根据权利要求6所述的煤气脱有机硫的方法，其特征在于：待处理煤气通入净化子系统净化之前，先将待处理煤气通入预处理子系统进行预处理，煤气中的焦油被预处理塔内的过滤床层吸附脱除后，再进入净化子系统。
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