| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202311104230.8 | 申请日 | 2023-08-30 |
| 公开(公告)号 | CN117165336A | 公开(公告)日 | 2023-12-05 |
| 申请人 | 山东国舜建设集团有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 管闯; 杨凤岭; 吕扬; 吕鑫; 芦莹莹; 张冬霞; | 第一发明人 | 管闯 |
| 权利人 | 山东国舜建设集团有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 山东国舜建设集团有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：山东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：山东省济南市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：山东省济南市长清区济南经济开发区国舜路001号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：250301 |
| 主IPC国际分类 | C10K1/00 | 所有IPC国际分类 | C10K1/00 ; C10K1/02 ; C10K1/12 ; C10K1/34 ; C10K1/20 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 济南圣达知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 郑平; |
| 摘要 | 本 发明 属于 高炉 煤 气精 脱硫 技术领域，提供了一种用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置，包括：重 力 除尘器 8、布袋除尘器9、脱氯塔10、 水 解 塔11、TRT装置13、脱硫塔12；所述重力除尘器8、布袋除尘器9、脱氯塔10、水解塔11、TRT装置13、脱硫塔12依次相连，所述布袋除尘器9之前的烟道上设置有喷 碱 雾化装置2，所述TRT装置13之后设置有冷凝降温装置14，所述脱硫塔12之前的烟气管道上设置有喷水雾化装置1和补 氧 装置。通过在氧化 铁 基脱硫剂前补氧补水以及在布袋除尘器前喷碱有效解决了传统高炉煤气精脱硫中如何去除高炉煤气中的 酸性气体 杂质、氧化铁如何快速再生以及如何提高氧化铁脱硫效率的问题。 | ||
| 权利要求 | 1.一种用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置，其特征在于，包括：重力除尘器(8)、布袋除尘器(9)、脱氯塔(10)、水解塔(11)、TRT装置(13)、脱硫塔(12)；所述重力除尘器(8)、布袋除尘器(9)、脱氯塔(10)、水解塔(11)、TRT装置(13)、脱硫塔(12)依次相连，所述布袋除尘器(9)之前的烟道上设置有喷碱雾化装置(2)，所述TRT装置(13)之后设置有冷凝降温装置(14)，所述脱硫塔(12)之前的烟气管道上设置有喷水雾化装置(1)和补氧装置。 |
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| 说明书全文 | 一种用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置技术领域[0001] 本发明属于高炉煤气精脱硫技术领域，特别涉及一种用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置。 背景技术[0002] 公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。 [0003] 高炉煤气是钢铁企业产量最大的可燃气体，吨铁的煤气产量1500～2100m3。高炉煤气主要成分为CO2、CO、H2、N2、烃类及一定量的硫化物。高炉煤气下游用气点较多且相对分散，随着钢铁行业进入“超低排放”时代，采用常规末端烟气治理的方式，存在治理点位多、投资高、占地大、运行故障点多、运行费用高等问题，会造成企业环保成本的明显增加，采取源头控制方式，实施高炉煤气精脱硫，无疑是一种更高效、更经济的脱硫减排技术。 [0004] 从检测结果可知，高炉煤气中的总含硫量一般处于50～200mg/m3，包括有机硫(主要是COS、微量CS2)和无机硫(H2S)，其中无机硫含量占比约30％，有机硫含量占比70％，其他各类硫化物在高炉煤气中的含量极低，可忽略。 [0006] 由于高炉煤气精脱硫的工艺路线不太成熟，高炉煤气精脱硫技术仍处于探索研发阶段，特别是高炉煤气中详细成分缺乏经验和数据积累，对于高压侧羰基硫水解转化+低压侧干法硫化氢脱除技术存在以下缺点： [0007] 1、对高炉煤气成分缺乏系统的检测和分析，高炉煤气酸性物质对高压区水解剂的‑ ‑寿命影响很大。只了解高炉煤气含有Cl ，Cl的来源因高炉炼铁矿石来源的不同而不同，国‑ 外矿石含Cl 多，因国外矿石在海运过程中会浇淋海水防止扬尘，故国外矿石产生的煤气中‑ ‑ ‑ Cl偏多，国内矿石Cl 较少。煤气中的氯离子(Cl)会使催化剂表面的酸性位点增加，降低催‑ ‑ 化剂的活性。在催化水解反应前脱除Cl将会延长水解剂的使用寿命。Cl的脱除方式主要有两种:一种是湿法碱液吸收，效率高、成本低，但会降低煤气温度，增加水汽，加重设备腐蚀，不适用于高炉煤气；另一种是采用固定床干式脱氯剂，目前国内大部分采用干式脱氯剂，脱氯效率在95％以上，满足工业化使用。 [0008] 但在实际工程应用中，由于高炉气中的酸性毒物除了氯以外还有SO2、SO3、氮氧化物、氢氰酸等酸性毒物，此类酸性毒物一样会导致水解催化剂中毒、硫沉积及硫酸盐化等，虽然为了保护水解催化剂中毒，在水解剂之前设置了保护剂，最终实际水解剂运行周期为3个月左右，且运行不太稳定，以上情况造成运行成本增加和运行风险增高。 [0009] 2、低压区氧化铁受TRT后煤气温度等影响比较大。氧化铁的最佳反应温度为40～50℃，但TRT后高炉煤气温度受高炉炉顶压力及运行工况影响较大，在高炉运行不稳定或非正常工况，高炉煤气温度会超过60℃，这种情况下，氧化铁的活性会大大降低，燃烧后的高炉煤气造成数值超标。 [0011] 综上，急需解决除去高炉煤气中的酸性毒物及氧化铁活性较低、返硫严重的问题，使高压侧羰基硫水解转化+低压侧干法硫化氢脱除技术能够长时间正常稳定达标运行。 发明内容[0012] 本发明主要针对传统高炉煤气精脱硫中如何去除高炉煤气中的酸性气体杂质、氧化铁如何快速再生以及如何提高氧化铁脱硫效率的问题，对传统高炉煤气精脱硫系统进行优化，提出了一种用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置，因此，本发明通过在TRT后安装冷凝器，氧化铁基脱硫剂前补氧补水以及在布袋除尘器前喷碱有效解决了以上问题。其中，冷凝器降温保证高炉煤气的温度控制在40～50℃，氧化铁的活性最大化，在降温的同时形成的水膜能捕集微粉尘，避免了粉尘造成氧化铁微孔的堵塞，氧化铁使用寿命延长4个月以上；通过雾化喷枪补水，水的雾化粒径既能保证氧化铁表面形成水膜，又能保证氧化铁不会板结，增强了氧化铁的活性；补氧既不会造成填料床层的温度上升，又能保证氧化铁的再生；布袋除尘器前喷碱有效地去除了氯、SO2、SO3、氮氧化物、氢氰酸等酸性毒物，保护水解剂，延长水解剂寿命。 [0013] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： [0014] 本发明的第一个方面，提供了一种用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置，包括：重力除尘器8、布袋除尘器9、脱氯塔10、水解塔11、TRT装置13、脱硫塔12；所述重力除尘器8、布袋除尘器9、脱氯塔10、水解塔11、TRT装置13、脱硫塔12依次相连，所述布袋除尘器9之前的烟道上设置有喷碱雾化装置2，所述TRT装置13之后设置有冷凝降温装置14，所述脱硫塔12之前的烟气管道上设置有喷水雾化装置1和补氧装置。 [0016] 在一些实施例中，所述碱液罐3内设置有碱液罐搅拌器5。 [0017] 在一些实施例中，所述碱液罐3相对于碱液泵4并联设置有多个。 [0018] 在一些实施例中，所述喷水雾化装置1与除盐水管道相连。 [0019] 在一些实施例中，所述喷水雾化装置1为双流体喷枪。 [0020] 在一些实施例中，所述补氧装置包括：压缩空气调节阀6和/或变频补氧风机7。 [0021] 在一些实施例中，在低压区入口高炉煤气管道上沿圆形截面开孔4～8个。 [0022] 本发明还提供了一种用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置的运行方法，包括： [0023] 采用上述的装置对高炉煤气进行处理。 [0024] 在一些实施例中，高炉煤气经过冷凝降温装置14后，温度控制在40～50℃。 [0025] 本发明研究发现：高炉煤气气体中的水含量为使用温度下饱和水蒸气的50％～70％时，有利于氧化铁表面形成水膜，使吸收硫化氢的反应顺利进行；高炉煤气中H2S与O2摩尔比在2.5～3左右时，有利于氧化铁脱硫剂的再生，提高脱硫剂的硫容。 [0026] 因此，在一些实施例中，高炉煤气气体中的水含量为使用温度下饱和水蒸气的50％～70％，以提高氧化铁的吸收效率。 [0027] 在一些实施例中，高炉煤气中H2S与O2摩尔比在2.5～3左右，以利于氧化铁脱硫剂的再生，提高脱硫剂的硫容。 [0028] 本发明的有益效果 [0029] 1、在布袋前对酸性毒物采用喷汽化脱毒液或者液相脱毒液都能延长水解催化剂使用寿命，并且对布袋除尘器除尘能力没有影响，该脱毒装置为撬装，占地面积小，投资成本低，操作简单，自动化程度高，不用人工现场操作，操作稳定，运行费用低。高炉气中的酸性毒物除了氯以外还有SO2、SO3、氮氧化物、氢氰酸等酸性毒物，此类酸性毒物会导致水解催化剂中毒、硫沉积及硫酸盐化等。因此，传统的喷碱法只是为了单纯去除H2S，并不能去掉高炉煤气中的其他酸性毒物不同，本发明中布袋除尘器前喷碱有效地去除这些酸性毒物，保护水解剂，延长水解剂寿命。 [0030] 2、能去除大部分高炉气中的酸性毒物，避免水解催化剂中毒，延长水解催化剂的使用寿命，水解催化剂使用寿命7个月以上，使该工艺运行更加稳定，降低运行风险和运行成本。 [0031] 3、TRT后安装冷凝器，冷凝器降温能适用高炉的不同工况带来的高炉煤气的高温区间段，保证高炉最大产量。冷凝器保证高炉煤气的温度控制在40～50℃，氧化铁的活性最大化，在降温的同时形成的水膜能捕集微粉尘，避免了粉尘造成氧化铁微孔的堵塞，氧化铁使用寿命延长4个月以上(未改造前为1～2个月)，更换周期长，投资运行费用降低。 [0032] 4、TRT后安装喷枪保证在高炉煤气中的含水率较低时，通过雾化喷枪补水，水的雾化粒径既能保证氧化铁表面形成水膜，又能保证氧化铁不会板结，增强了氧化铁的活性。 [0033] 5、TRT后高炉煤气进行补氧，补氧根据高炉煤气中的含氧量进行自动控制，补氧既不会造成填料床层的温度上升，又能保证氧化铁的再生。 [0034] 6、氧化铁的返硫率为零。避免返硫造成高炉煤气中的总硫含量增加，从而使超低排放能长时间稳定达标运行。 [0037] 图1为本发明的用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置的结构示意图；其中：1—喷水雾化装置、2—喷碱雾化装置、3—碱液罐、4—碱液泵、5—碱液罐搅拌器、6—压缩空气调节阀、7—变频补氧风机、8—重力除尘器、9—布袋除尘器、10—脱氯塔、11—水解塔、12—脱硫塔、13—TRT装置、14—冷凝降温装置。 具体实施方式[0038] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。 [0039] 下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。 [0040] 请参考图1，图1为本发明实施例提供的用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置的结构示意图； [0041] 在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种用于解决高炉煤气精脱硫干法工艺运行周期短的装置，包括：重力除尘器8、布袋除尘器9、脱氯塔10、水解塔11、TRT装置13、脱硫塔12；所述重力除尘器8、布袋除尘器9、脱氯塔10、水解塔11、TRT装置13、脱硫塔12依次相连，所述布袋除尘器9之前的烟道上设置有喷碱雾化装置2，所述TRT装置13之后设置有冷凝降温装置14，所述脱硫塔12之前的烟气管道上设置有喷水雾化装置1和补氧装置。 [0042] 上述装置的具体运行方法如下： [0043] 1、高炉煤气中酸性气体杂质的去除 [0044] 高炉原料变化很容易导致煤气中酸性毒物超标，而煤气中酸性物质会影响系统的脱硫效率和催化剂的使用寿命，为了进一步提供脱硫效率，延长催化剂的寿命，现需在重力除尘器8后布袋除尘器9前增加喷碱装置，喷碱装置具体包括：互为备用的2个碱液罐3，碱液罐搅拌器5和互为备用的2个变频碱液泵4、1个喷碱雾化装置2。 [0045] 在此基础上，所述喷碱雾化装置2与碱液泵4、碱液罐3依次相连。 [0046] 除此以外，所述碱液罐3内设置有碱液罐搅拌器5。 [0047] 碱液罐3加入固体碱后与软化水混合成5％～30％碱溶液，通过碱液罐搅拌器5保证溶液均匀混合，通过变频碱液泵4把碱溶液输送到喷碱雾化装置2，喷碱雾化装置2的雾化液滴经过高温汽化后，与煤气中的酸性毒物化学反应，去除部分酸性毒物，减轻脱氯塔10中脱氯剂的负担，延长水解塔11内水解剂的寿命，与未设置喷碱雾化装置2时相比，脱氯剂和水解剂的有效使用时间从3个月延长到7个月以上。该喷碱雾化装置2的雾化不会对布袋除尘器9的除尘效率及运行性能造成任何影响。 [0048] 通过检测高炉煤气精脱硫高压区冷凝水的PH值来调控喷碱量，保证高炉煤气精脱硫高压区冷凝水PH≥7，以达到良好的脱除酸性毒物的效果。 [0049] 2、氧化铁基脱硫剂前补水 [0050] 高炉煤气高温经过TRT装置13做功后的温度降到30～60℃，在此位置后布置脱硫塔12，脱硫塔内装氧化铁吸附剂。根据氧化铁脱硫反应机理，氧化铁的最佳反应温度为40‑50℃，在温度超过此范围时氧化铁的活性会降低，若超过80℃，氧化铁则不可再生的失活； 另外，脱硫剂本身必须含有一定量的水份才能在氧化铁表面形成水膜，使吸收硫化氢的反应顺利进行。为了使氧化铁能够发挥最大活性，在TRT装置13后增设冷凝降温装置14，冷凝降温装置14保证高炉煤气的温度控制在40～50℃，在降温的同时形成的水膜能捕集微粉尘，避免了粉尘造成氧化铁微孔的堵塞，更能延长氧化铁的使用寿命；另外，在氧化铁在长时间使用后会失水，可以通过喷水雾化装置1来给氧化铁补水，使氧化铁表面形成水膜，喷水装置主要为双流体喷枪。其中，喷水雾化装置的补水管道上有调节阀门，补水量保证高炉煤气气体中的水含量为使用温度下饱和水蒸气的50％～70％，喷水后有测湿仪表，根据仪表来控制调节阀门的开度，进而控制补水量。 [0051] 在此基础上，所述喷水雾化装置1与除盐水管道相连。 [0052] 3、氧化铁基脱硫剂前补氧 [0053] 氧化铁基脱硫剂是广泛使用的干法脱硫剂，但其存在稳定性差、再生困难、返硫严重等问题。根据量子化学密度泛函理论计算方法以及构建化学反应气固模型，针对氧化铁基脱硫剂作用下的脱硫过程从电子－分子水平上阐明了脱硫剂催化转化在脱硫及再生过程中的热力学和动力学机理。得到的主要结论如下： [0054] 1)氧化铁表面的原子空缺会影响其脱硫性能。表面Fe空缺的存在可以有效的降低H2S解离的活化能，有利于脱硫过程的进行；而表面O空缺的存在导致表面金属活性位消失，对脱硫过程不利。 [0055] 2)O2气氛不仅可以再生硫化的脱硫剂，还可以修补脱硫剂表面的O空缺。氧化铁脱硫剂两种硫化表面都存在两条相互竞争的再生路径，且其决速步骤都是O2的解离。因此，降低O2解离的活化能有利于再生过程的进行。另外，在O2的气氛下，表面O空缺的修补很容易。因而在O2气氛下再生，可有效的改善氧化铁脱硫剂的脱硫性能。 [0056] 综上所述，氧的存在有利于氧化铁脱硫剂的再生，提高脱硫剂的硫容。而高炉煤气中的氧含量极低，因此需向脱硫剂前的高炉煤气中补入一定量的空气，以增加其氧含量，并结合脱硫塔12内氧化铁床层温度及脱硫塔进出口氧气分析仪对管道中的氧气含量进行控制。 [0057] 在本实施例中，补入空气有两种选择，一是在装置具备压缩空气余量的条件下，直接补入压缩空气，二是单独配备变频补氧风机进行补氧，通过氧化铁床层温度及补氧前后的氧气分析仪控制高炉煤气中氧气含量，保证高炉煤气中H2S与O2摩尔比在2.5～3左右，以获得较优的脱硫性能。 [0058] 具体为：在低压区入口高炉煤气管道上沿圆形截面开孔4～8个(以使补入的空气在煤气中分布均匀)，通过变频补氧风机7或者压缩空气调节阀6调节空气量，使一定量的空气均匀喷入高炉煤气管道，保证高炉煤气中有足够的氧气可以再生氧化铁基脱硫剂。 [0059] 实际运行结果表明：再生的氧化铁可使其返硫率为零，超低排放能长时间稳定达标运行，氧化铁使用寿命延长至6个月以上。 [0060] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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