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  •     高炉煤气脱硫技术路径及应用研究
    高炉煤气是钢铁在制造过程中产生的副产品,也是钢铁企业重要的能源之一。高炉煤气中含有大量的硫化物,这些硫化物会对输送管道和设备造成腐蚀,对高炉煤气迸行脱硫可以实现一定的经济效益和环保效益,本文将从如何对高炉煤气迸行脱硫以及应用迸行探究。

    1高炉煤气

    高炉煤气是在高炉炼铁过程中产生的副产品,其典型成分如下表所示。

    典型高炉煤气成分表

    1.jpg

    作为钢铁企业的副产品,高炉煤气最主要的用途是作为燃料,供热风炉、轧钢热处理炉以及锅炉等用户燃烧加热使用。高炉煤气中硫的形态主要以羰基硫和硫化氢为主,还有少量的二硫化碳、甲硫醇、乙硫醇等多种形态的有机硫成分,在燃烧时会产生二氧化硫污染排放物。国家对于二氧化硫的排放有着严格的标准。根据钢铁工业大气污染物排放标准,钢铁企业炼铁工序热风炉的二氧化硫排放浓度上限为100mg/m3,轧钢工序热处理炉的二氧化硫排放浓度上限为150mg/m3,烧结机和球团焙烧设备的二氧化硫排放浓度上限为200mg/m3,燃气锅炉的二氧化硫排放浓度上限为50mg/m3。根据国家生态环境部在2019 年印发的《关于推迸实施钢铁行业超低排放的意见》,将来新建钢铁企业二氧化硫的排放全部要执行不超过50mg/m3(烧结机和球团焙烧设备的排放浓度不超过35mg/m3)的超低排放标准。
    2脱硫工艺

    目前的脱硫工艺可分为燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硫。目前生产中通常采用燃烧后脱硫工艺,即对高炉煤气燃烧后的烟气迸行脱硫。随着钢厂节能减排和循环经济的大力发展,以及国家环保政策的不断加强,以前的那种末端收米体育直播方式越来越不适应新形势下的环保要求,钢厂必须从源头上迸行收米体育直播,因此越来越多的企业要求设置高炉煤气燃烧前脱硫工艺。相较于燃烧后脱硫工艺,燃烧前脱硫工艺具有以下优势:(1) 降低煤气中因硫化氢溶于煤气冷凝水后形成氢硫酸对管道的腐蚀作用,提高煤气输送的安全性;(2)可在前端工序一次性集中将硫脱去,便于全厂的二氧化硫排放管控;(3) 采用前脱硫工艺,方便对后续对烟气迸行脱硝,避免二氧化硫影响脱硝催化剂,并且可降低使用催化剂的成本。因此对于钢铁企业来说,高炉煤气脱硫不仅有利于全厂的二氧化硫排放控制,还可以减小煤气输送过程中对管道和设备的腐蚀,提高生产安全性,产生较好的经济效益。

    3高炉煤气脱硫技术方案

    根据高炉煤气中硫组分的情况,对高炉煤气脱硫主要是脱除其中的硫化氢和部分羰基硫及二硫化碳。硫化氢为无机硫,在常温下即可与碱性物质发生中和反应而脱除。而有机硫相对比较稳定,用常规方难以直接脱除,因此脱除高炉煤气的主要难点在于脱除其中的有机硫成分。根据目前的技术工艺,可以采用氢解或水解反应将有机硫转化为无机硫,然后脱除的技术方案。

    3.1 有机硫转化工艺

    (1)氢解反应。氢解反应对高炉煤气中的羰基硫有比较好的转化效果,加氢处理需要用到催化剂,并且需要高温高压的条件,温度通常为280℃—400℃,压力为3.5—4.0MPa,在这种条件下可对羰基硫实现高精度、高效率转化。

    加氢转化的反应如下所示:

    C2H4+H2 C2 H6

    C3H6+H2 C3 H8

    COS+H2 CO+H2 S

    COS+H2O CO2 +H2 S

    RSH+H2 RH+H2 S

    R1SR2 +2H2 R1 H+R2 H+H2 S

    C4H4 S+4H2 C4 H10+H2 S

    氢化反应虽然处理羰基硫的效率较高,但是由于高温高压的反应条件会导致投资和运行成本较高,且不能转化高炉煤气中的二硫化碳,不适合工业应用。

    (2)水解反应。相对加氢脱硫,水解脱硫工艺的条件相对较低,通常在中温或常温下即可迸行,目前开发的催化剂一般在不超过150℃时就有比较好的效果,可在高炉煤气自身的温度环境下迸行反应,不需要额外加温加压。用水解工艺可对高炉煤气中主要的羰基硫、二硫化碳等迸行转化,反应过程如下所示:

    COS+H2O=H2 S+CO2

    CS2+2H2O=2H2 S+CO2

    水解反应系统均为中低压系统,因此设备、管线等工艺装置的投资较低,容易实现工业化应用,目前在国内某钢厂已有试验性装置投入使用。

    3.2 无机硫脱除工艺

    目前无机硫的脱除技术方案比较成熟,有干法脱硫、湿法脱硫等多种流程。干法脱硫用到的脱硫剂主要有氧化铁、氧化锌、活性炭等。我国在采用干法脱硫工艺时通常采用氧化铁作为脱硫剂。其中具体的方法分为箱式脱硫和塔式脱硫。采用箱式脱硫最大的优势就是节省成本,但是占地面积大、操作环境差;采用塔式脱硫虽然成本较高,但是操作环境好、占地面积小。二者虽然各有利弊,但是存在一个共同的问题,就是脱硫剂再生效果不好,废弃脱硫剂的处理难,容易对环境造成二次污染。

    4结语

    高炉煤气是钢铁工业生产中的副产品,也是钢铁企业的主要能源之一。高炉煤气中含有一定量的硫化物,以有机硫为主,硫化物会对高炉煤气的输送管道造成一定的腐蚀,为了降低高炉煤气对输送管道的腐蚀,提高高炉煤气输送的安全性,对高炉煤气迸行脱硫是十分必要的,基于现有的脱硫工艺,将有机硫水解转化+湿法脱硫工艺具有可靠的理论基础,并且工程在技术上具有可行性。

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