CN216864094U - 一种高炉煤气湿式脱硫系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种高炉煤气湿式脱硫系统。该系统包括自催化水解装置；自催化水解装置设有反应腔、气体入口、气体出口、液体出口、旋转填料床层部和第一喷淋部，旋转填料床层部包括相连接的填料床层和驱动填料床层进行旋转的旋转件；其中，填料床层、第一喷淋部设置于反应腔内，自催化水解装置的气体入口与反应腔连通且催化水解装置的气体入口设置位置低于填料床层，第一喷淋部设置于填料床层上方能够实现自第一喷淋部喷淋出的液体喷淋至填料床层上，自催化水解装置的气体出口设置于反应腔顶部，自催化水解装置的液体出口设置于反应腔底部。

Description

一种高炉煤气湿式脱硫系统
技术领域
本实用新型属于煤气脱硫技术领域，特别涉及一种高炉煤气湿式脱硫系统。
背景技术
高炉煤气是高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体，可供热风炉、加热炉、烧结、球团等用户作为燃料使用。随着高炉煤气干法布袋除尘的普遍应用，高炉煤气的压力能和热能经余压透平装置(TRT或BPRT)得到充分回收。然而，干法除尘过程未能脱除煤气中的硫组分，高炉煤气燃烧后烟气中SO2含量大约在40-200mg/m3，高于环保要求35mg/m3的严格限值。
传统的烟气脱硫方法技术成熟且应用广泛，但对于高炉煤气用户来说，燃烧后的烟气体积增大较多且煤气用户分散，采取传统末端烟气脱硫的方式将导致脱硫装置布置分散且占地较多、投资及运行成本也比较高。因此采取高炉煤气前端精脱硫集中处理是新的技术发展方向。
高炉煤气中硫组分包括无机硫(例如H2S、SO2等)和有机硫(例如COS、CS2、各种硫醚、硫醇等)，其中COS(羰基硫)占绝对比例(约占70％)，因此脱除煤气中的COS是高炉煤气精脱硫的关键。
现有高炉煤气COS脱除技术中，无论是以催化水解+喷碱脱硫工艺为代表的湿法脱硫技术，还是以吸附+解吸工艺为代表的干法脱硫技术，都受到固态催化剂和材料稳定性和寿命的制约；同时催化剂和材料通常需要合适的运行温度，这容易导致材料在使用过程中出现中毒、失活甚至失效现象。因此脱除高炉煤气中COS成为高炉煤气精脱硫的技术难点。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够有效实现脱除高炉煤气中COS的系统。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种高炉煤气湿式脱硫系统，其中，该系统包括自催化水解装置；
自催化水解装置设有反应腔、气体入口、气体出口、液体出口、旋转填料床层部和第一喷淋部，所述旋转填料床层部包括相连接的填料床层和驱动填料床层进行旋转的旋转件；其中，填料床层、第一喷淋部设置于反应腔内，自催化水解装置的气体入口与反应腔连通且催化水解装置的气体入口设置位置低于填料床层，第一喷淋部设置于填料床层上方能够实现自第一喷淋部喷淋出的液体喷淋至填料床层上，自催化水解装置的气体出口设置于反应腔顶部，自催化水解装置的液体出口设置于反应腔底部。
使用上述高炉煤气湿式脱硫系统进行高炉煤气湿式脱硫过程中，所述第一喷淋部用于实现碱液喷淋；所述填料床层用于进行气液接触反应，填料床层不填充催化剂。第一喷淋部喷淋的碱液与气体在高速旋转着的填料床层中充分接触(碱液和高炉煤气在旋转条件下增强混合实现充分接触)；在高速旋转条件下，碱液发挥催化作用催化气体中的COS与碱液的反应，实现自催化水解脱硫。
上述高炉煤气湿式脱硫系统中的自催化水解装置的气体入口优选与压力调整装置的气体出口连接；当高炉煤气源的出口设置有压力调整装置时，自催化水解装置的气体入口直接与压力调整装置的气体出口连接皆可；当高炉煤气源的出口没有设置压力调整装置，优选地，该系统进一步包括压力调整部，所述压力调整部的气体出口与所述自催化水解装置的气体入口连接；其中，所述压力调整部的气体入口用于与高炉煤气源连接；
更优选地，所述压力调整部包括并联的减压阀组和透平机；
更优选地，所述压力调整部的气体入口用于与高炉煤气干式布袋除尘系统的气体出口连接。
在上述高炉煤气湿式脱硫系统中，优选地，自催化水解装置中填料床层的外沿距离反应腔内侧壁的距离为5-20mm。
在上述高炉煤气湿式脱硫系统中，优选地，自催化水解装置中填料床层的直径为400mm-3600mm。
在上述高炉煤气湿式脱硫系统中，优选地，所述自催化水解装置在反应腔内进一步设有脱水除雾部，自催化水解装置的脱水除雾部设置于第一喷淋部与催化水解装置的气体出口之间；自催化水解装置的脱水除雾部的设置能够减少混合碱液和水分自气体出口排出进入后续步骤；
更优选地，自催化水解装置的脱水除雾部的外侧壁与所述反应腔的内侧壁密封连接，从而使得气体必须经过脱水除雾部后才能自气体出口排出；自催化水解装置的脱水除雾部的外侧壁与所述反应腔的内侧壁密封连接能够进一步减少混合碱液和水分自气体出口排出进入后续步骤；
更优选地，所述自催化水解装置在反应腔内进一步设有第二喷淋部，所述第二喷淋部设置于自催化水解装置的脱水除雾部与催化水解装置的气体出口之间；第二喷淋部的设置便于对脱水除雾部及时进行清洗。
在上述高炉煤气湿式脱硫系统中，优选地，所述高炉煤气湿式脱硫系统包括两个或两个以上并联的所述自催化水解装置。
在上述高炉煤气湿式脱硫系统中，优选地，所述高炉煤气湿式脱硫系统进一步包括混合碱液循环槽和混合碱液循环泵，所述混合碱液循环泵的泵出口与所述自催化水解装置的第一喷淋部连接，所述混合碱液循环泵的泵入口与所述混合碱液循环槽的流体出口连接，所述自催化水解装置的流体出口与所述混合碱液循环槽的回收液入口连接。
在上述高炉煤气湿式脱硫系统中，优选地，所述高炉煤气湿式脱硫系统进一步包括精脱硫塔，所述精脱硫塔塔体下部设有气体入口、塔体顶部设有气体出口、塔体中部设有吸收填料层和碱液喷淋部、塔体底部设有流体出口，所述碱液喷淋部设置于所述吸收填料层上方；所述精脱硫塔的气体入口与所述自催化水解装置的所述气体出口连接；从而实现高炉煤气由精脱硫塔塔体下部进入在吸收填料层与碱液进行充分的混合接触并反应，进一步吸收高炉煤气中的H2S及其他酸性介质；包括精脱硫塔的高炉煤气湿式脱硫系统的总脱除效率能够达到90％以上；
更优选地，吸收填料层填充鲍尔环、阶梯环、弧鞍、矩鞍、波纹板和网环等中的至少一种；
更优选地，所述精脱硫塔进一步设有脱水除雾部，精脱硫塔的脱水除雾部设置于碱液喷淋部与精脱硫塔的气体出口之间；精脱硫塔的脱水除雾部的设置能够减少混合碱液和水分自气体出口排出进入后续环节；
进一步优选地，精脱硫塔的脱水除雾部的外侧壁与精脱硫塔塔体的内侧壁密封连接，从而使得气体必须经过精脱硫塔的脱水除雾部才能自气体出口排出；精脱硫塔的脱水除雾部的外侧壁与精脱硫塔塔体的内侧壁密封连接能够进一步减少混合碱液和水分自气体出口排出进入后续环节；
进一步优选地，所述精脱硫塔进一步设有冲洗喷淋部，所述冲洗喷淋部设置于精脱硫塔的脱水除雾部与精脱硫塔的气体出口之间；冲洗喷淋部的设置便于对脱水除雾部及时进行清洗。
在上述高炉煤气湿式脱硫系统中，优选地，所述高炉煤气湿式脱硫系统进一步包括碱液循环槽和碱液循环泵，所述碱液循环泵的泵出口与所述精脱硫塔的碱液喷淋部连接，所述碱液循环泵的泵入口与所述碱液循环槽的流体出口连接，所述精脱硫塔的流体出口与所述碱液循环槽的回收液入口连接。
在上述高炉煤气湿式脱硫系统中，无需设置换热设备对待处理高炉煤气进行升温。
本实用新型还提供了一种使用上述高炉煤气湿式脱硫系统进行的高炉煤气湿式脱硫方法。
在上述高炉煤气湿式脱硫方法中，优选地，该方法包括：
在自催化水解装置的填料床层处于高速旋转状态、第一喷淋部进行碱液喷淋的条件下，压力为6kPa-50kPa、温度为30-120℃的除尘后的高炉煤气自催化水解装置的气体入口进入催化水解装置反应腔中进行催化水解反应；
在该优选实施方式中，高速旋转的填料床层上方喷淋碱液，碱液由填料床层内缘喷淋加入，高炉煤气由填料床层外缘进入，随着填料床层的高速转动，高炉煤气由填料床层外缘处进入填料内部，碱液由填料床层内缘向外缘扩散，碱液和高炉煤气在增强混合的条件下充分接触，这大大增强了气液接触的程度和物质传递的效果，加速了化学反应的进行，提高了COS在碱性条件下的自催化水解效率；在碱性条件下，存在自催化水解反应的反应式如下：
COS+OH-＝CO2+HS-
HS-+H2O＝H2S+OH-
自催化水解环节除了进行COS的水解反应，还同时进行酸碱中和反应，脱除一定量的H2S和其他酸性介质；
更优选地，第一喷淋部喷淋的碱液的质量浓度0.1％-0.5％(碱液的质量浓度指以碱液的总质量为100％计碱液中碱的质量含量)；
更优选地，所述高速旋转的转速为200rpm-800rpm；
更优选地，所述填料床层填充的耐氯离子腐蚀不锈钢丝网；
更优选地，所述碱液中的碱包括NaOH和/或Na2CO3。
更优选地，当上述高炉煤气湿式脱硫系统包括精脱硫塔时，该方法进一步包括：在精脱硫塔的碱液喷淋部进行碱液(例如NaOH溶液)喷淋的条件下，催化水解反应得到的气体自精脱硫塔的气体入口进入精脱硫塔的塔体内部进行酸性介质脱除；在该优选技术方案中，高炉煤气由精脱硫塔塔体下部进入在吸收填料层上与碱液进行充分的混合接触并反应，进一步吸收高炉煤气中的H2S及其他酸性介质。
本实用新型提供的技术方案将超重力设施引入到高炉煤气COS脱除技术中，在低压高炉煤气区域(压力调整部后)使用独特的自催化水解装置进行超重力混合碱液COS水解，不同于国内普遍使用固体催化剂水解的方法。
本实用新型提供的技术方案能够实现对低压高炉煤气喷淋混合碱液同时作为反应剂和催化剂在超重力作用下对COS进行自催化水解，无需额外使用固体催化剂，不受固体催化剂使用寿命制约；另外，本实用新型提供的技术方案能够实现对30-120℃的高炉煤气喷淋混合碱液在超重力作用下对COS进行自催化水解，利用高炉煤气的余温即可实现，无需对高炉煤气进行升温和降温处理即可实现高炉煤气的COS水解转化率在90％以上。
附图说明
图1为实施例提供的高炉煤气湿式脱硫系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种高炉煤气湿式脱硫系统，如图1所示，该系统包括：
压力调整部1、两套并联的自催化水解装置2、精脱硫塔3、混合碱液循环槽4、混合碱液循环泵5、碱液循环槽6、碱液循环泵7；其中，
压力调整部1包括串联的减压阀组11和透平机12；减压阀组11包括并联的三套减压阀111；
两套自催化水解装置2完全相同，在使用中可以互为备用也可以同时使用；自催化水解装置2为塔式结构，设有反应腔21、气体入口22、气体出口23、液体出口24、旋转填料床层部25、第一喷淋部26、脱水除雾部27、第二喷淋部28，旋转填料床层部25包括相连接的填料床层251和驱动填料床层252进行旋转的旋转件27；第二喷淋部28、第一脱水除雾部27、第一喷淋部26、填料床层251由上到下依次设置于反应腔21内，气体入口22与反应腔21连通且设置位置低于填料床层251，气体出口23设置于反应腔21顶部设置位置高于第二喷淋部28，液体出口23设置于反应腔21底部，填料床层251的外沿距离反应腔21内侧壁距离为10mm，填料床层251的直径为800mm；脱水除雾部27的外侧壁与反应腔21的内侧壁密封连接，从而使得气体必须经过脱水除雾部27后才能自气体出口排出，脱水除雾部27的设置能够减少混合碱液和水分自气体出口排出进入后续步骤；第一喷淋部26设置于填料床层251上方能够实现自第一喷淋部26喷淋出的液体喷淋至填料床层251上；第二喷淋部28设置于脱水除雾部27上方能够实现自第二喷淋部28喷淋出的液体喷淋至脱水除雾部27上；
精脱硫塔3设有气体入口31、气体出口32、吸收填料层33、碱液喷淋部34、流体出口35、脱水除雾部36和冲洗喷淋部37；气体入口31设置于精脱硫塔3塔体下部，气体出口32设置于精脱硫塔3塔体顶部，吸收填料层33和碱液喷淋部34设置于精脱硫塔3塔体中部且碱液喷淋部34设置于吸收填料层33上方，流体出口35设置于精脱硫塔3塔体底部，脱水除雾部36设置于碱液喷淋部34与气体出口32之间，冲洗喷淋部37设置于脱水除雾部36与气体出口32之间；脱水除雾部36的外侧壁与精脱硫塔3塔体的内侧壁密封连接；精脱硫塔3的脱水除雾部36的设置能够减少混合碱液和水分自气体出口排出进入后续环节；
压力调整部1的气体出口分别于两套自催化水解装置2的气体入口22连接，从而实现将输入自催化水解装置2的气体调整至合适的压力；两套自催化水解装置2的气体出口23分别与精脱硫塔3的气体入口31连接；混合碱液循环泵5的泵出口分别余两套自催化水解装置2的第一喷淋部26连接，混合碱液循环泵5的泵入口与混合碱液循环槽4的流体出口连接，两套自催化水解装置2的流体出口24分别与混合碱液循环槽4的回收液入口连接；碱液循环泵7的泵出口与精脱硫塔3的碱液喷淋部34连接，碱液循环泵7的泵入口与碱液循环槽6的流体出口连接，精脱硫塔3的流体出口35与碱液循环槽6的回收液入口连接。
该装置在用于高炉煤气湿式脱硫是，压力调整部1的气体入口用于与高炉煤气干式布袋除尘系统的气体出口连接。
其中，所述填料床层25填充耐氯离子腐蚀不锈钢丝网。
其中，吸收填料层33填充鲍尔环。
实施例2
本实施例提供了一种高炉煤气湿式脱硫方法
该方法使用实施例1提供的高炉煤气湿式脱硫系统进行
其中该方法包括：
1)布袋除尘后的高炉煤气(2000Nm3/h)经过压力调整部1调整至10-15kpa；
2)在自催化水解装置2的填料床层处于200-800r/min(分别进行200r/min、400r/min、600r/min、800r/min下的分组实验)高速旋转状态、第一喷淋部26进行碱液喷淋的条件下，经压力调整部1调整后的压力为10kPa-15kPa、温度为40-60℃的高炉煤气自催化水解装置2的气体入口22进入催化水解装置2反应腔21中进行催化水解反应；
其中，第一喷淋部26喷淋的碱液为NaOH和Na2CO3质量比为3:1的混合碱液，以碱液的总质量为100％计，NaOH和Na2CO3的质量浓度和为0.1％-0.3％(分别进行0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％的分组实验)；
其中，进入自催化水解装置2的高炉煤气的体积速度与第一喷淋部26喷淋的碱液的体积速度的比值为4000；
其中，第二喷淋部28每周喷淋一次软水用于清洗脱水除雾部27；
3)可选择地在精脱硫塔3的碱液喷淋部34进行碱液喷淋的条件下，自催化水解装置2的气体出口23排出的催化水解反应后的气体自精脱硫塔3的气体入口31进入精脱硫塔3的塔体内部进行酸性介质脱除；
其中，碱液喷淋部34喷淋的碱液为质量浓度0.01％-0.02％(分别进行0.01％、0.015％、0.02％的分组实验)的氢氧化钠溶液；
其中，进入精脱硫塔3的催化水解反应后的气体的体积速度与碱液喷淋部34喷淋的碱液的体积速度的比值为1500；
其中，冲洗喷淋部37每周喷淋一次软水用于清洗脱水除雾部36。
处理结果：自催化水解装置2中的COS水解效率为90.5％-94.7％，精脱硫塔3的H2S脱除效率92.1％-95.6％。
本实施例进行了分组实验，各组实验的实验条件参见表1：
表1
Figure BDA0003531468260000081
为了保障实验果的准确性，每组实验重复7次，实验结果取7此实验的平均值；具体实验结果参见表2：
表2
实验组号 COS水解效率 H<sub>2</sub>S脱除效率
1 90.49％ \
2 90.88％ \
3 91.37％ \
4 91.94％ \
5 90.76％ \
6 91.11％ \
7 91.84％ \
8 92.28％ \
9 91.01％ \
10 91.42％ \
11 92.39％ \
12 92.67％ \
13 91.50％ \
14 92.68％ \
15 93.70％ \
16 93.82％ \
17 92.29％ \
18 93.62％ \
19 94.61％ \
20 94.70％ 95.60％
21 94.70％ 92.09％
22 94.70％ 95.27％
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种高炉煤气湿式脱硫系统，其特征在于，该系统包括自催化水解装置；
自催化水解装置设有反应腔、气体入口、气体出口、液体出口、旋转填料床层部和第一喷淋部，所述旋转填料床层部包括相连接的填料床层和驱动填料床层进行旋转的旋转件；其中，填料床层、第一喷淋部设置于反应腔内，自催化水解装置的气体入口与反应腔连通且催化水解装置的气体入口设置位置低于填料床层，第一喷淋部设置于填料床层上方能够实现自第一喷淋部喷淋出的液体喷淋至填料床层上，自催化水解装置的气体出口设置于反应腔顶部，自催化水解装置的液体出口设置于反应腔底部。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括压力调整部，所述压力调整部的气体出口与所述自催化水解装置的气体入口连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，自催化水解装置中填料床层的外沿距离反应腔内侧壁的距离为5-20mm。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自催化水解装置在反应腔内进一步设有脱水除雾部，自催化水解装置的脱水除雾部设置于第一喷淋部与催化水解装置的气体出口之间。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
自催化水解装置的脱水除雾部的外侧壁与所述反应腔的内侧壁密封连接；
所述自催化水解装置在反应腔内进一步设有第二喷淋部，所述第二喷淋部设置于自催化水解装置的脱水除雾部与催化水解装置的气体出口之间。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高炉煤气湿式脱硫系统进一步包括混合碱液循环槽和混合碱液循环泵，所述混合碱液循环泵的泵出口与所述自催化水解装置的第一喷淋部连接，所述混合碱液循环泵的泵入口与所述混合碱液循环槽的流体出口连接，所述自催化水解装置的流体出口与所述混合碱液循环槽的回收液入口连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述高炉煤气湿式脱硫系统进一步包括精脱硫塔，所述精脱硫塔下部设有气体入口、塔体顶部设有气体出口、塔体中部设有吸收填料层和碱液喷淋部、塔体底部设有流体出口，所述碱液喷淋部设置于所述吸收填料层上方；所述精脱硫塔的气体入口与所述自催化水解装置的所述气体出口连接。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述精脱硫塔进一步设有脱水除雾部，精脱硫塔的脱水除雾部设置于碱液喷淋部与精脱硫塔的气体出口之间。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
精脱硫塔的脱水除雾部的外侧壁与精脱硫塔塔体的内侧壁密封连接；
所述精脱硫塔进一步设有冲洗喷淋部，所述冲洗喷淋部设置于精脱硫塔的脱水除雾部与精脱硫塔的气体出口之间。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述高炉煤气湿式脱硫系统进一步包括碱液循环槽和碱液循环泵，所述碱液循环泵的泵出口与所述精脱硫塔的碱液喷淋部连接，所述碱液循环泵的泵入口与所述碱液循环槽的流体出口连接，所述精脱硫塔的流体出口与所述碱液循环槽的回收液入口连接。
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