一种高炉煤气精脱硫装置及方法与流程

本公开涉及煤气脱硫领域，特别涉及一种高炉煤气精脱硫装置及方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

高炉煤气是钢铁企业产量最大的可燃气体，高炉煤气是钢铁企业节能降耗以及环保排放的关键。高炉煤气中硫的主要分为有机硫和无机硫两类，有机硫主要成分有羰基硫、二硫化碳、等；无机硫主要成分是硫化氢。高炉煤气总硫含量在100-200mg/nm³之间，其中有机硫以羰基硫(cos)为主，占比约80％；无机硫以硫化氢(h2s)为主，占比约20％；高炉煤气脱硫的关键在于煤气中羰基硫(cos)的控制与削减。cos是一个结构上与二硫化碳类似的碳化合物，性质稳定；在高炉煤气无氧环境中难于与其他化合物直接发生化学反应，碱液吸收效率较低。

高炉煤气精脱硫系统与高炉生产密切相关，高炉煤气精脱硫系统利用高炉煤气管网的压力来克服脱硫装置的阻力损失，对高炉煤气的温度、压力参数的带来影响，从而影高炉煤气余压透平发电装置(trt)；根据实际生产统计，trt前高炉煤气压力降低1kpa，trt发电效率约降低0.1％，trt前高炉煤气温度降低1℃，trt发电效率约降低0.25％。

发明人发现，目前缺少专用于高炉煤气精脱硫的反应器装置；现阶段的工程试验方案、相关文献及发明专利涉及到高炉煤气精脱硫反应器装置，大多直接采用或嫁接焦化行业焦炉煤气脱硫和化工行业原料气脱硫所采用的湿法碱液喷淋塔反应器或者常规干法填料塔反应器。但由于高炉煤气组分特性及工况条件的特殊性，上述技术均未能完全解决高炉煤气精脱硫过程中的几项关键技术问题，现有的湿法碱液喷淋塔装置仅适用于无机硫的脱除，不能用于高炉煤气有机硫的脱除，且工艺过程产生较大量的废水，产生新的污染源不能实现绿色环保；常规干法填料塔反应器，整体体积大增加了系统占地面积及建设成本、流场均布不佳导致径向截面反应不均衡、反应器阻力大导致整个系统阻力增加，严重影响高炉煤气余压透平发电装置(trt)；影响高炉煤气精脱硫技术的推广及工程实施。

技术实现要素：

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种高炉煤气精脱硫装置及方法，对高炉煤气进行分流进入不同的触媒层结构，减少单一触媒层结构的吸收负载，提高对煤气的脱硫效率，在进行初步反应后汇聚，共同进行精脱硫，保证了良好的流场均布性能，减少反应器阻力。

本公开的第一目的是提供一种高炉煤气精脱硫装置，采用以下技术方案：

包括反应塔、位于反应塔内填充有触媒且由下至上依次间隔布置的第一触媒层、第二触媒层和第三触媒层，导向通道贯穿且隔离第二触媒层，反应塔外侧壁上设有第一入口和第二入口，第一入口用于依次穿过第一触媒层、导向通道、第三触媒层后连通反应塔出口，第二入口用于依次穿过第二触媒层、第三触媒层后连通反应塔出口。

进一步地，所述第一触媒层包括第一支架，第一支架的顶部和底部均为格栅，顶部格栅、底部格栅之间形成第一存储腔，第一入口位于第一存储腔的下方。

进一步地，第一支架的格栅均沿水平方向分布，第一支架的格栅周向连接反应塔内壁，形成圆柱状第一存储腔。

进一步地，所述第二触媒层包括圆柱状第二支架，第二支架的外圆周面贴合反应塔内壁，内圆周面形成导向通道，第二支架形成沿轴向依次分布的第二存储腔和连通第二入口的第二入口腔，第二存储腔与第二入口腔之间设有格栅。

进一步地，所述导向通道与第二存储腔、第二入口腔相隔离，导向通道下端包括自下而上直径依次减小的锥形通道，第二入口位于第一触媒层、第二存储腔之间。

进一步地，所述第三触媒层包括下端面封堵、圆周面镂空的圆筒状第三支架，第三支架形成第三存储腔，第三支架与反应塔同轴布置，第三支架外圆周面和反应塔内侧壁之间间隔布置，用于使煤气沿径向依次穿过第三支架外圆周面、第三支架内圆周面。

进一步地，所述第三支架连接反应塔内壁，第三支架内圆周面形成用于连通反应塔出口的排气通道，第三支架外圆周面下端与反应塔内侧壁之间设有格栅，用于对进入第三支架与反应塔之间的煤气进行整流。

进一步地，所述第一触媒层、第二触媒层和第三触媒层均布置有卸料出口和填料入口。

本公开的第二目的是提供一种高炉煤气精脱硫反应方法，利用如上所述的高炉煤气精脱硫反应装置，包括以下步骤：

第一触媒层、第二触媒层和第三触媒层内填充触媒，分别向第一入口、第二入口输入高炉煤气；

第一入口输入的高炉煤气与第一触媒层反应后，通过导向通道输入到第三触媒层下方空间，第二入口输入的高炉煤气与第二触媒层反应后，输入到第三触媒下方空间并与第一入口输入的高炉煤气汇聚；

汇聚后的高炉煤气依次穿过圆柱状第三触媒层的外圆周面、触媒、内圆周面后，通过第三触媒层内圆周面形成的排气通道输出到反应塔顶部；

经由反应塔出口将高炉煤气输出到反应塔外。

进一步地，汇聚后的高炉煤气沿第三触媒层的径向穿过第三触媒层，并与第三触媒层内的触媒反应后排出。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)对高炉煤气进行分流进入不同的触媒层结构，减少单一触媒层结构的吸收负载，提高对煤气的脱硫效率，在进行初步反应后汇聚，共同进行精脱硫，保证了良好的流场均布性能，减少反应器阻力；

(2)采用第一触媒层与第二触媒层相隔离的结构，使得高炉煤气在第一触媒层反应后不再进入第二触媒层内，通过物理的方式对其进行隔离，进行分层布置，在提高高炉煤气反应效率的同时，维持反应塔体积，节省占地面积；

(3)利用穿过第二触媒层的导向通道实现高炉煤气的隔离，分流输入不同触媒层结构的煤气与对应的触媒反应，并在反应后汇聚共同进入第三触媒层，减小反应器阻力；

(4)第三触媒层结构为圆筒状，对其安装位置进行配置后，使得高炉煤气能够沿径向依次穿过外圆周面、触媒、内圆周面，外圆周面为初始接触高炉煤气的面，利用大面积接触面提高高炉煤气与触媒的反应效率，减小反应器阻力。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2中精脱硫装置的整体结构示意图。

图中，1、地脚螺栓，2、裙座筒体，3、第一煤气入口，4、第一检修入口，5、主体筒体，6、第一喷淋接口，7、第二煤气入口，8、第二检修入口，9、第二喷淋接口，10、卸料出口，11、触媒框外孔壁，12、触媒框内孔壁，13、孔筒限位板组，14、触媒吊柱，15、煤气排放出口，16、第三喷淋接口，17、第一冷凝液排放出口，18、塔体下封头，19、第三检修入口，20、触媒支撑组件，21、第一触媒格栅组件，22、仪表接口，23、触媒层a，24、第一触媒压板组件，25、第二冷凝液排放出口，26、第四检修入口，27、第二触媒格栅组件，28、触媒层b，29、导向通道，30、第二触媒压板组件，31、第三冷凝液排放出口，32、煤气流道，33、触媒层c，34、排气通道，35、格栅，36、塔体上封头，37、第五检修入口，38、煤气出口，39、连通口。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中常规干法填料塔反应器，整体体积大增加了系统占地面积及建设成本、流场均布不佳导致径向截面反应不均衡、反应器阻力大导致整个系统阻力增加，严重影响高炉煤气余压透平发电装置(trt)；影响高炉煤气精脱硫技术的推广及工程实施；针对上述问题，本公开提出了一种高炉煤气精脱硫装置及方法。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供一种高炉煤气精脱硫装置。

该装置包括主体筒体5、塔体下封头、塔体上封头、高炉煤气入口、高炉煤气出口38、整流格栅、触媒层、触媒层支撑组件、触媒层压板组件、高炉煤气流道、检修入口、触媒卸料出口管、冷凝液排放管、高炉煤气放空排放管、喷淋接口及仪表接口等。

反应塔包括主体筒体，主体筒体下方对接有裙座筒体2，裙座筒体底部通过地脚螺栓1固定在地面基础上；

主体筒体的顶部设有塔体上封头18，底部设有塔体下封头36，塔底下封头作为底部的承接结构，承接并收集主体筒体内喷洒的液体，并通过第一冷凝液排放管引出到反应塔外部由第一冷凝液排放出口17排出。

触媒层位于反应塔内，包括填充有触媒且由下至上依次间隔布置的第一触媒层、第二触媒层和第三触媒层，导向通道29贯穿且隔离第二触媒层，反应塔外侧壁上设有第一煤气入口3和第二煤气入口7，第一入口用于依次穿过第一触媒层、导向通道、第三触媒层后连通反应塔出口，第二入口用于依次穿过第二触媒层、第三触媒层后连通反应塔出口。

具体的，对于第一触媒层，包括第一触媒格栅组件21、第一触媒压板组件24构成的第一支架，第一触媒格栅组件连接触媒支撑组件20，通过触媒支撑组件将第一支架连接在反应塔内壁上，第一触媒压板组件也为格栅结构，即第一支架的顶部和底部均为格栅，顶部格栅、底部格栅之间形成第一存储腔，用于存放触媒，第一入口位于第一存储腔的下方，连通第一触媒层和塔体下封头之间的空腔。

在本实施例中，第一支架的格栅均沿水平方向分布，第一支架的格栅周向连接反应塔内壁，形成圆柱状第一存储腔；

第一触媒层内填充有触媒形成的触媒层a23，触媒层a对应的反应塔侧壁上设有第一检修入口4，用于对容纳触媒的第一存储腔内进行检修。

同样的，位于第一触媒层和塔体下封头之间的空腔设有第三检修入口19，用于对塔体下封头与第一触媒层之间的结构进行检修。

为了对第一触媒层进行喷淋，在第一触媒层的顶面上方的反应塔侧壁上还设有第一喷淋接口6，用于对接外部供应机构，获取外部喷淋液并输入到反应塔内的喷淋结构进行喷洒。

对于第二触媒层，包括第二触媒格栅组件27、第二触媒压板组件30和隔离板构成的第二支架，第二触媒格栅组件连接对应的触媒支撑组件，通过触媒支撑组件将第二支架连接在反应塔内壁上，第二触媒压板组件也为格栅结构；

第二支架的外圆周面贴合反应塔内壁，内圆周面通过隔离板形成导向通道，第二支架形成沿轴向依次分布的第二存储腔和连通第二入口的第二入口腔，第二存储腔用于存放触媒，第二存储腔与第二入口腔之间为第二触媒格栅组件。

在本实施例中，导向通道与第二存储腔、第二入口腔相隔离，导向通道下端包括自下而上直径依次减小的锥形通道，第二入口位于第一触媒层、第二存储腔之间。

第二触媒层的第二存储腔内填充有触媒形成的触媒层b28，触媒层b对应的反应塔侧壁上设有第二检修入口8，用于对容纳触媒的第二存储腔内进行检修。

可以理解的是，结合附图，第二触媒层与第一触媒层之间通过隔离板进行隔离，隔离板形成导向通道，导向通道与反应塔内壁之间为第二触媒层，导向通道内形成供第一触媒层反应后的高炉煤气通过，穿过第一触媒层的高炉煤气不再与第二触媒层反应，直接通过导向通道穿过第二触媒层，进入第二触媒层上方的空间，等待与第三触媒层的反应。

需要指出的是,附图中给出的为反应塔的轴向剖面图,第二入口腔和第二存储腔在图中显示为左右分离,但其实际状态下,第二入口腔为环状结构,周向处于连通状态,第二存储腔也为环状结构,周向处于连通状态。

为了方便对第二入口腔的检修,第二入口腔连通有第四检修入口26,用于对第二入口腔内的结构进行检修。

为了对第二触媒层进行喷淋,在第二触媒层的顶面上方的反应塔侧壁上布置有第二喷淋接口9,用于对接外部供应机构,获取外部喷淋液并输入到反应塔内喷淋结构进行喷洒；

在第二入口腔的底部设置有第二冷凝液排放出口25，收集第二触媒层上滴落的喷淋液并进行排出。

所述隔离板上还布置有连通孔39，配置有挡板可以进行开启和关闭，对第二入口腔和导向通道的连通状态进行控制。

需要指出的是，第一入口和第二入口相隔离，也可以对第一入口的数目和第二入口的数目进行调整，比如，沿反应塔周向布置多个第一入口，沿反应塔周向布置多个第二入口，通过增加第一入口和第二入口的数目，对注入反应塔的烟气进行初步分散。

所述的第一触媒格栅组件和第二触媒格栅组件为格栅的组合结构，能够承载触媒并能够使高炉煤气穿过格栅的孔洞；触媒支撑组件为格栅的支撑件，采用现有连接件实现对格栅的稳定支撑即可。

采用第一触媒层与第二触媒层相隔离的结构，使得高炉煤气在第一触媒层反应后不再进入第二触媒层内，通过物理的方式对其进行隔离，进行分层布置，在提高高炉煤气反应效率的同时，维持反应塔体积，节省占地面积；

利用穿过第二触媒层的导向通道实现高炉煤气的隔离，分流输入不同触媒层结构的煤气与对应的触媒反应，并在反应后汇聚共同进入第三触媒层，减小反应器阻力。

对于第三触媒层，其包括圆筒状的第三支架，第三支架的顶部圆环端面封堵，底部整个圆形端面封堵，第三支架的两端面结合内圆周面、外圆周面形成圆筒状的第三存储腔，用于填充触媒形成触媒层c33。

第三支架与反应塔同轴布置，第三支架的外圆周面和反应塔内侧壁之间间隔布置，形成入口流道，使得高炉煤气沿第三支架径向依次穿过第三支架外圆周面、触媒层c和第三支架内圆周面。

所述第三支架连接反应塔内壁，第三支架内圆周面形成用于连通反应塔出口的排气通道34，第三支架外圆周面下端与反应塔内侧壁之间设有格栅35，用于对进入第三支架与反应塔之间的煤气进行整流。

如图所示，第三支架为触媒框结构，其外圆周面为能使烟气穿过的触媒框外孔壁11，内圆周面为能使烟气穿过的触媒框内孔壁12；

触媒层c的触媒框外孔壁、触媒框内孔壁为开孔结构，开孔形状可以选择为圆孔、方孔、条孔或其他变形孔，开孔率为5％-80％。

第三支架与反应塔内壁之间通过孔筒限位板组13连接，所述孔筒限位板组包括阵列布置的限位板，限位板上设有开孔，在实现第三支架连接反应塔内壁的同时，能够使烟气穿过限位板流动。

结合附图，在反应塔内形成供高炉煤气流动的煤气流道32，能够保证良好的流场均布性能和传质性能，具有较小的反应器阻力，从而将脱硫系统对高炉煤气trt发电系统的影响降到最低。

第三触媒层结构为圆筒状，对其安装位置进行配置后，使得高炉煤气能够沿径向依次穿过外圆周面、触媒、内圆周面，外圆周面为初始接触高炉煤气的面，利用大面积接触面提高高炉煤气与触媒的反应效率，减小反应器阻力。

相较于传统的高炉煤气从轴向穿过多层圆柱状触媒层，扩大了触媒与高炉煤气的接触面积，并能够降低反应塔的整体体积，整体体积是常规干法填料塔的1/2-2/3,节省占地面积及建设成本。

为了对第三触媒层进行喷淋,在第三触媒层的顶面上方的反应塔侧壁上布置有第三喷淋接口16,用于对接外部供应机构,获取外部喷淋液并输入到反应塔内喷淋结构进行喷洒；

在触媒层c的底部设置有第三冷凝液排放出口31，收集第三触媒层上滴落的喷淋液并进行排出。

为了便于装置的运行和维护，所述反应塔顶部还设有触媒吊柱14、煤气排放出口15。

为了对触媒层的内部状态进行监测，在反应塔侧壁对应第一触媒层、第二触媒层和第三触媒层的位置，均设置有仪表接口22，用于对接外部监测仪表设备。

所述第一触媒层、第二触媒层和第三触媒层均布置有卸料出口10和填料入口。

经过第三触媒层的煤气进入排气通道后，向反应塔顶部方向移动，从而经过塔顶的煤气出口38排出。

进一步地，为了方便对塔顶上封头36与第三触媒层之间的空腔进行检修，在塔体上封头上设有连通空腔的第五检修入口37。

对高炉煤气进行分流进入不同的触媒层结构，减少单一触媒层结构的吸收负载，提高对煤气的脱硫效率，在进行初步反应后汇聚，共同进行精脱硫，保证了良好的流场均布性能，减少反应器阻力。

需要指出的是，在本实施例中，高炉煤气精脱硫装置进行配置如下：

使用压力范围0～0.6mpa；

使用温度范围0～300℃；

触媒层a的数量为0～5层、每层装填高度2～8米；

触媒层b的数量为0～5层、每层装填高度2～8米；

触媒层c的数量为0～5层、每层装填高度2～8米；

触媒层a、触媒层b、触媒层c之间的间距为1～5米。

在其他的实施方式中，也可以根据需求将触媒层a、触媒层b、触媒层c在塔体内的布置方式进行调整，比如将其由下到上布置为：触媒层c、触媒层b、触媒层a，对应的煤气入口和煤气出口的位置也需要进行调整；能够满足实际的需求即可。

能够适用于指高炉煤气精脱硫的预处理反应器装置、有机硫催化水解反应器装置、以及无机硫干法吸收反应器装置。高炉煤气精脱硫装置不仅适用于高炉煤气无机硫的脱除、还适用于高炉煤气有机硫的脱除，且工艺过程无废水产生，可实现绿色环保。

实施例2

本公开的另一典型实施方式中，如图1所示，提出了一种高炉煤气精脱硫方法，利用如实施例1中所述的高炉煤气精脱硫装置。

包括以下步骤：

第一触媒层、第二触媒层和第三触媒层内填充触媒，分别向第一入口、第二入口输入高炉煤气；

第一入口输入的高炉煤气与第一触媒层反应后，通过导向通道输入到第三触媒层下方空间，第二入口输入的高炉煤气与第二触媒层反应后，输入到第三触媒下方空间并与第一入口输入的高炉煤气汇聚；

汇聚后的高炉煤气依次穿过圆柱状第三触媒层的外圆周面、触媒、内圆周面后，通过第三触媒层内圆周面形成的排气通道输出到反应塔顶部；

经由反应塔出口将高炉煤气输出到反应塔外。

进一步地，对于高炉煤气与第三触媒层的反应，汇聚后的高炉煤气沿第三触媒层的径向穿过第三触媒层，并与第三触媒层内的触媒反应后排出。

结合图1，对上述高炉煤气精脱硫方法的流程进行详细描述：

高炉煤气分为两路，一路通过与主体塔筒连接的高炉煤气第一入口进入装置内部，经过第一触媒格栅组件整流后，进入触媒层a，第一触媒格栅组件固定于主体塔筒内壁及第一触媒支撑组件上；

一路通过与主体塔筒连接的高炉煤气第二入口进入装置内部，经过第二触媒格栅组件整流后，进入触媒层b，第二触媒格栅组件固定于主体塔筒内壁及第二触媒支撑组件上。

进入触媒层a的高炉煤气，穿过触媒压板组件后，通过导向通道输送到触媒层c的下部空间，触媒层a上部的导向通道设有锥形出口。

进入触媒层b的高炉煤气，穿过触媒压板组件后，输送到触媒层c的下部空间，与通过导向通道输送来的煤气汇聚。

汇聚后的高炉煤气，经过格栅35整流后，进入煤气流道32，煤气流道内部安装有孔筒限位板组；煤气流道内的高炉煤气，依次穿过触媒框外孔壁、触媒层c、触媒框内孔壁进入到排气通道输送至塔体上封头空间；

高炉煤气出口管道连接于塔体上封头顶部，高炉煤气通过高炉煤气出口输送至外界高炉煤气管道。

通过第一触媒层形成的轴向反应器、第二触媒层形成的变体轴向反应器、第三触媒层形成的径向反应器进行组合，形成供高炉煤气在塔体内流动的煤气流道，流道设计保证了良好的流场均布性能及传质性能，具有较小的反应器阻力。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。