一种对高炉煤气同时脱硫脱氯的方法与流程

1.本发明属于冶金废气综合治理领域，具体涉及一种对高炉煤气同时脱硫脱氯的方法。


背景技术：

2.目前对钢铁行业节能减排的要求越来越高，2019年生态环境部、发改委、工信部等五部委联合发布了《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》，高炉煤气应实施精脱硫。目前采用的末端治理的方式，存在需要在多点设置脱硫设施，存在重复投资、运行费用高等问题，同时高炉煤气经末端用户燃烧后烟气量大，不适应新形势下的环保要求。近年来，有些研究集中在通过源头治理技术实施高炉煤气精脱硫。从2019年到目前为止，对于高炉煤气精脱硫主流工艺有以下三种工艺：1：水解 trt 碱吸收酸碱中和；工艺2：水解 trt 碱吸收湿式氧化；工艺3：trt 水解 吸收。上述三种工艺的主要区别在于后端h2s脱除工艺。其中工艺1吸收采用naoh作为碱源，采用酸碱中和的方式将煤气中硫化氢脱除。工艺2吸收剂采用na2co3作为碱源，并加入一定量的催化剂，该工艺借鉴焦炉煤气脱硫化氢的工艺，将煤气中的硫化氢氧化为硫单质，在通过压滤、熔硫釜等工艺脱除硫化氢。工艺3以活性炭基或者铁基作为脱硫剂，将煤气中的硫化氢通过化学吸附的方式，从煤气中脱除。这三种工艺的水解工段均需要设置大量保护剂且更换频繁，从而造成固废量较大。受限氯离子浓度过高，水解剂寿命以及后端吸收工艺等因素的制约，导致三种工艺的大范围推广面临一定的困难。中国发明专利公开文本cn114032120a公开了一种高炉煤气脱硫脱氯净化装置，实现了脱硫同时脱氯，但是其是设置在后端的脱硫脱氯结构，结构复杂，且脱除效率有待提高。中国发明专利公开文本cn112915777a公开了一种高炉煤气脱氯脱硫净化工艺，但是其是在重力除尘器后端设置了脱除部件，使用的是湿法脱硫工艺，对后续处理造成隐性的不利影响。


技术实现要素：

3.基于上述技术问题，本发明提供了一种适用于高炉煤气同时脱硫脱氯的工艺及装置。为了从源头上解决高炉煤气精脱硫脱氯问题，本发明采用纯干法同时脱硫脱氯的工艺，结合高炉实际硫、氯含量，在高炉重力除尘荒煤气入口下降管处，利用该位置的温度、压力，向重力除尘器内喷入高活性、高比表面积脱硫吸附剂和脱氯剂，从而解决煤气中硫、氯含量高的问题。
4.具体通过如下技术方案实现：
5.一种对高炉煤气同时脱硫脱氯的装置，包括脱硫吸附剂喷吹装置和脱氯剂喷吹装置。
6.所述脱硫吸附剂喷吹装置包括脱硫吸附剂料仓(脱硫吸附剂料仓优选容积20m3)、脱硫储料罐、脱硫喷吹罐、脱硫管道部件和脱硫给料部件；所述脱硫吸附剂料仓、脱硫储料罐和脱硫喷吹罐从上到下顺次设置，所述脱硫吸附剂料仓顶部设置有脱硫吸附剂入料口，所述脱硫管道部件包括脱硫第一管道、脱硫第二管道、脱硫载气管道和脱硫喷吹管道，脱硫
第一管道的一端与脱硫吸附剂料仓的顶部连通，另一端与脱硫储料罐的顶部连通，在脱硫第一管道上设置有脱硫排气阀；脱硫第二管道一端与脱硫储料罐的顶部连通，另一端与脱硫喷吹罐的底部连通，在脱硫第二管道上设置有脱硫平衡阀；脱硫载气管道一端与外部载气提供部件(例如高压氮气罐等)连通，另一端与脱硫喷吹罐的底部连通，在脱硫载气管道上述设置有脱硫载气阀；在脱硫吸附剂料仓和脱硫储料罐之间设置有脱硫进料阀，在脱硫储料罐和脱硫喷吹罐之间设置有脱硫中间阀，脱硫喷吹罐底端设置有脱硫喷吹阀，脱硫喷吹罐的底端与脱硫给料部件连通，所述脱硫给料部件通过脱硫喷吹管道与重力除尘器的入口下降管处相连通。
7.所述脱氯喷吹装置包括脱氯剂料仓(脱氯剂料仓优选容积30m3)、脱氯储料罐、脱氯喷吹罐、脱氯管道部件和脱氯给料部件；所述脱氯剂料仓、脱氯储料罐和脱氯喷吹罐从上到下顺次设置，所述脱氯剂料仓顶部设置有脱氯剂入料口，所述脱氯管道部件包括脱氯第一管道、脱氯第二管道、脱氯载气管道和脱氯喷吹管道，脱氯第一管道的一端与脱氯剂料仓的顶部连通，另一端与脱氯储料罐的顶部连通，在脱氯第一管道上设置有脱氯排气阀；脱氯第二管道一端与脱氯储料罐的顶部连通，另一端与脱氯喷吹罐的底部连通，在脱氯第二管道上设置有脱氯平衡阀；脱氯载气管道一端与外部载气提供部件连通，另一端与脱氯喷吹罐的底部连通，在脱氯载气管道上述设置有脱氯载气阀；在脱氯剂料仓和脱氯储料罐之间设置有脱氯进料阀，在脱氯储料罐和脱氯喷吹罐之间设置有脱氯中间阀，脱氯喷吹罐底端设置有脱氯喷吹阀，脱氯喷吹罐的底端与脱氯给料部件连通，所述脱氯给料部件通过脱氯喷吹管道与重力除尘器的入口下降管处相连通。
8.作为优选，所述对高炉煤气同时脱硫脱氯的装置还包括重力除尘器，所述重力除尘器包括重力除尘器本体、进气管和排气管，所述进气管用于将高炉煤气排入到重力除尘器本体内，所述排气管用于将重力除尘之后的气体排出或排入到布袋除尘器内，在进气管与重力除尘器本体相接处的入口下降管处分别连通所述脱硫喷吹管道和脱氯喷吹管道。
9.作为优选，所述脱硫给料部件和所述脱氯给料部件均为立式旋转给料机。
10.作为优选，所述脱硫喷吹罐和脱氯喷吹罐中设置有物料的料位传感器或物料的称重传感器、以及压力传感器；所述脱硫储料罐和脱氯储料罐中设置有物料的料位传感器和压力传感器。
11.作为优选，在脱硫吸附剂料仓和/或脱硫储料罐的底部开设有流化气入口；在脱氯剂料仓和/或脱氯储料罐的底部开设有流化气入口。
12.一种对高炉煤气同时脱硫脱氯的方法，所述方法采用上述的对高炉煤气同时脱硫脱氯的装置，包括如下步骤：
13.(1)在脱硫吸附剂料仓内和脱硫喷吹罐内置入脱硫吸附剂，在脱氯剂料仓内和脱氯喷吹罐内置入脱氯剂；所述脱硫吸附剂的组分为载体68～85重量份、活性组分10～30重量份以及助剂1～5重量份；所述载体为二氧化硅和三氧化二铝；所述活性组分为氧化铁和氧化锌；所述助剂为镍、钴、钼、锰、锆中的至少一种；所述脱硫吸附剂的粒径为300～800目；所述脱氯剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氧化钙和氢氧化钙中的一种或多种(脱氯剂可通过外购也可增加研磨机自行生产)，所述脱氯剂的粒径为300～800目。
14.(2)依次分别打开脱硫载气阀和脱氯载气阀，载气压力≥0.6mpa，待压力稳定后，再次打开重力除尘器入口处设置的两道阀门，调节载气流量，调节至脱硫吸附剂喷吹装置
的载气量为90～110m3/h(优选100m3/h)，脱氯剂喷吹装置的载气量为45～55m3/h(优选50m3/h)。
15.(3)待脱硫吸附剂喷吹装置和脱氯剂喷吹装置的载气压力和流量稳定后，分别打开脱硫喷吹阀和脱氯喷吹阀，开启脱硫给料部件和脱氯给料部件，分别向重力除尘器的入口下降管处喷射步骤(1)所述的脱硫吸附剂和脱氯剂；同时，脱硫储料罐和脱氯储料罐空置，脱硫进料阀和脱氯进料阀、脱硫中间阀和脱氯中间阀、脱硫排气阀和脱氯排气阀、以及脱硫平衡阀和脱氯平衡阀均关闭。喷吹罐喷吹和流化气源不间断供应，旋转给料机按设定转速运行
16.(4)当检测到脱硫喷吹罐和/或脱氯喷吹罐中的物料低于设定阈值或物料的重量低于设定阈值时，开启脱硫排气阀和/或脱氯排气阀(释放脱硫储料罐和/或脱氯储料罐内压力)，持续至脱硫储料罐和/或脱氯储料罐的压力值降低到12～18kpa时(优选15kpa)，开启脱硫进料阀和/或脱氯进料阀，同时开启脱硫吸附剂料仓和/或脱氯剂料仓底部出口处设置的流化气源(气源优选为氮气)，通过流化气入口从下向上排入流化气，将脱硫吸附剂料仓和/或脱氯剂料仓中的物料排入到脱硫储料罐和/或脱氯储料罐中，同时开启设置于脱硫储料罐和/或脱氯储料罐底部的流化气源通过流化气入口从下向上排入流化气(防止储料罐内物料堆积结块)。
17.(5)当检测到脱硫储料罐和/或脱氯储料罐中的物料的料位高于设定阈值时，关闭脱硫进料阀和/或脱氯进料阀，装料停止，脱硫储料罐和/或脱氯储料罐底部的流化气源持续通入，脱硫储料罐和/或脱氯储料罐中的压力持续上升，待脱硫储料罐和/或脱氯储料罐中的压力与脱硫喷吹罐和/或脱氯喷吹罐中的压力一致时，开启脱硫中间阀和/或脱氯中间阀(储料罐物料靠自身重力落入喷吹罐)，当检测到脱硫喷吹罐和/或脱氯喷吹罐中的物料的料位高于设定阈值时，，开启脱硫平衡阀和/或脱氯平衡阀，持续0.5～5min(优选1～2min)后，关闭脱硫储料罐和/或脱氯储料罐底部的流化气源、脱硫中间阀和/或脱氯中间阀、以及脱硫平衡阀和/或脱氯平衡阀(完成倒罐)。
18.(6)当再次检测到脱硫喷吹罐和/或脱氯喷吹罐中的物料低于设定阈值或物料的重量低于设定阈值时，重复步骤(4)和步骤(5)，直至高炉煤气同时脱硫脱氯的结束。
19.喷吹罐安装有称重计量系统(重量传感器、料位传感器、压力传感器等)，计算出实际喷吹量，与控制系统设定的喷吹量比较后，通过调整旋转给料机电机转速，使实际喷吹量接近设定喷吹量，保证较高的喷吹精度。
20.作为优选，所述脱硫吸附剂的制备方法为：按载体68～85重量份、活性组分10～30重量份以及助剂1～5重量份进行配料，然后添加田菁粉1-2重量份和柠檬酸0.5-1重量份，以及添加水进行混合，其中水与物料的重量比(水粉比)为(0.9-1.1)：1，混合均匀后，进行干燥；然后将干燥后的混合物料置入到焙烧炉内在450～650℃的温度条件下焙烧2～6h，然后将焙烧后的混合物料置入研磨机内进行研磨，研磨得到粒径300～800目的所述脱硫吸附剂。
21.作为优选，脱硫吸附剂喷吹装置的载气和脱氯剂喷吹装置的载气均为氮气。
22.作为优选，步骤(1)中所述载体中的二氧化硅和三氧化二铝的重量份比例为(15～30)：(70～85)；活性组分中氧化铁和氧化锌的重量份比例为(70～90)：(10～30)。
23.作为优选，所述流化气为氮气。
24.作为优选，步骤(1)所述脱硫吸附剂的比表面积为110～220
㎡
/g、所述脱氯剂的比表面积为70-150
㎡
/g，所述脱硫给料部件和所述脱氯给料部件的操作压力≥0.6mpa(即通过≥0.6mpa的压力将载气氮气以及其承载的粉末送入到重力除尘器中)。
25.本发明的技术效果在于：
26.1，本发明工艺装置和方法首次将脱硫脱氯点位布置在高炉重力除尘器的入口下降管处，通过喷入超细粉脱硫脱氯剂，充分利用该点位温度、压力等工况条件，形成适用于高炉煤气源头治理的同时脱硫脱氯工艺。
27.2，通过采用具体特定的小粒径、高比表面积的脱硫吸附剂和脱氯剂，分别针对高炉煤气中的硫化氢、羰基硫以及氯化氢等其它酸性气体进行了高效脱除，解决了目前高炉煤气精脱硫所面临的寿命、效率、压降、废水等问题，在保证脱硫率的前提下，具有以下优势：通过合理设置脱硫脱氯点位和合理设置脱硫吸附剂和脱氯剂，充分利用了重力除尘内部的流场流速，保证脱硫剂、脱氯剂与煤气中的硫化物、氯化物充分反应，实现了停留时间远大于后端工艺的效果；同时由于不论是脱硫还是脱氯，二者均是干法工艺、无需考虑废水问题，从而大大降低了水资源的使用量；通过合理设置脱硫剂和脱氯剂配合具体的工艺步骤和装置设置方式，实现其高活性和高比表面积，从而最大化的降低了固废量。本发明方法既解决了传统碱法脱硫化氢造成的废水量大、碱液消耗大的问题，又解决了因高炉煤气与焦炉煤气成分复杂、气量大、工况不同所造成的空速低、占地面积大的问题，真正做到了高炉煤气源头治理。
28.3，通过合理设置本发明的装置整体布置，使得整体装置的占地面积小，操作简单，自动化程度高，不影响高炉后续设备使用。
附图说明
29.图1为实施例1的对高炉煤气同时脱硫脱氯装置的工艺流程示意图。
30.其中：1-高炉，201-脱硫吸附剂料仓，202-脱硫储料罐，203-脱硫喷吹罐，204-脱硫第一管道，205-脱硫第二管道，206-脱硫载气管道，207-脱硫喷吹管道，208-脱硫排气阀，209-脱硫平衡阀，210-脱硫载气阀，211-脱硫进料阀，212-脱硫中间阀，3-重力除尘器，301-进气管，302-入口下降管处，303-排气管，401-脱氯剂料仓，402-脱氯储料罐，403-脱氯喷吹罐，404-脱氯第一管道，405-脱氯第二管道，406-脱氯载气管道，407-脱氯喷吹管道，408-脱氯排气阀，409-脱氯平衡阀，410-脱氯载气阀，411-脱氯进料阀，412-脱氯中间阀，5-布袋除尘器，a-氮气，b-脱硫吸附剂，c-脱氯剂。
具体实施方式
31.结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明：
32.实施例1
33.如图1所示：对高炉煤气同时脱硫脱氯的装置，包括脱硫吸附剂喷吹装置和脱氯剂喷吹装置。
34.所述脱硫吸附剂喷吹装置包括脱硫吸附剂料仓(脱硫吸附剂料仓优选容积20m3)、脱硫储料罐、脱硫喷吹罐、脱硫管道部件和脱硫给料部件；所述脱硫吸附剂料仓、脱硫储料罐和脱硫喷吹罐从上到下顺次设置，所述脱硫吸附剂料仓顶部设置有脱硫吸附剂入料口，
所述脱硫管道部件包括脱硫第一管道、脱硫第二管道、脱硫载气管道和脱硫喷吹管道，脱硫第一管道的一端与脱硫吸附剂料仓的顶部连通，另一端与脱硫储料罐的顶部连通，在脱硫第一管道上设置有脱硫排气阀；脱硫第二管道一端与脱硫储料罐的顶部连通，另一端与脱硫喷吹罐的底部连通，在脱硫第二管道上设置有脱硫平衡阀；脱硫载气管道一端与外部载气提供部件连通，另一端与脱硫喷吹罐的底部连通，在脱硫载气管道上述设置有脱硫载气阀；在脱硫吸附剂料仓和脱硫储料罐之间设置有脱硫进料阀，在脱硫储料罐和脱硫喷吹罐之间设置有脱硫中间阀，脱硫喷吹罐底端设置有脱硫喷吹阀，脱硫喷吹罐的底端与脱硫给料部件连通，所述脱硫给料部件通过脱硫喷吹管道与重力除尘器的入口下降管处相连通。脱硫给料部件为立式旋转给料机。
35.所述脱氯喷吹装置包括脱氯剂料仓(脱氯剂料仓优选容积30m3)、脱氯储料罐、脱氯喷吹罐、脱氯管道部件和脱氯给料部件；所述脱氯剂料仓、脱氯储料罐和脱氯喷吹罐从上到下顺次设置，所述脱氯剂料仓顶部设置有脱氯剂入料口，所述脱氯管道部件包括脱氯第一管道、脱氯第二管道、脱氯载气管道和脱氯喷吹管道，脱氯第一管道的一端与脱氯剂料仓的顶部连通，另一端与脱氯储料罐的顶部连通，在脱氯第一管道上设置有脱氯排气阀；脱氯第二管道一端与脱氯储料罐的顶部连通，另一端与脱氯喷吹罐的底部连通，在脱氯第二管道上设置有脱氯平衡阀；脱氯载气管道一端与外部载气提供部件连通，另一端与脱氯喷吹罐的底部连通，在脱氯载气管道上述设置有脱氯载气阀；在脱氯剂料仓和脱氯储料罐之间设置有脱氯进料阀，在脱氯储料罐和脱氯喷吹罐之间设置有脱氯中间阀，脱氯喷吹罐底端设置有脱氯喷吹阀，脱氯喷吹罐的底端与脱氯给料部件连通，所述脱氯给料部件通过脱氯喷吹管道与重力除尘器的入口下降管处相连通。所述脱氯给料部件均为立式旋转给料机。
36.如图1所示，该装置还包括重力除尘器(与重力除尘器相接使用)，所述重力除尘器包括重力除尘器本体、进气管和排气管，所述进气管用于将高炉煤气排入到重力除尘器本体内，所述排气管用于将重力除尘之后的气体排出或排入到布袋除尘器内，在进气管与重力除尘器本体相接处的入口下降管处分别连通所述脱硫喷吹管道和脱氯喷吹管道。
37.本实施例中，所述脱硫喷吹罐和脱氯喷吹罐中设置有物料的料位传感器或物料的称重传感器、以及压力传感器；所述脱硫储料罐和脱氯储料罐中设置有物料的料位传感器和压力传感器(图1中均未示出)。
38.实施例2
39.某450000nm3/h高炉煤气，其中氯化氢含量30～50mg/nm3，硫化氢含量30～60mg/nm3，羰基硫含量80～150mg/nm3，温度100～200℃，压力0.2～0.25mpa。高炉正常运行工况下，依次采用实施例1的装置进行如下操作：
40.1，系统运行前，脱硫剂料仓及脱氯剂料仓物料准备完成，脱硫喷吹罐、脱氯喷吹罐内料位处于高料位。其中脱硫剂d90≥325目，脱氯剂d90≥325目。
41.2，依次打开脱硫系统、脱氯系统主管路氮气阀(氮气压力≥0.6mpa)，待压力稳定后，再次打开重力除尘器入口两道阀门，调节氮气流量，脱硫系统氮气量调整至100m3/h，脱氯系统氮气流量调整至50m3/h。
42.3，氮气系统压力、流量稳定，设定脱硫剂及脱氯剂喷吹量后，分别打开脱硫系统和脱氯系统喷吹罐出口阀，调整旋转给料机电机转速，使实际喷吹量接近设定喷吹量，保证较高的喷吹精度。此时两套系统开始启动。
43.4，系统运行期间，执行如下操作(各部件均分别为脱硫和/或脱氮的各部件)：
44.a)在正常喷吹时，储料罐空置，脱硫剂料仓/脱氯剂料仓仓出口阀、储料罐进料阀、排气阀、中间阀(喷吹罐进料阀)和平衡阀均处于关闭状态，喷吹罐喷吹和流化气源不间断供应，旋转给料机按设定转速运行。
45.b)当喷吹罐物料低于设定的料位阈值(阈值例如为喷吹罐容积高度的5～15％)时，plc发出信号，储料罐排气阀打开，释放储料罐内压力，平衡阀及中间阀仍处于关闭状态，等到储料罐压力显示压力降到15kpa时，脱硫剂料仓/脱氯剂料仓出口阀和储料罐进料阀打开，同时开启脱硫剂料仓/脱氯剂料仓出口流化气源，开始装料，装料时，储料罐底部流化气源打开，防止储料罐内物料堆积结块。
46.c)当储料罐装料到高料位时(阈值例如为储料罐容积高度的85～95％)，料位计发出信号，经过短暂延时后，吸附剂料仓/脱氯剂料仓出口阀、储料罐进料阀和排气阀依次关闭，装料停止。储料罐底部流化气源仍在不停进入储料罐，储料罐压力上升。
47.d)当储料罐压力达到与喷吹罐压力一致时，中间阀(喷吹罐进料阀打开)，储料罐物料靠自身重力落入喷吹罐，为帮助下料，储料罐顶部的进气阀打开。经过设定时间后，储料罐关闭，平衡阀打开，一段时间后，储料罐流化气源、中间阀(喷吹罐进料阀)和平衡阀关闭，完成倒罐。
48.e)当喷吹罐料位降到低料位以下时，储料罐排气阀打开，储料罐开始新一轮装料，这样完成一个运行周期。高炉煤气通过在重力除尘器进行上述脱硫脱氯和重力除尘后经过常规布袋除尘器继续除尘处理。
49.通过对实施例2进行检测，从高炉布袋除尘器出口的精煤气，氯化氢含量＜10mg/nm3，硫化氢含量＜5mg/nm3，羰基硫含量＜10mg/nm3，达到了预定效果。末端用户燃烧后二氧化硫含量满足了超低排放要求。
50.对比例1
51.本对比例没有在重力除尘器上设置实施例1和2的对高炉煤气同时脱硫脱氯的装置，对高炉煤气进行重力除尘后再进行常规的布袋除尘，对该对比例的煤气进行检测，氯化氢含量为45mg/nm3，硫化氢含量为38mg/nm3，羰基硫含量为120mg/nm3。发电后煤气管道腐蚀严重，末端用户燃烧后二氧化硫含量不满足排放要求。