CN218521197U - 一种高炉煤气精脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高炉煤气精脱硫系统，包括：除尘器，用于对高炉煤气进行除尘处理；有机硫水解反应器，用于为对除尘后的高炉煤气中的羰基硫行水解处理；能量回收同轴机组，用于对水解后的高炉煤气进行鼓风和能量回收；无机硫吸附反应器，用于吸附高炉煤气水解后的产生的氢化硫；本申请使用了新型COS‑ZH催化剂，其采用了全新的非金属氧化物作为催化载体，水解效率高，改善了HCl导致的明显中毒情况并延长水解催化材料的使用寿命长；本申请采用了BPRT装置前全高炉煤气干法水解以及高炉热风炉煤气无机硫铁基吸附工艺，减少含碳能源的消耗，并且选择在高炉煤气进入用户之间治理，减少施工过程碳排放。

Description

一种高炉煤气精脱硫系统

技术领域

本申请属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种高炉煤气精脱硫系统。

背景技术

高炉煤气作为钢铁行业产量最大的可燃气体，其统计产量高达700～800亿立方米/ 月。现有高炉煤气主要采用重力除尘器、袋式除尘器去除颗粒物，经TRT余压发电，再通过煤气柜稳压后，直接送往高炉热风炉、轧钢加热炉、煤气发电等用户作为燃料使用。

高炉煤气是炼铁过程中产生的副产品，排放的二氧化硫超过新颁布的钢铁行业超低排放标准，且煤气使用点分散，采用常规烟气脱硫难以实施。这就要求对高炉煤气进行源头治理，实施高炉煤气精脱硫，减少高炉煤气硫分，可极大提高高炉煤气经济效益及钢铁全流程环境效益。

现有的脱硫技术及治理技术路线主要有：TRT后端的催化水解转化法、微晶吸附法，碱液吸收法、干法吸附法，还有传统的末端治理等方法。如有机硫转化+碱洗工艺，但该工艺方法必须先脱除氯离子，因此增加了煤气管道的阻力；低温水解转化温度适应范围窄，催化剂寿命短；湿法脱除硫化氢使煤气的热值减少，管路腐蚀增加。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本申请提供了一种高炉煤气精脱硫系统，通过能量回收同轴机组和新型水解催化剂解决热量流失、低温水解转化温度适应范围窄，催化剂寿命短等问题。

本申请提供一种高炉煤气精脱硫系统，其中包括：

除尘器，用于对高炉煤气进行除尘处理；所述除尘器前阀门与高炉煤气管路出口通过管路连通；

有机硫水解反应器，用于为对除尘后的高炉煤气进行水解处理；所述有机硫水解反应器前阀门与所述除尘器后阀门通过管路连通；

能量回收同轴机组，用于对水解后的高炉煤气进行鼓风和能量回收；所述能量回收同轴机组的前阀门与所述有机硫水解反应器的后阀门通过管道阀门连通；

无机硫吸附反应器，用于吸附高炉煤气水解后的产生的氢化硫；所述无机硫吸附反应器的前阀门与所述能量回收同轴机组的后阀门通过管道阀门连通。

进一步的，所述无机硫吸附反应器中设有至少两层吸附床，所述水解后的高炉煤气从所述无机硫吸附反应器底部进入，并向上依次穿过至少两层所述吸附床后从所述无机硫吸附反应器顶部排出。

进一步的，包括：所述无机硫吸附反应器底部设有排污管道，所述排污管道尽头设有废水车。

进一步的，所述系统还包括煤气报警仪器，所述煤气报警仪器用于在脱硫前检测系统中各管道阀门处是否存在煤气泄漏。

进一步的，所述有机硫水解反应器内填充COS-ZH型有机硫水解催化剂。

本申请使用了新型COS-ZH催化剂，COS-ZH催化剂采用了全新的非金属氧化物作为催化载体，其水解效率高，在COS-ZH催化剂的新型结构，改善了HCl导致的明显中毒情况并延长水解催化材料的使用寿命达3年以上；本申请采用了BPRT装置前全高炉煤气干法水解以及高炉热风炉煤气无机硫铁基吸附工艺，减少含碳能源的消耗，并且选择在高炉煤气进入用户之间治理，减少施工过程碳排放；脱硫过程中，利用煤气本身压力，减少了发电环节碳排放。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请实施例的实施例，并与说明书一起用于解释本申请实施例的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种高炉煤气精脱硫系统的结构示意图；

图2为本申请能量回收同轴机组一实施例的结构示意图；

图3为本申请高炉煤气精脱硫系统脱硫方法的流程示意图。

图中：1-除尘器，2-有机硫水解反应器，3-能量回收同轴机组，4-无机硫吸附反应器，41-吸附床，42-排污管道，43-废水车。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本申请实施例将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请实施例的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请实施例的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本申请实施例的各方面变得模糊。

本申请主要目的为解决高炉煤气脱硫过程中出现的热量流失、低温水解转化温度适应范围窄，催化剂寿命短等问题，如图1所示，本申请的一种高炉煤气精脱硫系统包括：

除尘器1，用于对高炉煤气进行除尘处理；所述除尘器1前阀门与高炉煤气管路出口通过管路连通；

高炉炉顶排出的高炉煤气温度很高，其中含有较多的粉尘，如果直接进行脱硫会堵塞通道，并引起热风炉和燃烧器等耐火砖被侵蚀破坏，因此，高炉煤气必须除尘。从高炉炉顶排出的煤气一般含有二氧化碳15％-20％，一氧化碳20％-26％。焦炭的燃料的热量，约有三分之一通过高炉煤气排出，因此，会将高炉煤气作为钢铁厂能源的一个部分加以充分利用，但从炉顶排出的粗煤气中每立方体含有10-40g灰尘，必须把它去除，否则煤气就不能很好的利用。常见的高炉煤气的除尘器有三种，干式除尘设备，湿式除尘设备，电除尘设备。本申请实施例中采用干式除尘设备中的布袋除尘器，在实际情况中，可根据预算或煤气情况适当选择合适的除尘器，本申请不做限制。

高炉煤气从炉顶排出后，首先进入除尘器1，使用时，首先检查设备状态是否无误，再打开所述除尘器1的前阀门，让煤气从高炉炉顶与所述除尘器1之间的连接管道中通过，进入到所述除尘器中，进行除尘处理。

有机硫水解反应器2，用于为对除尘后的高炉煤气进行水解处理；所述有机硫水解反应器2前阀门与所述除尘器1后阀门通过管路连通；

进一步的，在本实施例中，所述有机硫水解反应器2内填充COS-ZH型有机硫水解催化剂。

在本申请实施例中的COS-ZH催化剂，其结构中，活性与基础点位不再单独附着在催化剂结构之上，而是相互间紧密的嵌入催化剂结构中，点位间距离无限趋近。点位相互间协同发挥功能吸引气体中的水和COS并发生水解反应。催化剂的活性与基础点位嵌入催化剂结构中，而不依赖促进剂提供弱碱性点位，活性点位与基础点位间紧密的排布使得水解反应优先发生，气体中的酸性有毒物质例如HCl将很难介入活性点位的反应过程，由此充分改善了HCl导致的明显中毒情况。

COS-ZH催化剂采用了全新的非金属氧化物作为催化载体，其拥有相比传统金属氧化物100倍甚至更高的孔隙率以及通道数量，并提供了更多的活性以及基础点位，其水解效率高达95％以上。

本申请实施例中，在所述有机硫水解反应器2设有引出管路、回口管路和与所述除尘器连通的连接管路，在所述有机硫水解反应器2使用前，需要进行氮气置换，置换的目的是将容器及管道内的氧气置换到低于爆炸极限，防止投料时产生的粗合成气与氧气混合而发生爆炸。一般是可燃性气体通过的管道或容器在使用前应使用氮气置换。目的是置换出管道内的空气，避免可燃气体与空气中的氧气形成可燃性混合物。危险进可能造成内燃或爆炸。还有一些洁净的管道或容器内介质需要与氧气隔绝，比如为降低一些介质染菌率，则应提前用氮气置换其中的空气。

本申请中所述氮气置换的方式是：使用氮气吹扫管网中的空气，具体置换的位置即所述有机硫水解反应器2的引出管路、回口管路和与所述除尘器连通的连接管路。在所述有机硫水解反应器2设备及各个管网中的氮气置换完成后，再进行引送煤气的操作。

在所述有机硫水解反应器2设备及若相关管路需要进行检修时，打开相应煤气管段或所述有机硫水解反应器2的通入氮气的管路阀门进行氮气置换，即使用氮气吹扫置换煤气；并在高炉煤气管路取样阀处取样，确定置换是否满足要求。开启相应管段或设备的人孔门进行通风置换，即空气吹扫置换氮气。

能量回收同轴机组3，用于对水解后的高炉煤气进行鼓风和能量回收；所述能量回收同轴机组3的前阀门与所述有机硫水解反应器2的后阀门通过管道阀门连通；

常规高炉煤气脱硫TRT前端催化加氢转化法或TRT后端碱液吸收法，其中TRT是指高炉煤气余压透平发电机组，TRT机组装置由透平主机、大型阀门系统、润滑油系统、液压伺服系统、给排水系统、氮气密封系统、发配电系统、自动控制系统等8个系统组成。而本申请中实施例中的能量回收同轴机组，选用BPRT同轴机组。其中，BPRT即煤气透平与电机同轴驱动的高炉鼓风能量回收成套机组，BPRT同轴机组是在取消TRT机组发电机及其配电系统的基础上，将高炉鼓风机、电动机并入轴系，机组主要装置为高炉鼓风机、煤气透平和电动机，机组主要布置方式为：煤气透平+变速离合器+高炉鼓风机+ 变速齿轮+电动机，如图2所示。

TRT机组是把高炉煤气压能和热能转换成机械能驱动电动机工作，BPRT同轴机组则是将机械能直接用于驱动高炉鼓风机进行高炉炼铁。BPRT同轴机组替代减压组调节稳定高炉炉顶压力。用高炉减压组调节时，炉顶压力值波动范围在(20～30)kPa；用正常运行的机组装置调节时可控制在±8kPa以内，大大降低了炉顶压力大幅波动对炼铁品质的影响。并且，BPRT同轴机组工作过程不会消耗任何燃料。机组利用高炉煤气高压能和高热能，通过煤气透平进行能量转化来驱动高炉鼓风机，整个运行过程不消耗任何燃料。 BPRT同轴机组工作也不会改变原煤气品质。BPRT同轴机组只是利用了高炉煤气的压能和其携带的热能，并没有改变高炉煤气的成分和含量，所以不会对其化学能有任何影响。

因此，本申请通过安装BPRT同轴机组,不仅能回收高炉炉顶煤气所具有的压力能和热能,降低煤气输送管网的流动噪声,而且可对高炉顶压、轴流风机、煤气透平进行高智能控制,提高高炉的冶炼强度和产量。使用BPRT同轴机组不仅回收了以往在减压阀组浪费掉的能量,而且可以减少废弃物排放量、进一步提高能源利用率。

无机硫吸附反应器4，用于吸附高炉煤气水解后的产生的氢化硫；所述无机硫吸附反应器4的前阀门与所述能量回收同轴机组3的后阀门通过管道阀门连通。

本申请的实施例中，所述无机硫吸附反应器4可采用常规的脱硫塔，所述无机硫吸附反应器4的作用就是将水解后的高炉煤气中剩余的H₂S等含硫气体通过脱硫剂去除，所述无机硫吸附反应器4与所述有机硫水解反应器2的使用前后的氮气置换及通风置换要求相同，此处不再赘述。

进一步的，所述无机硫吸附反应器4中设有至少两层吸附床41，所述水解后的高炉煤气从所述无机硫吸附反应器4底部进入，并向上依次穿过至少两层所述吸附床41后从所述无机硫吸附反应器4顶部排出。所述能量回收同轴机组3将水解后的高炉煤气中的热量吸收后，通过内部的鼓风机，使得水解后的高炉煤气从所述无机硫吸附反应器4底部的前阀门通入，能够自下向上，穿过吸附床41，在所述无机硫吸附反应器4中设置多层吸附床41可以确保吸附绝大部分的无机硫气体，以达到用户可以使用的标准。

进一步的，包括：所述无机硫吸附反应器4底部设有排污管道42，所述排污管道42尽头设有废水车43。所述无机硫吸附反应器4中脱硫后的高炉煤气已达到使用标准，可以通过所述无机硫吸附反应器4顶部排出，直接连通用户使用，而在脱硫过程中产生的废水则从所述无机硫吸附反应器4底部的排污管道42排至废水车中，再进行相关的处理，避免污染环境。

进一步的，所述系统还包括煤气报警仪器5，所述煤气报警仪器5用于在脱硫前检测系统中各管道阀门处是否存在煤气泄漏。所述煤气报警仪器5由探测器与报警控制主机构成，广泛应用于石油、燃气、化工、油库等存在有毒气体的石油化工行业，用以检测室内外危险场所是否有泄漏的情况，是保证生产和人身安全的重要仪器。当被测场所存在有毒气体时，探测器将气信号转换成电压信号或电流信号传送到报警仪表，仪器显示出有毒气体爆炸下限的百分比浓度值。当有毒气体浓度超过报警设定值时发生声光报警信号提示，值班人员及时采取安全措施，避免燃爆事故发生。

本申请的实施例中使用所述煤气报警仪器5检测各类设备的连接处是否存在煤气泄露的情况，具体用法为，在设备通入煤气后，设备内压达到标准值，关闭所有阀门，由现场人员用所述煤气报警仪器5检查高炉煤气管上的所有阀门、法兰、流量取样、压力取样等处，确认有无煤气泄漏。

本申请上述任意一种高炉煤气精脱硫系统，使用时的脱硫方法如图3所示，所述方法包括步骤：

S1：将高炉煤气通入所述除尘器中进行除尘处理；

S2：打开所述除尘器管路阀门及所述有机水解反应器前阀门，将高炉煤气通入所述有机水解反应器中进行水解；

S3：打开所述有机水解反应器后阀门和所述能量回收同轴机组的前阀门，将水解后的煤气通入所述能量回收同轴机组进行能量回收；

S4：打开所述能量回收同轴机组的后阀门和所述无机硫吸附反应器的前阀门，将所述高炉煤气通入所述无机硫吸附反应器内，所述高炉煤气自所述无机硫吸附反应器底部向顶部进行吸附处理，脱硫后的高炉煤气供用户使用，其余废水从所述无机硫吸附反应器底部排出。

完整流程为：打开高炉煤气管路阀门及水解催化有机硫塔前后阀门，经水解催化后，经过BPRT后进入吸附塔内，自吸附塔塔底向塔顶穿过两层无机硫吸附床，脱硫后的高炉煤气供用户使用，废水从塔底排出，由废水车运走处理。

进一步的，在本实施例中，所述有机硫水解反应器2内温度区间为100-190℃，压强为220-230KPa，反应空速为7000-7500h^-1。在温度为100-190℃的区间中，所述有机硫水解反应器2中会存在少量水蒸气，在所述机硫水解反应器2内凝结后从所述机硫水解反应器2底部排出。

进一步的，在本实施例中，所述无机硫吸附反应器4内温度区间为45-70℃，压强为12KPa。

高炉煤气水解后再从所述能量回收同轴机组3中进入到所述无机硫吸附反应器4内，由于所述无机硫吸附反应器4内温度区间设为45-70℃，会使得水蒸气冷却形成液态水，在所述无机硫吸附反应器4底部产生较多的废水，需要从所述排污管道42排出。

在本申请要处理的高炉煤气中含有大量碳化合物以及硫化合物，碳化合物的产生的煤气中的SO₂在高温下与C接触被还原成COS等化合物进入高炉煤气。焦炭中的有机硫在炉身下部到炉腹有30％-50％以COS等化合物形态先挥发；而硫化合物分为有机硫和无机硫，通常高炉煤气中有机硫占到总硫化物的75～85％，无机硫占到15～25％。

因此，在高炉煤气处理过程中，首先要去除COS等有机硫化合物，即采用所述有机水解反应器2中的水解催化剂进行处理，所述水解催化剂的反应方程式为：

COS+H₂O→CO₂+H₂S；

CS₂+2H₂O→CO₂+2H₂S。

进一步的，所述无机硫吸附的反应方程式为：

Fe₂O₃+H₂O+3H₂S→Fe₂S₃·H₂O+3H₂O；

2Fe₂S₃→FeS₂+Fe₃S₄；

Fe₂S₃·H₂O→FeS₂+1/8S+4H₂O。

以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该申请仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种高炉煤气精脱硫系统，其特征在于，包括：

除尘器(1)，用于对高炉煤气进行除尘处理；所述除尘器(1)前阀门与高炉煤气管路出口通过管路连通；

有机硫水解反应器(2)，用于为对除尘后的高炉煤气进行水解处理；所述有机硫水解反应器(2)前阀门与所述除尘器(1)后阀门通过管路连通；

能量回收同轴机组(3)，用于对水解后的高炉煤气进行鼓风和能量回收；所述能量回收同轴机组(3)的前阀门与所述有机硫水解反应器(2)的后阀门通过管道阀门连通；

无机硫吸附反应器(4)，用于吸附高炉煤气水解后的产生的氢化硫；所述无机硫吸附反应器(4)的前阀门与所述能量回收同轴机组(3)的后阀门通过管道阀门连通。

2.根据权利要求1所述的一种高炉煤气精脱硫系统，其特征在于，所述无机硫吸附反应器(4)中设有至少两层吸附床(41)，所述水解后的高炉煤气从所述无机硫吸附反应器(4)底部进入，并向上依次穿过至少两层所述吸附床(41)后从所述无机硫吸附反应器(4)顶部排出。

3.根据权利要求1所述的一种高炉煤气精脱硫系统，其特征在于，包括：所述无机硫吸附反应器(4)底部设有排污管道(42)，所述排污管道(42)尽头设有废水车(43)。

4.根据权利要求1所述的一种高炉煤气精脱硫系统，其特征在于，所述系统还包括煤气报警仪器(5)，所述煤气报警仪器(5)用于在脱硫前检测系统中各管道阀门处是否存在煤气泄漏。

5.根据权利要求1所述的一种高炉煤气精脱硫系统，其特征在于，所述有机硫水解反应器(2)内填充COS-ZH型有机硫水解催化剂。

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