CN116144408A - 一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统和方法，包括高炉煤气干法除尘器，气‑气换热器，洗涤塔，离心变频循环水泵，冷凝器，有机硫水解转化塔，无机硫吸附塔，TRT/BPRT，采用一级换热，二级洗涤，三级冷凝，四级转化，五级吸附等方法，实现了最大限度去除高炉煤气中的粉尘和酸性物质，减少有机硫转化和无机硫吸附料剂中毒、堵塞、腐蚀的风险，减少其它干法预处理手段产生的新固废、新投资等问题，相比于市场同类技术，运行更稳定，运行成本更低。
Description
技术领域
本发明属于高炉煤气净化脱硫技术领域，特别涉及一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统及方法。
背景技术
钢铁企业在高炉炼铁过程中会产生大量的高炉煤气，吨产量高达1700-1800Nm3，是钢铁企业产量最大的可燃气体，可以为下游用户单元作为燃料使用，如加热热轧的钢锭、预热钢水包、自备电厂发电锅炉燃料等。高炉煤气中除含有二氧化碳、一氧化碳、氢气、氮气外，还含有部分含硫、含氯物质，无机硫以H2S为主，有机硫主要是羰基硫（COS、CS2），此外还有少量的二硫化碳、硫醚、硫醇、噻吩等，有机硫和无机硫总硫浓度为100-200mg/Nm3。
目前，我国大气污染物排放限制愈发严格，排放指标越来越严格，钢铁行业正式进入“超低排放”时代，高炉热风炉、轧钢加热炉、煤气发电等用户均要求燃烧尾气SO2达到超低排放限值，SO2排放限值为50mg/m3。根据文件精神，业内纷纷开始研发高炉煤气脱硫技术，目前的技术路线主要包括源头控制和燃烧后的末端治理。如采用末端治理方式，需在多点设置脱硫设施，同时，煤气燃烧后的废气量大，直接导致后端尾气处理设施规模变大，投资成本增加；若采取源头控制方式，实施高炉煤气源头控制，减少燃气中的硫分，可大大降低末端治理的压力，甚至可以省掉末端治理设施。
目前源头治理以干法除尘后干法精脱硫工艺为主，但该工艺均存在一些弊端：
（1）干法脱硫工艺对煤气内的粉尘和酸性物质普遍采用干法预处理剂，此类技术容易造成新的固废，预处理剂的使用寿命短、运行成本高，且频繁更换会影响高炉的产能及用户的效益；
（2）干法脱硫工艺对煤气内的粉尘和酸性物质容易导致后续水解转化剂、料剂堵塞和中毒，降低水解转化剂的使用寿命，导致运行成本进一步增高；
（3）高炉煤气随着输送管网的延长和煤气温度的降低，会析出溶入酸性气体和成分的冷凝水形成高酸性腐蚀溶液，对管网及其附属设备的寿命和使用造成严重影响，成为制约高炉、精脱硫运行设备、TRT煤气管道及其附属设备安全运行。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提出一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统及方法。所述系统和方法通过一整套设备装置，通过一级换热，二级洗涤，三级冷凝，再次换热，四级转化，五级吸附的工作步骤，解决了上述高炉煤气净化和脱硫工艺中存在的一些弊端。
本发明的目的是这样实现的：一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统，包括高炉煤气干法除尘器，气-气换热器，洗涤塔，冷凝器，有机硫水解转化塔，TRT/BPRT，无机硫吸附塔，其特征在于，所述气-气换热器设置有高温段入口、高温段出口、低温段入口和低温段出口，所述的高炉煤气干法除尘器的出口与所述换热器的高温段入口相连接，所述气-气换热器高温段出口与所述洗涤塔入口连接，所述洗涤塔入口设有流量和温度检测仪表，所述洗涤塔出口与所述冷凝器入口连接，所述冷凝器的出口与所述低温段入口连接，所述低温段出口与所述有机硫水解转化塔入口连接，所述有机硫水解转化塔出口与所述TRT/BPRT连接，所述TRT/BPRT出口连接所述无机硫吸附塔，所述无机硫吸附塔净化后的高炉煤气输送到各厂区用气点，所述冷凝器设置有PLC自动控制模块。
进一步的，所述气-气换热器是螺旋翅片管换热器。
进一步的，所述洗涤塔是文氏管洗涤塔，或填料塔、错流塔、空塔喷淋等加除雾器的组合。
进一步的，所述洗涤塔的循环水泵采用离心变频循环水泵。
进一步的，所述冷凝器是溴化锂冷凝器，或循环水冷凝器、烟道冷凝器。
本发明的另一目的是这样实现的：一种基于所述高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统的方法，所述方法步骤如下：
步骤1，一级换热，所述干法除尘器出口的高炉煤气输送至所述气-气换热器高温段入口，通过所述气-气换热器降温；
步骤2，二级洗涤，从所述高温段出口出来的高炉煤气进入到所述洗涤塔进行洗涤，降低尘含量、含湿量，使所述高炉煤气中的氯化物和易溶于水的酸性物质洗涤析出；
步骤3，三级冷凝，经过所述步骤2二级洗涤处理后的高炉煤气输送至所述冷凝器，根据所述泠凝器入口温度、流量，通过所述PLC自动控制模块调控所述冷凝器的输出功率，所述冷凝器出口的煤气温度进一步降温达到煤气露点温度以下，含湿量进一步降低，氯化物和易溶于水的酸性物质进一步从高炉煤气中析出；
步骤4，返回一级换热，所述三级冷凝处理后的高炉煤气输送至所述步骤1中的所述气-气换热器低温段入口，再次换热，将所述高炉煤气升温至70-90℃；
步骤5，四级转化，将所述低温段出口温度70-90℃的所述高炉煤气输送至所述有机硫转化塔，通过水解剂的作用将有机硫水解为无机硫，所述水解剂为负载型水解剂，提高转化率，转化后出口的高炉煤气中COS含量减低至2mg/Nm³以下，转化效率达到90%-95%。
步骤6，五级吸附，所述四级转化出来的所述高炉煤气，经过所述TRT/BPRT之后，进入到所述无机硫吸附塔，在脱硫剂的作用下无机硫H2S被捕捉吸附，所述脱硫剂是改性铁基脱硫剂，反应温度30-80℃，空速600-1500m³/m³·h ，通过上述步骤方法处理，所述无机硫吸附塔出口的高炉煤气H2S含量达到20mg/Nm³以下。
进一步的，所述的步骤1中，一级换热后的所述高炉煤气的温度从100-120℃降低至65-80℃，所述高温段出口的高炉煤气流速为10-18m/s。
进一步的，所述的步骤2中，所述洗涤塔入口煤气温度65-80℃，侯口流速40-80m/s、气水比1-2L/m³，洗涤后的高炉煤气温度降至32-40℃，尘含量降低至5mg/Nm³以下，高炉煤气中的氯化物和易溶于水的酸性物质洗涤析出，含湿量在4%-5%；
进一步的，所述的步骤3中，所述冷凝器出口的煤气温度进一步降温至25-30℃，达到煤气露点温度以下，含湿量进一步降低至2.5%-3%，氯化物和易溶于水的酸性物质进一步从高炉煤气中析出。
进一步的，所述步骤5中负载型水解剂载体采用改性氧化铝、氧化钛中的一种或几种，水解剂中添加稀贵金属Ni、Co、Rh、Pd、Ir、Pt中的一种或几种增加水解剂的抗毒性和活性。
本发明的有益效果是：本发明利用气-气换热器，洗涤塔，离心变频循环水泵，冷凝器，有机硫水解转化塔，无机硫吸附塔，TRT/BPRT等设备设施，采用一级换热，二级洗涤，三级冷凝，返回一级换热再次换热，四级转化，五级吸附等方法，实现了以下有益效果：
（1）通常情况干法除尘出口和TRT/BPRT之前这段系统压力大，煤气的工况体积小，整体的煤气温度较高，本发明在此段设置和采用一级换热，二级洗涤，三级冷凝，返回一级换热再次换热，四级转化设备和工艺，整体设备的设计和选型占地小，本发明技术方案大大降低了高炉煤气粉尘和酸性物质含量，减轻了后端TRT/BPRT、用户段管道设备的磨损和腐蚀的影响，延长了后端设备的使用寿命和检修维护频次；
（2）本发明使煤气中硫的排放得到集中处理，实现了高炉煤气的源头脱硫，可使高炉煤气后端用户无需增加额外的脱硫设备，燃烧后达标直接排放的目的；
（3）能够完全适应高炉煤气成分、负荷、温度波动大的特点，起到全工况实现精脱硫的效果；
（4）一级换热，二级洗涤，三级冷凝，能够最大限度去除高炉煤气中的粉尘和酸性物质，减少后端四级转化和五级吸附料剂中毒、堵塞、腐蚀的风险，减少其它干法预处理手段产生的新固废、新投资等问题，相比于市场同类技术，运行更稳定，运行成本更低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明系统设备整体布局连接示意图；
图2是本发明工艺流程示意框图。
具体实施方式
实施例1：一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统，如图1、图2所示，包括高炉煤气干法除尘器1，气-气换热器2，洗涤塔3，冷凝器4，有机硫水解转化塔5，TRT/BPRT6，无机硫吸附塔7，所述气-气换热器2设置有高温段入口21、高温段出口22、低温段入口23和低温段出口24，所述的高炉煤气干法除尘器1的出口与所述气-气换热器2的高温段入口21相连，所述高温段出口22与所述洗涤塔3入口连接，所述洗涤塔3入口设有流量和温度检测仪表9，所述洗涤塔3出口与所述冷凝器4入口连接，所述冷凝器4的出口与所述低温段入口23连接，所述低温段出口24与所述有机硫水解转化塔5入口连接，所述有机硫水解转化塔5出口与所述TRT/BPRT 6连接，所述TRT/BPRT 6出口连接有所述无机硫吸附塔7，所述冷凝器4设置PLC自动控制模块，所述无机硫吸附塔7净化的后高炉煤气输送到各厂区用气点8，所述无机硫吸附塔7净化的后高炉煤气输送到各厂区用气点8，通过PLC自动控制所述冷凝器4的输出功率，节约运行能耗。
实施例2：所述气-气换热器2是螺旋翅片管换热器，螺旋翅片管换热器换热效果好，冷热介质不相互接触，洁净煤气不产生新的污染，所述螺旋翅片管换热器可根据具体需求调整定制。
实施例3：所述洗涤塔3是文氏管洗涤塔，或填料塔、错流塔、空塔喷淋等加除雾器的组合，本实施例采用文氏管洗涤塔，可根据具体需求调整定制。
实施例4：所述洗涤塔3的循环水泵采用离心变频循环水泵。
实施例5：所述冷凝器4是溴化锂冷凝器，或循环水冷凝器、烟道冷凝器，本实施例采用溴化锂冷凝器，可根据具体需求调整定制。
实施例6：一种基于上述高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统的方法，如图1、图2所示，所述方法步骤如下：
步骤1，一级换热，所述干法除尘器1出口的高炉煤气输送至所述气-气换热器2高温段入口21，通过所述气-气换热器2降温；
步骤2，二级洗涤，从所述高温段出口22出来的高炉煤气进入到所述洗涤塔3进行洗涤，降低尘含量、含湿量，使所述高炉煤气中的氯化物和易溶于水的酸性物质洗涤析出；
步骤3，三级冷凝，经过所述步骤2二级洗涤处理后的所述高炉煤气输送至所述冷凝器4，根据所述冷凝器4入口温度、流量，通过所述PLC自动控制模块调控所述冷凝器4的输出功率，所述冷凝器4出口的煤气温度进一步降温达到煤气露点温度以下，含湿量进一步降低，氯化物和易溶于水的酸性物质进一步从高炉煤气中析出；
步骤4，返回一级换热，所述三级冷凝处理后的高炉煤气输送至所述步骤1中的所述气-气换热器2低温段入口23，再次换热，将所述高炉煤气升温至70-90℃；
步骤5，四级转化，将所述低温段出口24温度70-90℃的所述高炉煤气输送至所述有机硫转化塔5，通过负载型水解剂的作用将有机硫水解为无机硫，所述水解剂为负载型水解剂，提高转化率，转化后出口COS减低至2mg/Nm³以下，转化效率达到90%-95%；
步骤6，五级吸附，所述四级转化出来的所述高炉煤气，经过所述TRT/BPRT 6之后，进入到所述无机硫吸附塔7，在脱硫剂的作用下无机硫H2S被捕捉吸附，所述脱硫剂是改性铁基脱硫剂，反应温度 30-80℃，空速 600-1500m³/m³·h。
通过上述步骤方法处理，所述无机硫吸附塔7出口的高炉煤气H2S含量达到20mg/Nm³以下，用户端8燃烧使用后的高炉煤气中SO2在35mg/Nm³以下。
实施例7：所述的步骤1中，一级换热后的所述高炉煤气的温度从100-120℃降低至65-80℃，所述高温段出口22的高炉煤气流速为10-18m/s，本实施例所述高温段出口22的高炉煤气流速为12m/s。
实施例8：所述的步骤2中，所述洗涤塔入口煤气温度65-80℃，文氏洗涤塔侯口流速40-80m/s、气水比1-2L/m³，洗涤后的高炉煤气温度降至32-40℃，尘含量降低至5mg/Nm³以下，高炉煤气中的氯化物和易溶于水的酸性物质洗涤析出，含湿量在4%-5%；本实施例所述洗涤塔3入口煤气流量20万Nm³/h，侯口流速 60m/s，气水比1.5L/m³。
实施例9：所述的步骤3中，所述冷凝器4出口的煤气温度进一步降温至25-30℃，达到煤气露点温度以下，含湿量进一步降低至2.5%-3%，氯化物和易溶于水的酸性物质进一步从高炉煤气中析出，经过上述方法步骤后，所述高炉煤气的氯化物和易溶于水的酸性物质含量现有常规方法已不能检出。
实施例10：所述步骤5中负载型水解剂载体采用改性氧化铝、氧化钛中的一种或几种，水解剂中添加稀贵金属Ni、Co、Rh、Pd、Ir、Pt中的一种或几种增加水解剂的抗毒性和活性，采用负载型水解剂的目的是基于运行条件，方便添加稀贵金属，可实现针对性优化水解剂，提高水解转化率。
本发明所述方法步骤实施例工艺参数列表如下：
Claims (10)
1.一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统，包括高炉煤气干法除尘器，气-气换热器，洗涤塔，冷凝器，有机硫水解转化塔，TRT/BPRT，无机硫吸附塔，其特征在于，所述气-气换热器设置有高温段入口，高温段出口，低温段入口和低温段出口，所述高炉煤气干法除尘器的出口与所述气-气换热器的高温段入口相连接，所述气-气换热器高温段出口与所述洗涤塔入口连接，所述洗涤塔入口设有流量和温度检测仪表，所述洗涤塔出口与所述冷凝器入口连接，所述冷凝器的出口与所述低温段入口连接，所述低温段出口与所述有机硫水解转化塔入口连接，所述有机硫水解转化塔出口与所述TRT/BPRT连接，所述TRT/BPRT出口连接所述无机硫吸附塔，所述无机硫吸附塔净化后的高炉煤气输送到各厂区用气点，所述冷凝器设置有PLC自动控制模块。
2.根据权利要求1所述一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统，其特征在于，所述气-气换热器是螺旋翅片管换热器。
3.根据权利要求1所述一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统，其特征在于，所述洗涤塔是文氏管洗涤塔，或填料塔、错流塔、空塔喷淋等加除雾器的组合。
4.根据权利要求1所述一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统，其特征在于，所述洗涤塔的循环水泵采用离心变频循环水泵。
5.根据权利要求1所述一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统，其特征在于，所述冷凝器是溴化锂冷凝器，或循环水冷凝器、烟道冷凝器。
6.一种基于权利要求1所述高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫系统的方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
步骤1，一级换热，所述干法除尘器出口的高炉煤气输送至所述气-气换热器高温段入口，通过所述气-气换热器降温；
步骤2，二级洗涤，从所述高温段出口出来的高炉煤气进入到所述洗涤塔进行洗涤，降低尘含量、含湿量，使所述高炉煤气中的氯化物和易溶于水的酸性物质洗涤析出；
步骤3，三级冷凝，经过所述步骤2二级洗涤处理后的高炉煤气输送至所述冷凝器，根据所述冷凝器入口温度、流量，通过所述PLC自动控制模块调控所述冷凝器的输出功率，所述冷凝器出口的煤气温度进一步降温达到煤气露点温度以下，含湿量进一步降低，氯化物和易溶于水的酸性物质进一步从高炉煤气中析出；
步骤4，返回一级换热，所述三级冷凝处理后的高炉煤气输送至所述步骤1中的所述气-气换热器低温段入口，再次换热，将所述高炉煤气升温至70-90℃；
步骤5，四级转化，将所述低温段出口温度70-90℃的所述高炉煤气输送至所述有机硫转化塔，通过水解剂的作用将有机硫水解为无机硫，所述水解剂为负载型水解剂，提高转化率，转化后出口的高炉煤气中COS含量减低至2mg/Nm³以下，转化效率达到90%-95%；
步骤6，五级吸附，所述四级转化出来的所述高炉煤气，经过所述TRT/BPRT之后，进入到所述无机硫吸附塔，在脱硫剂的作用下无机硫H2S被捕捉吸附，所述脱硫剂是改性铁基脱硫剂，反应温度30-80℃，空速600-1500m³/m³·h ，通过上述步骤方法处理，所述无机硫吸附塔出口的高炉煤气H2S含量达到20mg/Nm³以下。
7.根据权利要求6所述一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫方法，其特征在于，所述步骤1中，一级换热后的所述高炉煤气的温度从100-120℃降低至65-80℃，所述高温段出口的高炉煤气流速为10-18m/s。
8.根据权利要求6所述一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫方法，其特征在于，所述步骤2中，所述洗涤塔入口煤气温度65-80℃，侯口流速40-80m/s、气水比1-2L/m³，洗涤后的高炉煤气温度降至32-40℃，尘含量降低至5mg/Nm³以下，高炉煤气中的氯化物和易溶于水的酸性物质洗涤析出，含湿量在4%-5%。
9.根据权利要求6所述一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫方法，其特征在于，所述步骤3中，所述冷凝器出口的煤气温度进一步降温至25-30℃，达到煤气露点温度以下，含湿量进一步降低至2.5%-3%，氯化物和易溶于水的酸性物质进一步从高炉煤气中析出。
10.根据权利要求6所述一种高炉煤气干法除尘后分级净化精脱硫方法，其特征在于，所述步骤5中负载型水解剂载体采用改性氧化铝、氧化钛中的一种或几种，水解剂中添加稀贵金属Ni、Co、Rh、Pd、Ir、Pt中的一种或几种增加水解剂的抗毒性和活性。
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