一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统的制作方法

本实用新型涉及脱硫系统，尤其涉及一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统。

背景技术：

随着国民经济发展和节能减排要求不断提高，各大中型钢铁厂对环保和节能减排有了重新的认识，对环保和节能投入也越来越大。目前各钢铁厂的高炉煤气一般没有脱硫系统，在后序的煤气用户燃烧后再脱硫，这样脱硫系统很多，而且脱硫系统烟气量很大，对脱硫系统的投入就很大。现在只有部分高炉煤气进行精脱硫，脱硫后的高炉煤气后序工艺再使用时就不再设脱硫系统。

高炉煤气中一氧化碳含量在20-33％之间，是热值比较低的燃料。一般高炉煤气中二氧化碳含量在8-15％，甚至个别高炉的煤气二氧化碳含量高达20-22％。二氧化碳在煤气中没有利用价值，含量高对脱硫系统影响很大，在煤气脱硫的同时，二氧化碳和脱硫剂会发生反应，消耗比较多的脱硫剂，也生成更多的脱硫渣需要处理，造成了很大浪费。

因此减少煤气中的二氧化碳对脱硫系统来说有很大的好处，属于节能减排及环保范畴。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统，以减少脱硫剂的消耗量和对脱硫渣的处理负荷。

为达上述目的，第一方面，本实用新型实施例提供了一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统，其包括：

脱硫塔，所述脱硫塔具有煤气入口和脱硫后的煤气出口；

脱硫液喷淋装置，设置于所述脱硫塔的内部；

加热水箱，通过第一管路与所述脱硫塔连接，在所述第一管路上设置有第一循环水泵，所述加热水箱上设置有二氧化碳出口；

冷却水箱，通过第二管路与所述加热水箱连接，在所述第二管路上设置有第二循环水泵，所述冷却水箱通过第三管路与所述脱硫液喷淋装置连接。

可选地，所述加热水箱采用如下中的一种或多种方式进行加热：热水加热，蒸汽加热、烟气加热、废气加热。

可选地，所述二氧化碳出口排出的二氧化碳通过管路输送至高炉的喷煤系统。

可选地，所述加热水箱还包括热水入口和热水出口；所述冷却水箱还包括冷却水入口和冷却水出口。

可选地，所述脱硫塔的底部、所述加热水箱的底部、或者所述冷却水箱的底部还设置有排污口。

可选地，所述脱硫塔的内部在靠近所述脱硫后的煤气出口处还设置有除雾挡水器。

可选地，所述用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统还包括加液装置，所述加液装置通过管路与所述脱硫液喷淋装置连接。

可选地，所述脱硫塔的内部还设置有乳化装置，所述乳化装置的设置位置靠近所述煤气入口。

可选地，所述加热水箱的加热温度为60度至70度。

可选地，所述的用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统还包括与脱硫液喷淋装置电连接的控制器，用于输出控制信号调节所述脱硫液喷淋装置的喷淋速度、喷淋时间和/或喷淋方向。

可选地，所述冷却水箱内部设置有供冷却水或冷却气流流动的管道或腔室，所述管道或所述腔室与所述冷却水入口和所述冷却水出口相连通，所述管道或所述腔室与脱硫液相隔离。

上述技术方案具有如下有益效果：根据本实用新型的实施例的技术方案，低温脱硫液在脱硫塔中，根据二氧化碳的溶解度不同，吸收或溶解煤气中的二氧化碳，在加热水箱中加热后高温脱硫液释放或析出二氧化碳，二氧化碳从二氧化碳出口排出。或者，低温脱硫液在脱硫塔中，煤气中的二氧化碳与脱硫剂碳酸氢钠反应生成盐碳酸钠和水，在加热水箱中加热后生成的盐碳酸钠和水分解反应生成碳酸氢钠和二氧化碳，二氧化碳析出后从二氧化碳出口排出。因此，该用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统，使煤气中的二氧化碳分离出来不参与脱硫系统的化学反应，减少脱硫剂的用量和减少脱硫渣的处理量，节约脱硫系统的运行成本，减少对环境的污染，具有很好的经济效益、环保效益和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统的示意图；

图2是本实用新型实施例一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉方法的流程图；

图3是本实用新型实施例另一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉方法的流程图。

附图标号说明：

1-脱硫塔；2-乳化装置；3-脱硫液喷淋装置；4-除雾挡水器；5-加热水箱；6-冷却水箱；7-加液装置；8a-第一循环水泵；8b-第二循环水泵；9-煤气入口；10-煤气出口；11-热水入口；12-热水出口；13-冷却水入口；14-冷却水出口；15-二氧化碳出口；16-排污口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的实施例针对现有技术所存在的上述技术问题，提供一种高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统，使煤气中的二氧化碳分离出来不参与脱硫系统的化学反应，减少脱硫剂的用量和减少脱硫渣的处理量，节约脱硫系统的运行成本，减少对环境的污染，具有很好的经济效益、环保效益和社会效益。

本实用新型的实施例针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统，其是一种专用的系统和组合设备，通过采用钢铁厂的余热加热脱硫液，使二氧化碳从脱硫液中分离释放出来，减少二氧化碳与脱硫剂反应，节约脱硫剂的使用量和减少脱硫渣的数量。二氧化碳释放后的脱硫液再冷却循环使用。本实用新型的实施例利用二氧化碳在低温脱硫塔中与脱硫剂碳酸氢钠反应生成碳酸钠和水，再加热脱硫液，使碳酸钠和水发生逆反应重新生成脱硫剂碳酸氢钠和二氧化碳，含有碳酸氢钠的脱硫液冷却后送回脱硫塔循环脱硫，释放的二氧化碳收集起来送到高炉等工艺设备使用。二氧化碳可以作为高炉喷煤的气体代替空气送回高炉，可以提高高炉煤气的质量和热值，属于废物利用。另外，二氧化碳易溶于水，低温时二氧化碳溶解度高，在脱硫塔中溶解于脱硫剂溶液的水中，送到加热水箱加热后由于溶解度降低释放出二氧化碳，收集再利用，如此不断循环，把高炉煤气中的二氧化碳捕捉收集出来。

采用二氧化碳捕捉系统的高炉煤气精脱硫，使煤气质量更好，热值提高15-20％，高炉煤气的产量提高8-12％，具有很好的经济效益和社会效益。

图1是本实用新型的实施例的一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统的示意图。该捕捉系统把煤气中的二氧化碳从煤气中分离出来，减少脱硫剂的用量，提高煤气的热值。参阅图1，该用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统，其包括：脱硫塔1，脱硫塔1具有煤气入口9和脱硫后的煤气出口10；脱硫液喷淋装置3，设置于脱硫塔1的内部；加热水箱5，通过第一管路与脱硫塔1连接，在第一管路上设置有第一循环水泵8a，加热水箱5上设置有二氧化碳出口15；冷却水箱6，通过第二管路与加热水箱5连接，在第二管路上设置有第二循环水泵8b，冷却水箱6通过第三管路与脱硫液喷淋装置3连接。加热水箱5和冷却水箱6仅与脱硫液发生热交换，但加热介质和冷却介质均不与脱硫液发生混合。

在一些实施例中，加热水箱5采用如下中的一种或多种方式进行加热：热水加热，蒸汽加热、烟气加热、废气加热。另外，加热水箱5可以采用钢铁厂的低品位余热，节约能源及减少碳排放。具体地，加热水箱5的热源要求温度不高，可以采用钢铁厂特别是高炉区的冲渣水等低温余热。利用高炉冲渣水余热，可以减少冲渣乏汽的产生和排放，减少了对环境的污染。作为可替换的实施方式，本实施例中的加热水箱5除了采用热水加热，还可以替换为采用蒸汽、烟气、废气加热。

在一些实施例中，二氧化碳出口15排出的二氧化碳通过管路输送至高炉的喷煤系统，或者其他需要使用二氧化碳的场合或设备。

在一些实施例中，加热水箱5还包括热水入口11和热水出口12，可替换地，加热水箱5可以包括热风入口和热风出口，热风即是热烟气或热废气；冷却水箱6还包括冷却水入口13和冷却水出口14，可替换地，冷却水箱6还可以包括冷却气流入口和冷却气流出口，冷却气流出口将经过热交换后温度升高的冷却流体排出。冷却水或冷却气流等冷却介质与被冷却对象(包含脱硫剂的脱硫液)之间处于物理隔离状态，但可以进行热交换，冷却介质在冷却水箱6内部的管道或腔室内流动，该管道或腔室与冷却水入口13和冷却水出口14相连通。

在一些实施例中，脱硫塔1的底部、加热水箱5的底部、或者冷却水箱6的底部还设置有排污口16。排污口16用于排出脱硫塔1内的沉淀污物，或者将脱硫生成物排出，或者将多余的脱硫液排出，其安装在脱硫塔1的最下部，水平或垂直安装均可以。

在一些实施例中，脱硫塔1的内部在靠近脱硫后的煤气出口10处还设置有除雾挡水器4。除雾挡水器4设置在煤气出口10附近，位于煤气出口10的上游，可以通过塔内支架与脱硫塔的内壁相固定，用于从脱硫后的煤气中分离出其携带的雾滴和水分。脱硫液喷淋装置3与脱硫塔1的内壁(侧壁或顶壁)相固定，在高度方向上，脱硫液喷淋装置3设置于除雾挡水器4和/或脱硫后的煤气出口10的下方。

在一些实施例中，用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉系统还包括加液装置7，加液装置7通过管路与脱硫液喷淋装置3连接。加液装置7，用于向脱硫液喷淋装置3/加入提供脱硫液(包含脱硫剂)，以进行脱硫，其通过脱硫塔1的外部支架安装，与脱硫塔1分离地安装在其附近。

在一些实施例中，脱硫塔1的内部还设置有乳化装置2，乳化装置2的设置位置靠近煤气入口9。乳化装置2用于实现气体(煤气)和液体(脱硫液)的充分混合，增加气体和液体的接触时间，其安装于脱硫塔1内部的下部，可以采用塔内支架固定，其可采用现有技术中的乳化装置。

在一些实施例中，加热水箱5的加热温度为60度至70度，较佳地为65度。

在一些实施例中，加热水箱5中可配置有温度监控模块，用于实时监测加热水箱5的温度值和/或加热水箱5中脱硫液的温度值，并反馈至控制器，当该被监测的温度值达到预设的第一温度值时，控制器控制停止进行加热处理，例如通过控制关闭用于输送加热流体的开关或电控阀门实现停止加热，或者通过控制切断电加热器的电源实现停止加热处理。

在一些实施例中，冷却水箱6中可配置有温度监控模块，用于实时监测冷却水箱6的温度值和/或冷却水箱6中脱硫液的温度值，并反馈至控制器，当该被监测的温度值达到预设的第二温度值时，控制器控制停止进行冷却换热处理，例如通过控制关闭用于输送冷却流体的开关或电控阀门实现停止加热，或者通过控制切断冷却器的电源实现停止冷却处理。

在一些实施例中，脱硫液喷淋装置3可与该控制器电连接，根据该控制器的控制信号调节脱硫液喷淋装置3的喷淋速度、喷淋时间和/或喷淋方向。

在一些实施例中，第二循环水泵8b可与该控制器电连接，根据控制器的控制信号而启动，当满足预先设定的条件时，该控制器控制该第二循环水泵8b将生成的碳酸氢钠和脱硫液输送到冷却水箱6，或者将经过加热处理的脱硫液输送到冷却水箱6。该预先设定的条件表征在加热水箱5的容腔中和/或脱硫液中二氧化碳的含量或浓度降低于期望的预设值。可选地，二氧化碳在脱硫液中加热水箱5中的含量可以被检测，通过仪表测量的含量数据反馈至控制系统，以控制各级水泵的转速和流量，达到最佳脱硫和脱出二氧化碳的效果。

本实施例利用二氧化碳和脱硫剂碳酸氢钠在特殊条件下的反应和逆反应，以及二氧化碳在水中的溶解度变化等特性，把二氧化碳从高炉煤气中分离或释放出来。使后序脱硫系统的脱硫剂消耗量减少，同时也减少脱硫渣的产量和处理成本。收集的二氧化碳可以送回高炉喷煤再利用代替空气，这样可以提高高炉煤气的热值和产量。

图2是本实用新型的实施例的一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉方法的流程图。如图2所示，该方法包括如下步骤：

s110：从脱硫塔1的煤气入口9引入待脱硫的煤气，待脱硫的煤气携带二氧化碳；

s120：利用在脱硫塔1的内部设置的脱硫液喷淋装置3喷淋出包含脱硫剂碳酸氢钠的脱硫液，使脱硫液与待脱硫的煤气接触，与其携带的二氧化碳发生反应生成碳酸钠和水；

s130：利用第一循环水泵8a将生成的碳酸钠、水与脱硫液一起输送至加热水箱5；

s140：利用加热水箱5将碳酸钠、水与脱硫液加热到预设的温度值，使得脱硫液中的碳酸钠和水发生逆反应，生成碳酸氢钠和二氧化碳；

s150：将生成的二氧化碳通过二氧化碳出口15排出再利用；

s160：将生成的碳酸氢钠和脱硫液通过第二循环水泵8输送到冷却水箱6；

s170：利用冷却水箱6对碳酸氢钠和脱硫液进行冷却处理，将冷却后的碳酸氢钠和脱硫液送回至脱硫塔1内部的脱硫液喷淋装置3进行循环脱硫。

作为一个示例，步骤s150具体可包括：将生成的二氧化碳通过二氧化碳出口15排出并且通过管路输送至高炉的喷煤系统再利用。

作为一个示例在步骤s140中：加热水箱5采用如下中的一种或多种方式进行加热：热水加热，蒸汽加热、烟气加热、废气加热。

作为一个示例，该方法还包括：在脱硫塔1的内部在靠近脱硫后的煤气出口10处设置除雾挡水器4，利用该除雾挡水器4分离出脱硫后的煤气包含的雾滴和水分。

图3是本实用新型的实施例的另一种用于高炉煤气精脱硫的二氧化碳捕捉方法的流程图。如图3所示，该方法包括如下步骤：

s210：从脱硫塔1的煤气入口9引入待脱硫的煤气，待脱硫的煤气携带二氧化碳；

s220：利用在脱硫塔1的内部设置的脱硫液喷淋装置3喷淋出脱硫液，使脱硫液与待脱硫的煤气接触，将待脱硫的煤气携带的二氧化碳溶解于脱硫液中；其中，脱硫塔1的内部温度和脱硫液的温度低于待脱硫的煤气的温度；

s230：利用第一循环水泵8a将溶解有二氧化碳的脱硫液输送至加热水箱5；

s240：利用加热水箱5将溶解有二氧化碳的脱硫液加热到预设的温度值，使得脱硫液的水中溶解的二氧化碳由于温度提高而溶解度降低，从水中释放分离出来；

s250：将释放分离出来的二氧化碳通过二氧化碳出口15排出再利用；

s260：将经过加热处理的脱硫液通过第二循环水泵8输送到冷却水箱6；

s270：利用冷却水箱6对加热后的脱硫液进行冷却处理，将冷却处理后脱硫液送回至脱硫塔1内部的脱硫液喷淋装置3进行循环脱硫。

图2和图3所示的方法可以组合使用。以下描述该捕捉系统的上述方法的工作原理和工作过程：

煤气中的二氧化碳浓度比较高，在脱硫塔1中，与脱硫液中的脱硫剂碳酸氢钠反应生成碳酸钠和水，和脱硫液一起通过循环水泵8送到加热水箱5中加热温度到65℃左右，脱硫液中的碳酸钠和水反应生成碳酸氢钠和二氧化碳。碳酸氢钠和脱硫液通过循环水泵8送到冷却水箱6冷却后送回脱硫塔1重复使用。分离释放出来的二氧化碳通过二氧化碳出口15排出再利用。二氧化碳出口15排出二氧化碳可以用于高炉的喷煤系统，提高高炉的煤气热值和高炉的煤气量。

另外，煤气中的二氧化碳在相对温度比较低的脱硫塔1中，溶解到脱硫液的水中，和脱硫液一起通过循环水泵8送到加热水箱5中加热温度到65℃左右，脱硫液水中的二氧化碳由于温度提高而溶解度降低从水中释放分离出来。脱硫液通过循环水泵8送到冷却水箱6冷却后送回脱硫塔1重复使用。分离释放出来的二氧化碳通过二氧化碳出口15排出再利用。

通过上述不断循环，把高炉煤气中的二氧化碳捕捉出来用于高炉喷煤等工艺有价值再利用。减少了高炉煤气中的二氧化碳，在脱硫系统中可以节省脱硫剂。使有限脱硫剂大部分用于脱除煤气中的硫化物，提高脱硫剂的利用效率。在本实施例中，二氧化碳捕捉后，可以节省脱硫剂的耗量，节约脱硫系统的运行成本和脱硫生成物的处理成本。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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申请中的具体含义。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。