CN117358056A - 一种煤气净化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤气净化设备技术领域。公开一种煤气净化装置及方法，包括：外壳，内部设置有预处理区和催化区，预处理区出气端与催化区连通，催化区与外壳出气端连通，预处理区在预处理状态与换料状态切换；进气管道，具有切换出气的第一出气端和第二出气端，在预处理状态，第一出气端与预处理区连通，在换料状态，第二出气端与催化区连通；外壳包括：预处理段，预处理区位于预处理段内；催化段，设置在预处理段上方，催化区位于催化段内，预处理段管径小于催化段管径。本发明能够实现在净化装置内设置预处理区对煤气进行预处理，降低煤气中颗粒物等杂质对催化区的影响，同时预处理区更换材料方便，可显著提高煤气净化效率。
Description
技术领域
本发明属于煤气净化设备技术领域，尤其涉及一种煤气净化装置及方法。
背景技术
煤气是由多种可燃成分组成的一种气体燃料，对于钢铁企业来说，煤气主要为焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气，一般作为燃料使用。目前，钢铁企业使用的热风炉、加热炉、煤气发电等均要求燃烧尾气SO2达到超低排放限值，而现有的煤气中硫含量较高，直接燃烧后尾气中SO2排放浓度较高，无法达标。实现达标排放的方式有两种，主要为源头控制和燃烧后的末端治理，如采用末端治理方式，需在多点设置净化设施，同时煤气燃烧后的废气量大，处理设施规模变大；若采取源头控制方式，实施煤气净化，减少燃气中的硫分，净化后的煤气燃烧可直接达标排放，省掉末端治理设施。
专利号为CN110467944A的专利“高炉煤气水解塔”中公开了一种水解塔装置，其核心是两级塔处理高炉煤气，高炉煤气从一级水解塔底部进入，穿过一级水解塔中部的催化剂层，完成第一次脱硫处理后，经塔间连接管道进入二级水解塔的底部，再次穿过二级水解塔中部的催化剂层，完成第二次脱硫处理后，从二级水解塔的上部高炉煤气出口输出。该装置虽可有效地解决高炉煤气脱硫，但其串联阻力较大、也不能及时的不停机处理催化堵塞或中毒等问题。
专利号为CN110903866A的专利“一种高效脱除有机硫的超精脱硫塔”中公开了一种高效脱除有机硫的装置，其净化装置内设计有第一烟气净化装置、分流装置、催化装置、导流装置、第二烟气净化装置、喷淋装置、排水装置，通过以上设置，实现焦炉煤气中有机硫的高效脱除，其内部结构复杂、阻力大、同时还有废水产生。
上述设计的煤气脱硫装置并不完善，具有改进空间。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种煤气净化装置及方法，能够实现在净化装置内设置预处理区对煤气进行预处理，降低煤气中颗粒物等杂质对催化区的影响，同时预处理区更换材料方便，可显著提高煤气净化效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种煤气净化装置，包括：
外壳，内部设置有预处理区和催化区，所述预处理区出气端与所述催化区连通，所述催化区与所述外壳出气端连通，所述预处理区在预处理状态与换料状态切换；
进气管道，具有切换出气的第一出气端和第二出气端，在所述预处理状态，所述第一出气端与所述预处理区连通，在所述换料状态，所述第二出气端与所述催化区连通。
进一步的，所述外壳包括：预处理段，所述预处理区位于所述预处理段内；
催化段，设置在所述预处理段上方，所述催化区位于所述催化段内，所述预处理段管径小于所述催化段管径；
变径过渡段，用于连接所述预处理段和所述催化段。
进一步的，还包括密封插板阀，设置在所述变径过渡段内，在所述预处理状态，所述密封插板阀开启，在所述换料状态，所述密封插板阀关闭。
进一步的，还包括收集区，设置在所述预处理段，所述预处理区出料端与所述收集区连通，所述收集区出料端连通有卸料通道。
进一步的，还包括出气区，设置在所述预处理段，所述出气区与所述催化区出气端连通，所述出气区出气端连通有出气管道。
进一步的，所述进气管道包括：进气总管；
第一进气分管，与所述进气总管且为所述进气管道的第一进气端，所述第一进气分管上设置有第一进气密封阀；
第二进气分管，与所述进气总管且为所述进气管道的第二进气端，所述第二进气分管上设置有第二进气密封阀。
进一步的，所述催化区包括至少一个催化剂段，所述催化剂段数量大于一个时，相邻两所述催化剂段之间设置有过渡段。
进一步的，还包括撑板，所述撑板用于支撑所述预处理区的预处理材料和支撑所述催化剂段的催化材料。
进一步的，所述撑板为马鞍型结构。
一种煤气净化方法，基于上述的煤气净化装置，操作步骤包括：
S1、开启第一出气端连通进气管道与预处理区；
S2、检测预处理区材料失活；
S3、关闭第一出气端，开启第二出气端连通进气管道与催化区；
S4、更换预处理区材料；
S5、关闭第二出气端，重复步骤S1-S4。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
在外壳内设置预处理区，在预处理状态将煤气送入预处理区进行预处理，降低煤气中颗粒物等杂质对催化区的影响，提高催化区利用率以及提高使用寿命。在换料状态，煤气直接通入催化区，并对预处理区换料，换料过程中不影响净化装置对煤气的正常处理，净化装置压降可调节且阻力小，工况适应性好、结构简单，可显著提高煤气的净化效率，具有可观的经济效益。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为净化装置的结构示意图；
图2为撑板的正视图；
图3为撑板的俯视图；
其中，1-预处理区，2-催化区，201-催化剂段，202-过渡段，3-进气管道，301-进气总管，302-第一进气分管，303-第二进气分管，4-密封插板阀，5-预处理段，6-催化段，7-变径过渡段，8-收集区，9-卸料通道，10-出气区，11-出气管道，12-第一进气密封阀，13-第二进气密封阀，14-撑板。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-图3，本发明提供一种煤气净化装置，包括：外壳，内部设置有预处理区1和催化区2，预处理区1出气端与催化区2连通，催化区2与外壳出气端连通，预处理区1在预处理状态与换料状态切换。
进气管道3，具有切换出气的第一出气端和第二出气端，在预处理状态，第一出气端与预处理区1连通，在换料状态，第二出气端与催化区2连通。
具体的说，外壳为净化装置的主体结构，其内部设置有预处理区1和催化区2，在预处理状态，第一出气端开启，第二出气端关闭，煤气首先进入预处理区1内，经过预处理区1处理后进入催化区2处理，经过催化区2处理后由外壳出气端排出，在运行过程中，煤气中的颗粒物等杂质会堵塞预处理区1内的催化剂或使催化剂中毒，若预处理区1内催化剂堵塞或者失活，切换至换料状态，第一出气端关闭，第二出气端开启，在换料状态，煤气可暂时由第二出气端进入外壳，煤气直接进入催化区2内处理，预处理区1进行换料操作，待预处理区1换料完毕后，切换至预处理状态，恢复正常进气，实现不停车检修。
其中，外壳呈圆柱型塔体结构，可适用焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等煤气的净化，根据不同的煤气工况，需选用不同类型的催化剂。
其中，催化区2填充催化剂可选活性炭、氧化铝、氧化铁、氧化锌、氧化铜等脱硫剂或微晶吸附剂，预处理区1内填充的催化剂优选为除尘、除氯等分子筛类保护剂。
其中，催化剂优选但不限于为蜂窝状整装催化剂，球状、棒状等散装催化剂。
进一步优化方案，参照图1，外壳包括：预处理段5，预处理区1位于预处理段5内；催化段6，设置在预处理段5上方，催化区2位于催化段6内，预处理段5管径小于催化段6管径；变径过渡段7，用于连接预处理段5和催化段6。
具体的说，预处理区1和催化区2的直径不相同，预处理区与催化区2通过外壳的变径过渡段7连通。
本发明的一个具体实施例中，预处理区1直径与催化区2的直径之比为0.75～0.95:1。
进一步优化方案，参照图1，还包括密封插板阀4，设置在变径过渡段7内，在预处理状态，密封插板阀4开启，在换料状态，密封插板阀4关闭。
具体的说，密封插板阀4用于控制预处理区1与催化区2的连通，在预处理状态，密封插板阀4开启，煤气进入预处理区1处理后，经过密封插板阀4进入催化区2处理，在换料状态，密封插板阀4关闭，煤气通过催化区2，并保证催化区2内的煤气无法进入预处理区1，在对预处理区1换料时，保证煤气无法外泄。
进一步优化方案，参照图1，还包括收集区8，设置在预处理段5，预处理区1出料端与收集区8连通，收集区8出料端连通有卸料通道9。
具体的说，收集区8设置在预处理区1下方，收集区8用于收集预处理区1的卸料或者集灰，预处理区1在换料时催化剂通过收集区8进入卸料通道9内，并由卸料通道9导出外壳。
进一步优化方案，参照图1，还包括出气区10，设置在预处理段5，出气区10与催化区2出气端连通，出气区10出气端连通有出气管道11。
具体的说，出气区10设置在催化区2上方，在外壳内，煤气由下向上运动，出气区10用于对处理完毕的煤气收集，并通过出气管道11输送在至下一工序。
进一步优化方案，参照图1，进气管道3包括：进气总管301；第一进气分管302，与进气总管301且为进气管道3的第一进气端，第一进气分管302上设置有第一进气密封阀12；第二进气分管303，与进气总管301且为进气管道3的第二进气端，第二进气分管303上设置有第二进气密封阀13。
具体的说，煤气进入进气总管301，通过第一进气密封阀12和第二进气密封阀13的控制开合下，实现第一进气分管302和第二进气分管303的切换开启关闭。
进一步优化方案，参照图1，催化区2包括至少一个催化剂段201，催化剂段201数量大于一个时，相邻催化剂段201之间设置有过渡段202。
具体的说，根据实际工况，保证煤气处理效果，可在催化区2设置一个或者多个催化剂段201，当设置一个催化剂段201时，该催化剂段201的进气端与预处理区1连通，该催化剂段201的出气端与出气区10连通。
当设置多个催化剂段201时，多个催化剂段201由下至上依次布置在催化段6内，相邻两催化剂段201之间设置有过渡段202并通过过渡段202连通，靠近预处理区1的催化剂段201与预处理区1连通，靠近出气区10的催化剂段201与出气区10连通。
进一步的，当设置多个催化剂段201时，过渡段202的高度为催化区2高度的0.25～0.35倍。
进一步优化方案，参照图1、图2、图3，还包括撑板14，撑板14用于支撑预处理区1的预处理材料和支撑催化剂段201的催化材料。
具体的说，撑板14为外壳内用于承托催化剂的支撑结构，当设置有多个催化剂段201时，每一催化剂段201的催化剂被一撑板14支撑。
进一步优化方案，参照图2、图3，撑板14为马鞍型结构。
具体的，撑板14为马鞍形结构时，波峰个数为外壳直径(单位mm)的1/60～1/360，每个波峰结构高190mm～430mm，宽按波峰个数与外壳直径大小按径向均匀排列，顶部为半圆结构，直径为宽的1/6～1。
其中，撑板14通身设有孔洞以便于煤气通过，孔洞可为圆孔、方孔、长圆孔、长方孔等形状，排列方式为直排、45/60错排、K/Z型错排等，孔洞直径/边长/短边长为所选用球状、圆柱状等散装催化剂直径的3倍～12倍，若选用成型催化剂，孔洞直径/边长/短边长为25mm～75mm。波型撑板开孔率为外壳径横截面积的100％～125％，单层最大压降不大于50Pa。
其中，撑板14可选用金属、高分子、陶瓷等材质制作，对于直径大于2800mm的水解塔，中间要用工字钢梁支撑加强刚度。整个撑板14可采用整体冲压结构或单个波峰结构拼接而成。
一种煤气净化方法，操作步骤包括：
S1、开启第一出气端连通进气管道3与预处理区1。打开第一进气密封阀12，关闭第二进气密封阀13，高炉煤气通过第一进气分管302进入预处理区1内，煤气穿过预处理区1、催化区2后进入出气区10，并由出气管道11排出外壳。
S2、检测预处理区1材料失活。在运行过程中，检测预处理区1内的催化剂是否堵塞或失活。
S3、关闭第一出气端，开启第二出气端连通进气管道3与催化区2。若预处理区1催化剂堵塞或失活，关闭第一进气密封阀12，打开第二进气密封阀13，关闭密封插板阀4，煤气由第二进气分管303进入催化区2。
S4、更换预处理区1材料。打开卸料通道9，将预处理区1内的催化剂由收集区8和卸料通道9排出外壳，并向预处理区1置入新的催化剂，实现不停车检修。
S5、关闭第二出气端，重复步骤S1-S4。向预处理区1置入新的催化剂后，打开第一进气密封阀12，关闭第二进气密封阀13，高炉煤气通过第一进气分管302进入预处理区1内，煤气穿过预处理区1、催化区2后进入出气区10，并由出气管道11排出外壳。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种煤气净化装置，其特征在于：包括：
外壳，内部设置有预处理区(1)和催化区(2)，所述预处理区(1)出气端与所述催化区(2)连通，所述催化区(2)与所述外壳出气端连通，所述预处理区(1)在预处理状态与换料状态切换；
进气管道(3)，具有切换出气的第一出气端和第二出气端，在所述预处理状态，所述第一出气端与所述预处理区(1)连通，在所述换料状态，所述第二出气端与所述催化区(2)连通。
2.根据权利要求1所述的煤气净化装置，其特征在于：所述外壳包括：预处理段(5)，所述预处理区(1)位于所述预处理段(5)内；
催化段(6)，设置在所述预处理段(5)上方，所述催化区(2)位于所述催化段(6)内，所述预处理段(5)管径小于所述催化段(6)管径；
变径过渡段(7)，用于连接所述预处理段(5)和所述催化段(6)。
3.根据权利要求2所述的煤气净化装置，其特征在于：还包括密封插板阀(4)，设置在所述变径过渡段(7)内，在所述预处理状态，所述密封插板阀(4)开启，在所述换料状态，所述密封插板阀(4)关闭。
4.根据权利要求2所述的煤气净化装置，其特征在于：还包括收集区(8)，设置在所述预处理段(5)，所述预处理区(1)出料端与所述收集区(8)连通，所述收集区(8)出料端连通有卸料通道(9)。
5.根据权利要求2所述的煤气净化装置，其特征在于：还包括出气区(10)，设置在所述预处理段(5)，所述出气区(10)与所述催化区(2)出气端连通，所述出气区(10)出气端连通有出气管道(11)。
6.根据权利要求1所述的煤气净化装置，其特征在于：所述进气管道(3)包括：进气总管(301)；
第一进气分管(302)，与所述进气总管(301)且为所述进气管道(3)的第一进气端，所述第一进气分管(302)上设置有第一进气密封阀(12)；
第二进气分管(303)，与所述进气总管(301)且为所述进气管道(3)的第二进气端，所述第二进气分管(303)上设置有第二进气密封阀(13)。
7.根据权利要求1所述的煤气净化装置，其特征在于：所述催化区(2)包括至少一个催化剂段(201)，所述催化剂段(201)数量大于一个时，相邻两所述催化剂段(201)之间设置有过渡段(202)。
8.根据权利要求7所述的煤气净化装置，其特征在于：还包括撑板(14)，所述撑板(14)用于支撑所述预处理区(1)的预处理材料和支撑所述催化剂段(201)的催化材料。
9.根据权利要求8所述的煤气净化装置，其特征在于：所述撑板(14)为马鞍型结构。
10.一种煤气净化方法，基于权利要求1所述的煤气净化装置，其特征在于：操作步骤包括：
S1、开启第一出气端连通进气管道(3)与预处理区(1)；
S2、检测预处理区(1)材料失活；
S3、关闭第一出气端，开启第二出气端连通进气管道(3)与催化区(2)；
S4、更换预处理区(1)材料；
S5、关闭第二出气端，重复步骤S1-S4。
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