CN216764805U - 一种补氧系统及催化水解干法精脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种补氧系统及催化水解干法精脱硫系统，属于脱硫技术领域，本实用新型的补氧系统包括依次连接的截止阀组、压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置、调节阀组和补氧管道；所述截止阀组的进料口与补氧系统的氧气入口相连；所述调节阀组的出料口接入待补氧管路中。干法精脱硫系统包括煤气预处理系统、催化水解器、混合气温度测试装置、降温装置、加温装置、干法脱硫塔、硫化氢浓度检测装置和补氧系统；本实用新型公开的补氧系统可实现煤气精脱硫反应中所需氧气的补充，简化系统设备配置，通过测点实时监控提高系统运行安全性及稳定性，保证脱硫反应的有效进行。

Description

一种补氧系统及催化水解干法精脱硫系统

技术领域

本实用新型属于烟气脱硫技术领域，具体涉及一种补氧系统及催化水解干法精脱硫系统。

背景技术

随着我国环境保护工作的不断完善，对钢铁行业污染物排放的要求也逐渐严格，2019年国家生态环境部发改委、工信部等五部联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，对钢铁行业外排烟气中的污染物浓度做出了进一步要求，其中二氧化硫的排放浓度不得高于35mg/m³。

高炉煤气、焦炉煤气是钢铁行业中可进行二次利用的主要能源之一，经除尘、余热/能源回收等预处理后，送往高炉热风炉、轧钢加热炉、煤气发电等用户单元作为原料使用。

高炉煤气以及焦炉煤气作为二次利用能源，具有低压、中低温、总硫含量较低、煤气量大、杂质含量高的特点。煤气中的含硫污染物包括有机硫和无机硫两类，有机硫以羰基硫(COS)为主，还有少量的二硫化碳(CS₂)，无机硫以硫化氢(H₂S)为主，还有少量的二氧化硫(SO₂)。当高炉/焦炉煤气直接在用气单元作为燃料燃烧时，用户单元末端排放烟气中二氧化硫浓度会超过国家排放标准，造成严重的环境污染，且由于煤气用气点分散，如在末端进行烟气处理，则存在重复投资、所处理烟气量增加、运行费用高等问题，因此将高炉/焦炉煤气在送往各用气单元燃烧前进行集中的污染物治理，是较为合理的烟气净化方案。

目前，各钢铁企业联合环保企业积极探索更优的煤气精脱硫工艺技术，其中一种应用较为广泛的技术是基于水解转化+干法脱硫原理的催化水解干法脱硫工艺。该工艺将除尘及TRT发电(高炉煤气余压透平发电装置)/BPRT(煤气透平与电动机同轴驱动的高炉鼓风机组)发电预处理后的煤气先经过催化水解装置，将有机硫转化为无机硫，再进入干法脱硫装置，在铁基/碳基催化剂的作用下，将无机硫转化为硫单质，实现污染物与烟气的分离。脱硫后的煤气通过煤气柜后分配至煤气用户单元。

在干法脱硫阶段，其主要反应原理是在铁基催化剂的作用下，在合理的反应温度及压力条件下，无机硫(主要是H₂S)与煤气中的氧气(O₂)发生反应，最终形成硫单质(S)及水(H₂O)。氧气作为煤气精脱硫过程的反应物之一，本身存在于需要进行精脱硫的煤气中，但其含量不足以完成脱硫反应，因此需要对待脱硫煤气进行氧气的补充。由于煤气本身是可燃气体，因此对补氧装置的安全性、可靠性提出了较高的要求。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是高炉煤气干法精脱硫如何安全性、可靠地补氧。本实用新型提供一种补氧系统及催化水解干法精脱硫系统。本实用新型的补氧系统可实现煤气精脱硫反应中所需氧气的补充，简化系统设备配置，通过多个测点实时监控提高系统运行安全性及稳定性，保证脱硫反应的有效进行。

解决为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型第一方面是提供一种补氧系统，所述补氧系统包括截止阀组、压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置、调节阀组和补氧管道：

所述调节阀组、压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置和调节阀组之间通过补氧管道依次连接；

所述截止阀组的进料口与补氧系统的氧气入口相连；

所述调节阀组的出料口接入待补氧管路中。

本实用新型中所述补氧系统的氧气来自厂区管网的氧气，浓度在90％以上，用于补充脱硫反应所需氧气的耗量，通过对氧气补充量的调节和控制，最大程度实现脱硫反应的充分进行。

优选地，

所述截止阀组包括第一手动截止阀和第一气动截止阀；

所述第一手动截止阀用于设置第一气动调节阀的安全旁路；

所述第一气动截止阀用于控制氧气处于通路或断路。

所述截止阀用于非用气时段的关断。

优选地，

所述调节阀组包括第二手动截止阀和第二气动调节阀；

所述第二手动截止阀用于设置第二气动调节阀的安全旁路；

所述第二气动调节阀用于调节氧气的输送量。

所述调节阀确保送入煤气的氧气量可以快速调整。

优选地，

所述流量测试装置包括气体流量计和第三手动截止阀；

所述第三手动截止阀用于设置气体流量计的安全旁路。

所述流量测试装置对送入的氧气流量进行测定及反馈，以利于送入煤气的氧气量可以快速调整。

同时对来自氧气管网的氧气压力、温度进行监测，并通过信号连锁反馈至调节阀，避免氧气温度过高引起的安全隐患。

本实用新型第二方面是提供一种催化水解干法精脱硫系统，所述干法精脱硫系统包括煤气预处理系统、催化水解器、混合气温度测试装置、降温装置、加温装置、干法脱硫塔、硫化氢浓度检测装置和本实用新型第一方面提供的补氧系统；

所述煤气预处理系统的进料口与煤气的出料口相连；

所述煤气预处理系统的出料口与催化水解器的进料口相连；

所述催化水解器的出料口与减温装置的进料口相连；

所述减温装置的出料口与加热装置的进料口相连；

所述加热装置的出料口与干法脱硫塔的进料口相连；

所述干法脱硫塔的出料口与硫化氢浓度检测装置相连；

所述补氧系统的出料口接入催化水解器和降温装置之间的煤气管路中；

所述混合气温度测试装置也接入催化水解器和降温装置之间的煤气管路中，且位于补氧系统的出料口之后。

所述混合气温度测试装置对煤气和氧气的混合进行温度监测，并通过信号连锁反馈至调节阀组，避免混合气温度过高引起的安全隐患。

优选地，

所述煤气预处理系统包括煤气除尘装置、煤气脱氯装置、BPRT发电装置或TRT发电装置中的一种或组合。根据催化水解所需的温度、压力不同，可进行装置前后流程的调整，其主要目的是实现煤气颗粒物、氯的脱除、能源的初步回收。前述的煤气催化水解其主要目的是实现有机硫污染物向无机硫污染物的转化，用于后续的脱硫反应。

优选地，

所述减温装置用于将经过余压透平发电装置后温度高于80℃的高炉煤气降温至80℃以下，为高压回流雾化喷枪、双流体雾化喷枪、气水换热器、气气换热器中的一种或多种的组合；

所述加热装置用于将温度低于酸露点以上5℃的高炉煤气加热至酸露点以上10℃以上，为蒸汽换热器、气水换热器、气气换热器中的一种或多种的组合。

优选地，

所述干法脱硫塔包括进、出口阀门，脱硫剂床层，脱硫剂卸料口和加料口，脱硫剂采用铁系脱硫剂；脱硫剂吸附H₂S后生成含硫副产物排出系统。

优选地，

所述流量测试装置与调节阀组之间具有逻辑控制；

所述压力测试装置与调节阀组之间具有逻辑控制；

所述温度测试装置与调节阀组之间具有逻辑控制；

所述混合气温度测试装置与调节阀组之间具有逻辑控制；

所述硫化氢浓度监测装置与调节阀组之间具有逻辑控制。

在本实用新型中，脱硫系统出口的硫化氢在线监测装置、补氧管道上的压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置，以及混合气温度测试装置的连锁控制逻辑采用现有常用逻辑控制装置即可，脱硫系统出口的硫化氢在线监测装置、补氧管道上的压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置也为现有常用的检测装置、常用阀门等。

优选地，

所述补氧系统的出料口接入催化水解器和降温装置之间的煤气管路中的接口处密封，有效避免氧气、煤气的泄露，确保系统的安全稳定运行。

在本实用新型中，催化水解干法精脱硫系统中还包括常规的附属检测仪表和煤气管道。

本实用新型的催化水解干法精脱硫系统的脱硫方法，包括以下步骤：

(1)高炉煤气经煤气预处理系统后，得到预处理煤气；

(2)将所述预处理煤气通过催化水解器处理后，通过补氧系统补氧，然后依次通过减温装置和加热装置，得到调节温度后的高炉煤气；

(3)将所述调节温度后的高炉煤气进入干法脱硫塔脱硫，得到精脱硫煤气；硫化氢浓度检测装置在线检测精脱硫煤气中硫化氢浓度，与补氧系统的调节阀组连锁控制，动态调整氧气的补入量。

与现有技术相比，本实用新型提供的补氧系统及催化水解干法精脱硫系统至少带来的有益效果：

本实用新型公开的工艺及其装置利用干法脱硫剂存在脱硫效率随温度和时间变化的特点，通过增加减温、加热装置来维持高炉煤气温度，使脱硫剂处于脱硫效率最佳温度区间内。

本实用新型通过接自厂区氧气管网的补氧装置，对煤气中含量较低的氧气进行补充，保证在催化剂作用下无机硫到单质硫反应的完全性，实现脱硫系统所需的脱除效率。

本实用新型分别在氧气管路设有压力及温度测点，以及煤气、氧气混合后的煤气管路设有温度测点，对管道内介质的温度、压力进行在线监测，控制混入煤气的氧气的温度及压力，同时在混合气体温升过快时对氧气流量进行调节，避免混合气体升温过高引起的安全隐患，保证补氧系统安全、稳定运行。

本实用新型的气动调节阀组与脱硫系统出口的硫化氢在线监测装置进行连锁，通过对出口硫化氢浓度的连锁反馈，调节煤气中混入的氧气量，确保脱硫反应的充分进行。

本实用新型利用调节阀组对混入煤气中的氧气量进行调节，通过脱硫系统出口的硫化氢在线监测装置与调节阀的逻辑控制，确保煤气中污染物被完全反应，同时通过在线仪表(压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置、混合气温度测试装置)与调节阀组的逻辑控制，对系统的安全稳定运行进行保障，针对性的提高了无机硫的脱除效率以及系统运行的可靠性。对发展高炉/焦炉煤气精脱硫工艺的技术、以及精脱硫技术在工业应用的不断优化有着重要意义。

在本实用新型中，脱硫系统出口的硫化氢在线监测装置、补氧管道上的压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置，以及混合气温度测试装置的连锁控制逻辑从主要到次要，顺序如下：

1、主要根据出口的硫化氢在线监测装置对硫化氢浓度进行在线监测，如果浓度硫化氢浓度过高，就增加氧浓度。

2、混合气温度测试装置对混合后的煤气的温度测点为第二控制点，平时不控制，只有温度超过预设值的时候，降低氧气浓度。

3、补氧管道上的压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置，只有在输送来的氧气超温时，紧急关闭调节阀门，或者压力表显示压力异常时，报警进行检查，或者流量显示过大时，报警进行检查。

附图说明

图1为本实用新型催化水解干法精脱硫系统的流程图。

附图标记说明如下：

1-待处理煤气；2-煤气预处理系统；3-催化水解器；4-减温装置；5-加热装置；6-干法脱硫塔；7-硫化氢浓度检测装置；8-氧气管网；9-截止阀组；10-压力测试装置；11-温度测试装置；12-流量测试装置；13-调节阀组；14-混合气温度测试装置；15-煤气柜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实用新型在河北某钢铁厂某分厂的实施例工艺及其装置如图1所示。

本实用新型的一种补氧系统包括截止阀组9、压力测试装置10、温度测试装置11、流量测试装置12、调节阀组13和补氧管道：

所述截止阀组9、压力测试装置10、温度测试装置11、流量测试装置12和调节阀组13之间通过补氧管道依次连接；

所述截止阀组9的进料口与补氧系统的氧气入口相连；补氧系统的氧气入口与氧气管网8相连；

所述调节阀组13的出料口接入待补氧管路中。

本实用新型中所述补氧系统的氧气来自厂区氧气管网8的氧气，浓度在90％以上，用于补充反应所需氧气的耗量，通过对氧气补充量的调节和控制，最大程度实现脱硫反应的充分进行。

优选地，

所述截止阀组9为现有常用的截止阀组，包括第一手动截止阀和第一气动截止阀；

所述第一手动截止阀用于设置第一气动调节阀的安全旁路；

所述第一气动截止阀用于控制氧气处于通路或断路。

所述截止阀用于非用气时段的关断。

优选地，

所述调节阀组13为现有常用的调节阀组，包括第二手动截止阀和第二气动调节阀；

所述第二手动截止阀用于设置第二气动调节阀的安全旁路；

所述第二气动调节阀用于调节氧气的输送量。

所述调节阀组确保送入煤气的氧气量可以快速调整。

优选地，

所述流量测试装置12包括气体流量计和第三手动截止阀；

所述第三手动截止阀用于设置气体流量计的安全旁路。

所述流量测试装置12对送入的氧气量进行测定及反馈，以利于送入煤气的氧气量可以快速调整。

同时对来自氧气管网的氧气压力、温度进行监测，并通过信号连锁反馈至调节阀，避免氧气温度过高引起的安全隐患。

实施例2

如图1所示，为本实用新型的一种催化水解干法精脱硫系统，所述干法精脱硫系统包括煤气预处理系统2、催化水解器3、混合气温度测试装置14、降温装置4、加温装置5、干法脱硫塔6、硫化氢浓度检测装置7和上述实施例1的补氧系统；

所述煤气预处理系统2的进料口与煤气(即待处理煤气1)的出料口相连；

所述煤气预处理系统2的出料口与催化水解器3的进料口相连；

所述催化水解器3的出料口与减温装置4的进料口相连；

所述减温装置4的出料口与加热装置5的进料口相连；

所述加热装置5的出料口与干法脱硫塔6的进料口相连；

所述干法脱硫塔6的出料口与硫化氢浓度检测装置7相连。

所述补氧系统的出料口接入催化水解器3和降温装置4之间的煤气管路中；

所述混合气温度测试装置14也接入催化水解器3和降温装置4之间的煤气管路中，且位于补氧系统的出料口之后。

所述混合气温度测试装置对煤气和氧气的混合进行温度监测，并通过信号连锁反馈至调节阀组13，避免混合气温度过高引起的安全隐患。

优选地，

所述煤气预处理系统2包括煤气除尘装置、煤气脱氯装置、BPRT发电装置或TRT发电装置中的一种或组合。在本实施例中为依次连接的煤气除尘装置、煤气脱氯装置和余压透平发电装置。

优选地，

所述减温装置用于将经过余压透平发电装置后温度高于80℃的高炉煤气降温至80℃以下，为高压回流雾化喷枪、双流体雾化喷枪、气水换热器、气气换热器中的一种或多种的组合；在本实施例中为双流体雾化喷枪。

所述加热装置用于将温度低于酸露点以上5℃的高炉煤气加热至酸露点以上10℃以上，为蒸汽换热器、气水换热器、气气换热器中的一种或多种的组合，在本实施例中为蒸汽换热器。

优选地，

所述干法脱硫塔包括进、出口阀门，脱硫剂床层，脱硫剂卸料口和加料口，脱硫剂采用铁系脱硫剂；脱硫剂吸附H₂S后生成含硫副产物排出系统。工作压力为50kPa以下，温度为50～80℃。高炉煤气正常运行状态下，脱硫剂正常运行时需要5个月更换一次，将吸收满硫化物的废弃脱硫剂送至主厂区综合利用。

优选地，

所述流量测试装置12与调节阀组13之间具有逻辑控制；

所述压力测试装置10与调节阀组13之间具有逻辑控制；

所述温度测试装置11与调节阀组13之间具有逻辑控制；

所述混合气温度测试装置14与调节阀组13之间具有逻辑控制；

所述硫化氢浓度监测装置7与调节阀组13之间具有逻辑控制。

在本实用新型中，脱硫系统出口的硫化氢在线监测装置、补氧管道上的压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置，以及混合气温度测试装置的连锁控制逻辑从主要到次要，顺序如下：

1、主要根据出口的硫化氢在线监测装置对硫化氢浓度进行在线监测，如果浓度硫化氢浓度过高，就增加氧浓度。

2、混合气温度测试装置对混合后的煤气的温度测点为第二控制点，平时不控制，只有温度超过预设值的时候，降低氧气浓度。

3、补氧管道上的压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置，只有在输送来的氧气超温时，紧急关闭调节阀门，或者压力表显示压力异常时，报警进行检查，或者流量显示过大时，报警进行检查。

优选地，

所述补氧系统的出料口接入催化水解器和降温装置之间的煤气管路中的接口处密封，有效避免氧气、煤气的泄露，确保系统的安全稳定运行。

在本实用新型中，催化水解干法精脱硫系统中还包括常规的附属检测仪表和煤气管道。

本实施例所述硫化氢浓度检测装置可以为n套，n大于等于1，本实施例为1套；检测数据上传至脱硫系统的DCS系统。

所述的催化水解干法精脱硫系统，还包括：用于煤气输送、流通等用途的管道；用于温度、压力流量等参数测量的仪表；用于单台设备进、出口连接的阀门、膨胀节；用于吹扫、放散的氮气系统和放散系统及设备；用于雾化喷枪的除盐水系统及设备；用于蒸汽加热器的饱和蒸汽系统及设备等。

采用本实施例的高炉煤气的干法精脱硫方法如下：

本实施例高炉煤气1通过管道进入煤气预处理系统，后进入催化水解器中，煤气含有的COS(羰基硫)被转化成H₂S(硫化氢)。随后，高炉煤气依次经过减温装置和加热装置，在高炉煤气温度异常的情况时对其进行调温至常态温度，然后高炉煤气分为两股，一股进入干法脱硫塔与脱硫剂进行反应，从而使煤气中的H₂S脱除，通过硫化氢浓度检测装置的检测结果来对补氧系统的氧气量进行调节。最终达到排放要求的洁净高炉煤气进入煤气柜15。本实施例洁净高炉煤气H₂S含量排放要求为不高于20mg/Nm³。

对比例1

对比例1和实施例1的催化水解干法精脱硫系统基本相同，区别在于：比例1的催化水解干法精脱硫系统采用鼓风机送空气的型式来补充氧气，空气中氧气占比21％，这样的坏处是会造成煤气浓度、体积影响，造成催化剂处系统阻力增加，影响能量回收效率。

对比例2

对比例2和实施例1的催化水解干法精脱硫系统基本相同，区别在于：对比例2的催化水解干法精脱硫系统不含有混合气温度测试装置14；对比例2的的逻辑控制不够完整，脱硫系统系统的安全性降低。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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 (10)

1.一种补氧系统，其特征在于，所述补氧系统包括截止阀组、压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置、调节阀组和补氧管道：

所述截止阀组、压力测试装置、温度测试装置、流量测试装置和调节阀组之间通过补氧管道依次连接；

所述截止阀组的进料口与补氧系统的氧气入口相连；

所述调节阀组的出料口接入待补氧管路中。

2.根据权利要求1所述的补氧系统，其特征在于：

所述截止阀组包括第一手动截止阀和第一气动截止阀；

所述第一手动截止阀用于设置第一气动调节阀的安全旁路；

所述第一气动截止阀用于控制氧气处于通路或断路。

3.根据权利要求1所述的补氧系统，其特征在于：

所述调节阀组包括第二手动截止阀和第二气动调节阀；

所述第二手动截止阀用于设置第二气动调节阀的安全旁路；

所述第二气动调节阀用于调节氧气的输送量。

4.根据权利要求1所述的补氧系统，其特征在于：

所述流量测试装置包括气体流量计和第三手动截止阀；

所述第三手动截止阀用于设置气体流量计的安全旁路。

5.一种催化水解干法精脱硫系统，其特征在于，所述干法精脱硫系统包括煤气预处理系统、催化水解器、混合气温度测试装置、降温装置、加温装置、干法脱硫塔、硫化氢浓度检测装置和权利要求1-4任一所述的补氧系统；

所述煤气预处理系统的进料口与煤气的出料口相连；

所述煤气预处理系统的出料口与催化水解器的进料口相连；

所述催化水解器的出料口与减温装置的进料口相连；

所述减温装置的出料口与加热装置的进料口相连；

所述加热装置的出料口与干法脱硫塔的进料口相连；

所述干法脱硫塔的出料口与硫化氢浓度检测装置相连；

所述补氧系统的出料口接入催化水解器和降温装置之间的煤气管路中；

所述混合气温度测试装置也接入催化水解器和降温装置之间的煤气管路中，且位于补氧系统的出料口之后。

6.根据权利要求5所述的催化水解干法精脱硫系统，其特征在于：

所述煤气预处理系统包括煤气除尘装置、煤气脱氯装置、BPRT发电装置或TRT发电装置中的一种或组合。

7.根据权利要求5所述的催化水解干法精脱硫系统，其特征在于：

所述减温装置为高压回流雾化喷枪、双流体雾化喷枪、气水换热器、气气换热器中的一种或多种的组合；所述加热装置为蒸汽换热器、气水换热器、气气换热器中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求5所述的催化水解干法精脱硫系统，其特征在于：

所述干法脱硫塔包括进、出口阀门，脱硫剂床层，脱硫剂卸料口和加料口，脱硫剂采用铁系脱硫剂。

9.根据权利要求5所述的催化水解干法精脱硫系统，其特征在于：

所述流量测试装置与调节阀组之间具有逻辑控制；

所述压力测试装置与调节阀组之间具有逻辑控制；

所述温度测试装置与调节阀组之间具有逻辑控制；

所述混合气温度测试装置与调节阀组之间具有逻辑控制；

所述硫化氢浓度监测装置与调节阀组之间具有逻辑控制。

10.根据权利要求5所述的催化水解干法精脱硫系统，其特征在于：

所述补氧系统的出料口接入催化水解器和降温装置之间的煤气管路中的接口处密封。

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