一体化催化水解脱硫塔和一体化干法净化装置的制作方法

本实用新型涉及环境保护工程技术的污染物控制技术领域，具体涉及一种能实现高炉煤气中含硫物质的脱除的一体化催化水解脱硫塔和一体化干法净化装置，用于在一套工艺中实现高炉煤气的全硫脱除。

背景技术：

高炉煤气作为钢铁企业产量最大的可燃气体，其统计产量高达700-800亿立方米/月。现有高炉煤气净化及后续应用主要是采用袋式除尘去除颗粒物，再经过trt余压发电后，送往高炉热风炉、轧钢加热炉、煤气发电等用户单元作为燃料使用，但高炉煤气中仍然含有硫、氯等有害物质。随着《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》的颁布，钢铁行业正式进入“超低排放”时代，高炉热风炉、轧钢加热炉、煤气发电等用户均要求燃烧尾气so2达到超低排放限值，而现有高炉煤气净化流程无法满足so2控制要求。

目前的技术路线主要包括源头控制和燃烧后的末端治理，如采用末端治理方式，需在多点设置脱硫设施，同时，煤气燃烧后的废气量大，处理设施规模变大；若采用源头控制方式，可以集中治理，处理的煤气量只有燃烧后烟气量的60％左右，因此总投资低，总占地小，运行成本低，管理方便。同时源头治理对管网寿命、燃烧效率都有促进。实施高炉煤气全硫脱除，减少煤气中的硫分，可大大降低末端治理的压力，甚至省掉末端治理设施。

高炉煤气全硫脱除是一种新的技术发展方向，目前单项的有机硫水解技术及干法吸附脱除技术较多，高炉煤气脱氯技术也有相关应用实例，但尚未有高炉煤气全硫脱除技术的报道或者工程案例，因此高炉煤气全硫脱除技术尚属前沿探索阶段。

技术实现要素：

本实用新型专利的目的在于提供一种能实现高炉煤气全硫脱除的一体化催化水解脱硫塔和一体化干法净化装置，优选为一种能实现高炉煤气中cos、cs2、h2s、so2等含硫物质的脱除以及协同脱除hcl的一体化催化水解脱硫塔和一体化干法净化装置，以解决上述技术问题。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化催化水解脱硫塔，其特征在于：所述一体化催化水解脱硫塔包括：煤气入口、塔外壳、催化水解段、脱硫段以及清洁高炉煤气排出口，其中：所述煤气入口设置在催化水解脱硫塔的塔顶并连接所述催化水解脱硫塔的进口烟道，用于将高炉煤气送入催化水解段，以及所述清洁高炉煤气出口设置在催化水解脱硫塔的塔底，用于将经过一体化催化水解脱硫塔净化后的高炉煤气排出，以及其中：催化水解脱硫塔的催化水解段中装填有水解催化剂，用于将从所述煤气入口通入的高炉煤气进行水解催化；催化水解脱硫塔的脱硫段中装填有脱硫剂,所述脱硫剂用于吸收催化水解段中水解催化处理后高炉煤气中的含硫气体。

根据本实用新型的另一方面，提供一种用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化干法净化装置，其特征在于，其包括气力输送装置以及至少一个上述的一体化催化水解脱硫塔，其中，所述气力输送装置连接所述至少一个一体化催化水解脱硫塔，用于将脱硫剂送入脱硫段。

根据本实用新型的再一方面，提供一种用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化干法净化方法，其特征在于包括以下步骤：催化水解处理，将入口高炉煤气通入催化水解脱硫塔的催化水解段，通过催化水解段中装填的催化剂将高炉煤气中的羰基硫和二硫化碳催化转化成硫化氢；脱硫处理，生成的硫化氢随高炉煤气进入催化水解脱硫塔的脱硫段，脱硫段中装填的脱硫剂吸收硫化氢、二氧化硫、氯化氢，以脱除高炉煤气中的含硫物质以及氯化氢；以及排出清洁高炉煤气，经过一体化催化水解脱硫塔处理后的高炉煤气通过催化水解脱硫塔的清洁高炉煤气排出口排出。

相应地，通过本实用新型，处理后的净煤气从塔底排出，并入管网，由此实现了高炉煤气中含硫物质的脱除，从源头解决so2超标问题。

此外，在本实用新型中，高炉煤气中的cos和cs2在催化水解段中被催化转化为h2s；脱硫段中的脱硫剂吸收煤气中的含硫气体，由此实现了高炉煤气中含硫物质的脱除。更优选地，脱硫段中的脱硫剂吸收煤气中的h2s、so2、hcl等酸性气体,由此hcl的协同脱除在一定程度上控制了煤气管道腐蚀问题。

本实用新型提供一种技术流程简单，造价低，可靠性好，特别是能在40-150℃温度区间内，实现高炉煤气中脱硫的一体化催化水解脱硫塔和一体化干法净化装置。

此外：本实用新型还提供一种同时实现高炉煤气中h2s、so2、hcl及其他酸性气体脱除的一体化催化水解脱硫塔和一体化干法净化装置。在本实用新型的一体化干法净化装置中，首先将cos和cs2等有机硫催化转化成h2s，然后通过脱硫段中脱硫剂吸收煤气中的h2s、so2、hcl等酸性气体。本装置能为钢厂和环保公司提供准确的高炉煤气硫污染物控制的工艺布置方案和运行参数，从源头解决so2超标问题，同时hcl的协同脱除在一定程度上控制了煤气管道腐蚀问题，流程简单，可靠性好，运行稳定，降低了污染物控制成本。

附图说明

图1是本实用新型用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化催化水解脱硫塔的结构图；

图2是本实用新型用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化干法净化装置的操作示意图；

图3是本实用新型用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化干法净化装置的布置图；

图4是本实用新型用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化干法净化方法的流程图；以及

图5是本实用新型用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化干法净化方法的工艺过程图。

具体实施方式

现在参考附图来具体描述本实用新型，其中相同的标号表示相同的部件，其中：1-入口高炉煤气，2-催化水解段加料口，3-催化剂支撑网，4-催化水解段卸料口，5-脱硫剂入口，6-入口关断阀一，7-入口缓冲仓，8-置换气接口1，9-气体置换阀1，10-入口关断阀二，11-放散接口1，12-放散阀1，13-观察窗，14-反应仓，15-振打电机，16-出口关断阀一，17-放散阀2，18-放散接口2，19-出口缓冲仓，20-出口关断阀二，21-脱硫剂出口，22-置换气接口2，23-气体置换阀2，24-脱硫剂支撑网，25-高炉煤气排出口，26-入口煤气切断阀1，27-入口煤气切断阀2，28-出口煤气切断阀1，29-出口煤气切断阀2，30-气力输送装置，31-检修孔，32-放散阀3，33-气体置换阀3，34-煤气入口，35-清洁高炉煤气排出口，36-塔外壳。

如图1所示，本实用新型用于实现高炉煤气全硫脱除的一体化催化水解脱硫塔包括煤气入口34、塔外壳36、催化水解段、脱硫段以及清洁高炉煤气排出口35。塔外壳顶端煤气入口34连接所述催化水解脱硫塔进口烟道，用于将高炉煤气送入催化水解段；脱硫段下方设置清洁高炉煤气排出口35，用于将经过一体化催化水解脱硫塔净化后的高炉煤气排出。

催化水解段具有催化剂支撑网3、催化剂加料口2、催化剂卸料口4和检修孔31；催化剂支撑网3设置在塔外壳内，用于支撑水解催化剂；塔外壳上设置有加料口2和卸料口4，用于对水解催化剂进行加料和卸料，催化水解段上方设置有检修孔31，用于事故工况下检修人员进塔维修。

脱硫段设有反应仓14，优选还包括脱硫剂在线更换系统，在脱硫段从上到下依次设置脱硫剂入口5、入口关断阀一6、入口缓冲仓7、入口关断阀二10、出口关断阀一16、出口缓冲仓19、出口关断阀二20以及脱硫剂出口21；入口缓冲仓7及出口缓冲仓19侧面分别设置置换气接口8、22以及放散接口11、18，用于在置换脱硫剂前用氮气或其他惰性气体对缓冲仓中的煤气进行置换并放散，保证现场安全。入口缓冲仓7、反应仓14及出口缓冲仓19两侧面均设置振打电机15，定期对仓壁进行振打，保持脱硫剂的流化状态。脱硫段与催化水解段之间塔壁上设置观察孔13，运行过程中实时观察仓内情况。脱硫段的反应仓下方设置脱硫剂支撑网24，用于支撑脱硫剂，脱硫剂支撑网24下方设置清洁高炉煤气排出口35，用于将经过反应塔净化后的高炉煤气排出。

在本实用新型中，所述催化水解段具有进口烟道、催化剂支撑网3、催化剂加料口2、催化剂卸料口4和检修孔31，塔外壳顶端连接所述催化水解脱硫塔进口烟道，用于将高炉煤气送入催化水解段；催化剂支撑网4设置在塔外壳内，用于支撑水解催化剂；塔外壳上设置有加料口2和卸料口4，用于对水解催化剂进行加料和卸料，催化水解段上方设置有检修孔31，用于事故工况下检修人员进塔维修。

优选地，在本实用新型中，催化剂为蜂窝状、棒状、拉西环状、球状的一种或多种，将高炉煤气中的羰基硫(cos)和二硫化碳(cs2)等有机硫催化水解转化成h2s，催化剂活性组分为na、k、fe、cu、ni盐中的一种或多种，载体为活性氧化铝、活性炭、堇青石、类水滑石中的一种或多种。

催化剂构型为拉西环状的催化剂时，优选在催化水解段内的催化剂支撑网(3)上由大到小散乱堆积，催化剂装填一定体积，使得催化反应空速为500-4000h^-1，煤气流速为0.5-2m/s；优选，使得在催化水解段，高炉煤气中80％-95％体积分数的羰基硫(cos)和二硫化碳(cs2)被催化转化成h2s。

优选地，脱硫段气体压降低、脱硫剂磨损小、气固两相接触均匀，脱硫剂停留时间调节弹性大。脱硫段内气体流速控制在0.5-3m/s，保证布风均匀；优选高炉煤气入口温度为40-150℃，出口温度基本保持不变。

优选地，在本实用新型中，脱硫剂为多孔柱型，载体为沸石及浮石的混合物，浮石与沸石的摩尔比在0.2-0.5之间；活性成分主要为氧化铁、氧化锰、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种，其中活性成分占脱硫剂质量分数的3％-10％。脱硫剂装填一定体积，使得脱硫反应空速为500-5000h^-1，保证高炉煤气中污染物的高效脱除。

如图2、3所示，一种能实现高炉煤气全硫脱除的一体化干法净化装置，优选为一种能实现高炉煤气中cos、cs2、h2s、so2等含硫物质的脱除以及协同脱除hcl的一体化干法净化装置，其包括气力输送装置30和至少一个一体化催化水解脱硫塔；气力输送装置30连接一体化催化水解脱硫塔，用于将脱硫剂送入一体化催化水解脱硫塔的脱硫段；一体化催化水解脱硫塔的催化水解段中装填有水解催化剂，用于将从塔上部通入的高炉煤气进行水解催化，脱硫段中装填有脱硫剂，用于吸收水解催化处理后高炉煤气中的硫化氢(h2s)、二氧化硫(so2)、氯化氢(hcl)及其他酸性气体，塔底设有清洁高炉煤气排出口35，用于将经过一体化催化水解脱硫塔处理后的高炉煤气通过清洁高炉煤气排出口排出，送入高炉煤气管网。

如图2、3所示，4个一体化催化水解脱硫塔3用1备，运行过程中高炉煤气通过入口煤气切断阀26、27及出口煤气切断阀28、29的开闭实现反应塔的切换，4个塔按一定的时间间隔轮流进行脱硫剂置换，保证脱硫效果。正常运行过程中入口关断阀一6、和入口关断阀二10、出口关断阀一16、和出口关断阀二20均处于关闭状态。如需对脱硫剂进行置换，首先打开出口关断阀一16，将反应仓14内的脱硫剂排到出口缓冲仓19中，然后关闭出口关断阀一16，打开气体置换阀23及放散阀17，向出口缓冲仓19通入氮气或其他惰性气体，置换出仓内的煤气并放散；然后关闭气体置换阀23及放散阀17，打开出口关断阀二20，将出口缓冲仓19中的脱硫剂通过脱硫剂出口21排出，由卡车运走，关闭出口关断阀二20；下一步将卡车运送来的脱硫剂通过气力输送装置30加入到脱硫剂入口5，打开气体置换阀9及放散阀12，向入口缓冲仓7通入氮气或其他惰性气体，置换出仓内的煤气并放散；然后关闭气体置换阀9及放散阀12，打开入口关断阀一6，将脱硫剂排到入口缓冲仓7中，关闭入口关断阀一6，打开入口关断阀二10，将脱硫剂排到反应仓14内，关闭入口关断阀二10，完成脱硫剂置换过程。采用缓冲仓及气体置换的方式可以实现高炉煤气不外泄，保证系统运行安全。如需对一体化催化水解脱硫塔进行检修，按前述方式排空脱硫剂后，关闭入口关断阀一6、出口关断阀二20、煤气入口切断阀26、27及煤气出口切断阀28、29，打开入口关断阀二10及出口关断阀一16，打开打开气体置换阀9、23、33及放散阀12、17、32，向整个塔通入氮气或其他惰性气体，置换出塔内的煤气并放散，然后用压缩空气对整个系统进行吹扫，以保证检修人员安全。

优选地，在本实用新型中，催化剂的构型为蜂窝状、棒状、拉西环状、球状的一种或多种，将高炉煤气中的羰基硫(cos)和二硫化碳(cs2)等有机硫催化水解转化成h2s，催化剂活性组分为na、k、fe、cu、ni盐中的一种或多种，载体为活性氧化铝、活性炭、堇青石、类水滑石中的一种或多种。催化剂构型为拉西环状的催化剂，在催化水解段内的催化剂支撑网3上由大到小散乱堆积，催化剂装填一定体积，使得催化反应空速为500-4000h^-1，煤气流速为0.5-2m/s；优选，使得在催化水解段，高炉煤气中80％-95％体积分数的羰基硫(cos)和二硫化碳(cs2)被催化转化成h2s。脱硫段气体压降低、脱硫剂磨损小、气固两相接触均匀，脱硫剂停留时间调节弹性大。脱硫段内气体流速控制在0.5-3m/s，保证布风均匀；优选高炉煤气入口温度为40-150℃，出口温度基本保持不变。所述脱硫剂为多孔柱型，载体为沸石及浮石的混合物，浮石与沸石的摩尔比在0.2-0.5之间；活性成分主要为氧化铁、氧化锰、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种，其中活性成分占脱硫剂质量分数的3％-10％。脱硫剂装填一定体积，使得脱硫反应空速为500-5000h^-1，保证高炉煤气中污染物的高效脱除。

需要说明的是，尽管在上述描述了一体化干法净化装置包括3用1备这样的4个一体化催化水解脱硫塔3的实施方式，本实用新型的一体化干法净化装置当然也可以只包括1个一体化催化水解脱硫塔，也能实现脱硫目的。

下面具体参考图4描述本实用新型的一种能实现高炉煤气全硫脱除的干法净化方法，优选为一种能实现高炉煤气中cos、cs2、h2s、so2等含硫物质的脱除以及协同脱除hcl的干法净化方法，优选，净化方法采用图2、3所示的一种实现高炉煤气全硫脱除的干法净化装置；本实用新型的一体化干法净化方法包括如下步骤：

(1)入口高炉煤气1首先进入一体化催化水解脱硫塔的催化水解段进行处理，通过催化水解段中装填的催化剂将高炉煤气中的cos和cs2催化转化成h2s；

(2)生成的h2s随高炉煤气进入脱硫段，脱硫剂通过气力输送系统30送入脱硫段，吸收h2s、so2、hcl及其他酸性气体，实现了高炉煤气中含硫物质的脱除；

(3)经过一体化催化水解脱硫塔处理后的高炉煤气通过清洁高炉煤气排出口25排出，送入高炉煤气管网，从而实现高炉煤气脱硫。

优选地，运行过程中根据出口煤气中h2s的浓度调整脱硫剂的置换频率，实现了高炉煤气中含硫物质的脱除，从源头解决so2超标问题，同时hcl的协同脱除在一定程度上控制了煤气管道腐蚀问题。

本实用新型的工艺过程如图5所示：高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体(含有氮气(n2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)、氢气(h2)、烃类、少量含硫化合物以及粉尘)，经过重力除尘、布袋除尘、余压透平发电装置(trt)以后，就作为本实用新型所述净化方法的入口高炉煤气1。高炉煤气经过一体化催化水解脱硫塔，塔上半部分催化水解段装填有催化剂，催化剂以活性氧化铝、活性炭、堇青石、类水滑石中的一种或多种为载体，na、k、fe、cu、ni盐中的一种或多种为活性成分，催化剂构型为拉西环状的催化剂。催化剂装填一定体积，使得催化反应空速为500-4000h^-1，煤气流速为0.5-2m/s，使得催化水解段中，高炉煤气中80％-95％体积分数的cos和cs2被催化转化成h2s，然后进入图2塔下半部分脱硫段中。脱硫段中装填有脱硫剂，脱硫剂为多孔柱型，载体为沸石及浮石的混合物，浮石与沸石的摩尔比在0.2-0.5之间；活性成分主要为氧化铁、氧化锰、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种，其中活性成分占脱硫剂质量分数的3％-10％。脱硫剂装填一定体积，使得脱硫反应空速为500-5000h^-1，保证高炉煤气中污染物的高效脱除。

在催化水解段中，高炉煤气和水分在催化剂作用下发生如下的反应：

cos h20＝co2 h2s；

cs2 h20＝cos h2s；

cs2 2h2o＝2h2s co2。

随后反应产生的h2s和高炉煤气中本身存在的少量hcl、so2等酸性气体在脱硫段中与脱硫剂发生如下的反应：

fe2o3.h2o 3h2s＝fe2s3.h2o 3h2o

mno h2s＝mno h2o

h2s 2koh＝k2s 2h2o，so2 2koh＝k2so3 h2o，hcl koh＝kcl h2o

h2s 2na2co3＝na2s 2nahco3，so2 2na2co3 h2o＝2nahco3 na2so3，hcl na2co3＝nacl nahco3

o2存在时，na2so3可被氧化成na2so4。

实例：

某钢厂的高炉煤气，试用本实用新型的净化装置及方法，一体化催化水解脱硫塔进口煤气温度为90℃，cos和cs2含量为120mg/nm³，h2s含量为50mg/nm³，入口煤气流量为5000nm³/h，催化水解段内填装有2.5m³的催化剂，垂直于烟气流动方向的催化剂的截面积为1.5m²，催化水解段内煤气流速为1m/s，经过催化水解段，cos和cs2催化转化成h2s的比例为91％。生成的h2s随高炉煤气进入脱硫段，脱硫段气体通道为圆形，直径1.5m，煤气的表观流速为0.9m/s。共设4个一体化催化水解脱硫塔，3用1备，单个塔总容积10m³，出口煤气温度为85℃。经过本干法净化工艺以后，cos和cs2转化效率大于90％，出口h2s浓度低于15mg/nm³。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。