CN214087736U - 炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度co2气体的处理装置 - Google Patents

炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度co2气体的处理装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置。该含硫高浓度CO2气体中含有有机硫化物和硫化氢，且CO2浓度大于70％，该处理装置包括压缩单元、有机硫化物水解单元、硫化氢脱除单元、二氧化碳精馏液化单元。利用上述装置净化炼铁煤气脱除或分离的含硫CO2气体，不仅能够更有效地脱除其中的硫化物等杂质，而且可以低成本地获得高纯度的二氧化碳液体产品。

Description

炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理 装置
技术领域
本实用新型涉及CO2资源回收技术领域，具体而言，涉及一种炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置。
背景技术
炼铁过程产生大量的煤气，其主要成分为CO、H2、CO2和N2，以及微量有机硫化物和硫化氢。其中的CO、H2具有较高热值，也可以作为炼铁过程的还原剂。通过将煤气中的CO2脱除或分离，一方面可以间接提高剩余煤气中CO和H2的浓度，从而提升煤气的还原效率和燃烧热值；另一方面，可以回收脱除或分离出的高浓度的二氧化碳，在获得经济效益的同时，实现钢铁行业温室气体的减排。
然而，所脱除或分离的高浓度CO2中尚含有少量的有机硫化物和硫化氢甚至少量有毒气体CO 和易燃气体氢气等杂质，影响了CO2的回收利用，需要进一步提纯、净化。由于脱除或分离的高浓度CO2气体量巨大，目前应用的常压下的CO2中的有机硫化物中高温水解转化为硫化氢的再吸附脱除的方法面临着气量巨大导致的设备庞大，建设成本高昂，以及温度较低导致水解效果差的问题。
基于以上原因，有必要提供一种更有效地更经济性的去除炼铁煤气脱除或分离的高浓度的CO2中硫化物等杂质并回收CO2的工艺装置。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，以解决现有技术中高浓度二氧化碳中硫化物等杂质脱除效果差和成本高的问题。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，含硫高浓度CO2气体中含有有机硫化物和硫化氢，且CO2浓度大于70％(体积浓度)；该处理装置包括：压缩单元，具有CO2原料气进口和压缩气体出口；有机硫化物水解单元，具有压缩气体进口和水解气体出口，压缩气体进口和压缩气体出口相连，且有机硫化物水解单元用于将压缩气体中的有机硫化物水解成硫化氢；硫化氢脱除单元，具有水解气体进口和硫化氢脱除气体出口，水解气体进口和水解气体出口相连；二氧化碳精馏液化单元，具有硫化氢脱除气体进口、二氧化碳精馏液化产物出口，硫化氢脱除气体进口与硫化氢脱除气体出口相连。
进一步地，二氧化碳精馏液化单元包括：二氧化碳液化器，其具有硫化氢脱除气体进口、制冷介质入口、二氧化碳液化产物出口及制冷介质出口；提馏塔，具有二氧化碳液化产物入口、二氧化碳精馏液化产物出口及不凝气出口，且二氧化碳液化产物入口与二氧化碳液化产物出口相连；制冷压缩机，具有制冷剂入口和制冷剂出口；冷凝器，具有冷凝器进口和冷凝器出口，且冷凝器进口与制冷剂出口相连，冷凝器出口与二氧化碳液化器的制冷介质入口相连。
进一步地，装置还包括脱水单元，脱水单元设置在水解气体进口和硫化氢脱除气体出口相连的管路上。
进一步地，脱水单元包括顺次相连的冷凝器和气液分离器，或者，脱水单元包括顺次相连的冷却器和除雾器。
进一步地，装置还包括干燥单元，干燥单元设置在硫化氢脱除气体进口与硫化氢脱除气体出口相连的管路上。
进一步地，干燥单元采用分子筛、硅胶或活性炭作为固体吸附剂。
进一步地，硫化氢脱除单元包括脱硫塔或脱硫罐，且脱硫塔或脱硫罐中装有硫化氢吸附剂。
进一步地，有机硫化物水解单元为水解塔或水解罐，且水解塔或水解罐中装有水解催化剂。
利用本实用新型提供的装置处理高浓度CO2中的硫化物，CO2原料气先通过压缩单元压缩，为后续的脱硫处理提供较高的压力和温度条件。压缩气体随后进入有机硫化物水解单元，可以将压缩气体中的羰基硫等有机硫化物进行水解转化为硫化氢等产物。水解生成的硫化氢和压缩气体中原有的硫化氢一起被后续的硫化氢脱除单元脱除。经脱硫处理后，气体最后进入二氧化碳精馏液化单元，通过低温深冷精馏液化，能够将不容易液化的其他气体组分如CO、 H2、N2等不凝气脱除的同时直接获得液态二氧化碳产品。可见，本实用新型通过压缩、脱硫、二氧化碳低温深冷精馏液化法相结合，有效解决了现有技术中煤气脱除或分离的高浓度二氧化碳中的硫化物等杂质的脱除效果差，成本高的缺点。基于以上原因，利用上述装置净化高浓度CO2，不仅能够更有效地脱除其中的硫化物和CO等杂质，而且可以低成本地获得高纯度的二氧化碳液体产品。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本实用新型一种实施例的炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度 CO2气体的处理装置的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、压缩单元；20、有机硫化物水解单元；30、硫化氢脱除单元；40、二氧化碳精馏液化单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中来自于炼铁煤气的脱除或分离的含硫高浓度二氧化碳中的硫化物和杂质分离效果差、脱除成本高。
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度 CO2气体的处理装置，含硫高浓度CO2气体中含有有机硫化物和硫化氢，且CO2浓度大于70％ (体积浓度)；如图1所示，该处理装置包括压缩单元10、有机硫化物水解单元20、硫化氢脱除单元30、二氧化碳精馏液化单元40，压缩单元10具有CO2原料气进口和压缩气体出口；有机硫化物水解单元20具有压缩气体进口和水解气体出口，压缩气体进口和压缩气体出口相连，且有机硫化物水解单元20用于将压缩气体中的有机硫化物水解成硫化氢；硫化氢脱除单元30具有水解气体进口和硫化氢脱除气体出口，水解气体进口和水解气体出口相连；二氧化碳精馏液化单元40具有硫化氢脱除气体进口、二氧化碳精馏液化产物出口，硫化氢脱除气体进口与硫化氢脱除气体出口相连。
利用本实用新型提供的装置处理高浓度二氧化碳中的硫化物和杂质，CO2原料气A先通过压缩单元压缩，为后续的脱硫处理提供压力和温度条件。压缩气体随后进入有机硫化物水解单元，可以将压缩气体中的羰基硫等有机硫化物进行水解转化为硫化氢等产物。水解生成的硫化氢和压缩气体中原有的硫化氢一起被后续的硫化氢脱除单元脱除。经脱硫处理后，气体最后进入二氧化碳精馏液化单元，通过低温深冷精馏液化，能够将不容易液化的其他气体组分如CO、H2、N2等不凝气脱除的同时直接获得液态二氧化碳产品。可见，本实用新型通过压缩、脱硫、二氧化碳低温深冷精馏液化法相结合，有效解决了现有技术中高浓度二氧化碳中的硫化物和CO等杂质的脱除效果差，成本高的缺点。基于以上原因，利用上述装置净化高浓度CO2，不仅能够更有效地脱除其中的硫化物和CO等杂质，而且可以低成本地获得高纯度的二氧化碳液体产品B。
在一种优选的实施方式中，二氧化碳精馏液化单元40包括：二氧化碳液化器，其具有所述硫化氢脱除气体进口、制冷介质入口、二氧化碳液化产物出口及制冷介质出口；提馏塔，具有二氧化碳液化产物入口、二氧化碳精馏液化产物出口及不凝气出口，且二氧化碳液化产物入口与二氧化碳液化产物出口相连；制冷压缩机，具有制冷剂入口和制冷剂出口；冷凝器，具有冷凝器进口和冷凝器出口，且所述冷凝器进口与所述制冷剂出口相连，所述冷凝器出口与所述二氧化碳液化器的所述制冷介质入口相连。
利用二氧化碳液化器，能够在制冷介质提供的冷量的作用下，将气态二氧化碳转化成液态二氧化碳，然后输送到提馏塔中，分离不凝的气体组分，可以将二氧化碳选择性地冷凝液化出来。二氧化碳液化器优选采用满液式蒸发器，二氧化碳走管程，制冷介质走壳程。制冷介质的冷量来自于制冷压缩机对制冷剂的压缩和冷凝器对压缩后的制冷剂的冷凝液化，满足二氧化碳液化器的冷量需求。冷凝器优选采用水冷管壳式冷凝器或者蒸发式冷凝器。
在实际操作过程中，利用制冷单元将硫化氢脱除后的高压气体，深冷降温至-10℃以下，进入高压提馏塔，容易液化的CO2成为液体，不容易液化的其他气体组分如CO、H2、N2等不凝气体从高压提馏塔不凝气出口排出。经过深冷精馏后，CO2气体得到提纯的同时，转变成液体状态，便于储存和运输。少量的不凝气可以回流到钢铁厂的煤气系统参与燃烧使用。
在一种优选的实施方式中，上述装置还包括脱水单元，脱水单元设置在水解气体进口和水解气体出口相连的管路上。具体可以采用冷却脱水单元，利用冷却脱水单元不仅能够降低气体温度有利于硫化氢的吸附脱除，而且可以降低气体中的水分含量，从而有利于降低硫化氢和CO2酸性气体对于设备的腐蚀性。优选地，冷却脱水单元包括顺次相连的冷凝器和气液分离器，或者，脱水单元包括顺次相连的冷却器和除雾器。更为优选地，冷却方式为水冷或空冷等降温方法。
在一种优选的实施方式中，上述装置还包括干燥单元，干燥单元设置在硫化氢脱除气体进口与硫化氢脱除气体出口相连的管路上。利用干燥单元可以对硫化氢脱除气体进行进一步的深度脱水，以减少后续深冷液化后的液体水分对于设备的腐蚀性，并减少对二氧化碳液态产品纯度的影响。优选地，该干燥单元采用分子筛、硅胶或活性炭等固体吸附剂以保证脱水效果。
在一种优选的实施方式中，硫化氢脱除单元30包括脱硫塔或脱硫罐，且脱硫塔或脱硫罐中装有硫化氢吸附剂。水解气体进入后，携带的硫化氢在吸附剂的作用下被吸附脱除。
更优选地，有机硫化物水解单元20为水解塔或水解罐，且水解塔或水解罐中装有硫化物水解催化剂。
以下通过实施例进一步说明本实用新型上述装置的有益效果：
实施例1
来自于某一钢铁厂产生的煤气中的CO2、N2、CO、H2和水分的含量分别大约33.80、10.30、41.50、9.80和3.80％，以及微量的有有机硫和硫化氢等杂质。煤气经过脱碳工艺后获得的CO2气体含有CO2、N2、CO、H2和水分分别为90.21、2.32、2.10、1.83、4.51以及100ppm硫化氢和200ppm的羰基硫，CO2气体温度大约40℃，压力大约0.150Mpa(绝压)。
采用图1中所示的装置对高浓度CO2中硫化物和CO、氢气、氮气等杂质脱除，获得工业级液态二氧化碳产品。
其中原料气压缩机和制冷压缩机采用螺杆式压缩机，水解催化剂采用煤质活性炭基催化剂；硫化氢吸附剂采用氧化铁类的吸附剂。工艺条件如下：原料气温度为40摄氏度，压力为绝压0.150MPa(A)。压缩机出口压力压力2.70Mpa、温度为80摄氏度；水解后的压力下降为 2.55Mpa，温度为40摄氏度；干燥剂采用硅胶，精馏液化压力位2.5Mpa温度为零下20摄氏度。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，所述含硫高浓度CO2气体中含有有机硫化物和硫化氢，且CO2浓度大于70％，其特征在于，所述处理装置包括：
压缩单元(10)，具有CO2原料气进口和压缩气体出口；
有机硫化物水解单元(20)，具有压缩气体进口和水解气体出口，所述压缩气体进口和所述压缩气体出口相连，且所述有机硫化物水解单元(20)用于将压缩气体中的有机硫化物水解成硫化氢；
硫化氢脱除单元(30)，具有水解气体进口和硫化氢脱除气体出口，所述水解气体进口和所述水解气体出口相连；
二氧化碳精馏液化单元(40)，具有硫化氢脱除气体进口、二氧化碳精馏液化产物出口，所述硫化氢脱除气体进口与所述硫化氢脱除气体出口相连。
2.根据权利要求1所述的炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，其特征在于，所述二氧化碳精馏液化单元(40)包括：
二氧化碳液化器，其具有所述硫化氢脱除气体进口、制冷介质入口、二氧化碳液化产物出口及制冷介质出口；
提馏塔，具有二氧化碳液化产物入口、所述二氧化碳精馏液化产物出口及不凝气出口，且所述二氧化碳液化产物入口与所述二氧化碳液化产物出口相连；
制冷压缩机，具有制冷剂入口和制冷剂出口；
冷凝器，具有冷凝器进口和冷凝器出口，且所述冷凝器进口与所述制冷剂出口相连，所述冷凝器出口与所述二氧化碳液化器的所述制冷介质入口相连。
3.根据权利要求1或2所述的炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，其特征在于，所述装置还包括脱水单元，所述脱水单元设置在所述水解气体进口和所述硫化氢脱除气体出口相连的管路上。
4.根据权利要求3所述的炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，其特征在于，所述脱水单元包括顺次相连的冷凝器和气液分离器，或者，所述脱水单元包括顺次相连的冷却器和除雾器。
5.根据权利要求3所述的炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，其特征在于，所述装置还包括干燥单元，所述干燥单元设置在所述硫化氢脱除气体进口与所述硫化氢脱除气体出口相连的管路上。
6.根据权利要求5所述的炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，其特征在于，所述干燥单元采用分子筛、硅胶或活性炭作为固体吸附剂。
7.根据权利要求1或2所述的炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，其特征在于，所述硫化氢脱除单元(30)包括脱硫塔或脱硫罐，且所述脱硫塔或所述脱硫罐中装有硫化氢吸附剂。
8.根据权利要求1或2所述的炼铁煤气脱除或分离过程产生的含硫高浓度CO2气体的处理装置，其特征在于，所述有机硫化物水解单元(20)为水解塔或水解罐，且所述水解塔或所述水解罐中装有水解催化剂。
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