一种吸附剂循环使用高炉煤气脱硫系统及工艺
阅读说明：本技术 一种吸附剂循环使用高炉煤气脱硫系统及工艺 (Blast furnace gas desulfurization system and process with circularly used adsorbent ) 是由 江莉龙 郑勇 刘时球 曹彦宁 刘福建 肖益鸿 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种吸附剂循环使用的高炉煤气脱硫系统及工艺,系统包括粉尘过滤器、填充水解剂的水解塔、冷却器、填充吸附剂的吸附塔和换热器,粉尘过滤器的一端设有高炉煤气进气口,另一端设有过滤气出口,粉尘过滤器的过滤气出口分两路,一路与水解塔的水解进气口连通,另一路与换热器的换热进气口连通,水解塔的水解出气口与冷却器冷却进气口连通,冷却器冷气出气口与吸附塔的吸附进气口连通,换热器的换热出气口与吸附塔的再生气进口连通。本发明采用可再生活性炭吸附剂对经水解后的无机硫进行吸附,提高硫容,有效地降低解析次数,提高硫处理能力；另外,吸附剂再生工艺操作简单,有效地改变活性炭的一次性吸附特点,大大提高了高炉煤气的脱硫效率。(The invention discloses a blast furnace gas desulfurization system and a process for recycling an adsorbent, wherein the system comprises a dust filter, a hydrolysis tower filled with the hydrolysis agent, a cooler, an adsorption tower filled with the adsorbent and a heat exchanger, wherein one end of the dust filter is provided with a blast furnace gas inlet, the other end of the dust filter is provided with a filtered gas outlet, the filtered gas outlet of the dust filter is divided into two paths, one path is communicated with the hydrolysis gas inlet of the hydrolysis tower, the other path is communicated with a heat exchange gas inlet of the heat exchanger, a hydrolysis gas outlet of the hydrolysis tower is communicated with a cooling gas inlet of the cooler, a cold gas outlet of the cooler is communicated with the adsorption gas inlet of the adsorption tower, and a heat exchange gas outlet of the heat exchanger is communicated with a regenerated gas inlet of the adsorption tower. According to the invention, the inorganic sulfur after hydrolysis is adsorbed by adopting the renewable activated carbon adsorbent, so that the sulfur capacity is improved, the number of times of analysis is effectively reduced, and the sulfur treatment capacity is improved; in addition, the regeneration process of the adsorbent is simple to operate, the one-time adsorption characteristic of the activated carbon is effectively changed, and the desulfurization efficiency of the blast furnace gas is greatly improved.)
技术领域
本发明涉及大气净化环境保护技术领域，具体涉及一种吸附剂循环使用高炉煤气脱硫系统及工艺。
背景技术
高炉煤气含有丰富的一氧化碳(其体积含量大约为28％)，具有可观的燃烧价值，其中高炉煤气通常以燃料的方式送往热风炉、加热炉、焦炉、锅炉、燃气机组进行燃烧使用。然而高炉煤气中还存在COS(羰基硫)、CS2、H2S等硫化物，在这些硫化物中其中主要成分是COS，总硫浓度一般达到200mgS/Nm3以上。这些硫化物如果不加限制，经燃烧后会以SO2的形式排放到空气中，进而造成大量的酸雨形成。随着人们环保意识的增加，对硫的排放限值也日益严格，每个使用高炉煤气的终端都建立起庞大的烟气脱硫装置。如此分散的脱硫装置不但大大浪费有限的钢厂空间，而且烟气脱硫的成本及二次污染也日益突显出来。而对高炉煤气采取源头脱硫就成为一种理想的处理硫物种的方法。
现有较多技术对高炉煤气干法精脱硫处理系统及方法，常常包括如下步骤：高炉煤气首先进入煤气冷却换热器进行冷却，冷却换热器将煤气温度降低5℃，析出部分水分。然后进入催化水解塔，经过水解催化剂后煤气中所含有机硫转化为无机硫，水解后的高炉煤气再经过吸附塔前端再热器升温进入硫化氢吸附塔，通过塔内催化剂脱除煤气中的无机硫。这些脱除无机硫催化剂常常使用氧化铝、分子筛等进行循环吸附解析，这些吸附剂的硫容较小，导致解析频繁，能耗较高。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种吸附剂循环使用高炉煤气脱硫系统及工艺，采用可再生型活性炭进行吸附，并配置可再生工艺，提高了其硫容，进一步提高了高炉煤气的脱硫效率。
本发明采用如下技术方案：
一种吸附剂循环使用的高炉煤气脱硫系统，包括粉尘过滤器、填充水解剂的水解塔、冷却器、填充吸附剂的吸附塔和换热器，所述粉尘过滤器的一端设有高炉煤气进气口，另一端设有过滤气出口，所述水解塔上设有水解进气口和水解出气口，所述冷却器的一端设有冷却进气口，另一端设有冷气出气口和冷凝水出口，所述吸附塔上设有吸附进气口、吸附出气口、对所述吸附塔内的吸附剂进行再生的再生气进口和解析气出口，所述换热器上设有换热进气口和换热出气口，所述粉尘过滤器的过滤气出口分两路，一路与所述水解进气口连通，另一路与所述换热进气口连通，所述水解出气口与所述冷却进气口连通，所述冷气出气口与所述吸附进气口连通，所述换热出气口与所述再生气进口连通。
所述系统还包括第一风机和混合器，所述冷却器的冷气出气口和第一风机的出风口分别与所述混合器的进气口连通，所述混合器的出气口与所述吸附塔的吸附进气口连通，经所述冷却器冷却脱水后的高炉煤气和自所述第一风机通入的空气经所述混合器混合后，通过所述吸附进气口进入所述吸附塔进行吸附脱硫。
所述水解塔和吸附塔内均为分层塔体结构，所述分层塔体自上而下依次设有上方气压缓冲腔、填料层和下方气压缓冲腔，所述水解进气口设置在其所在分层塔体的上方气压缓冲腔的一侧侧壁上，所述水解出气口设置在其所在分层塔体的下方气压缓冲腔的另一侧侧壁上；所述的吸附进气口和解析气出口分别设置在其所在分层塔体的上方气压缓冲腔的两侧相对应的侧壁上，所述的吸附出气口和再生气进口分别设置在其所在分层塔体的下方气压缓冲腔的两侧相对应的侧壁上，且所述吸附进气口位于所述再生气进口正上方；所述水解塔内的所述填料层用于填充水解剂；所述吸附塔的所述填料层用于填充吸附剂。
所述吸附塔内的吸附剂为负载型可再生活性炭吸附剂，所述吸附剂的活性成分为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，其载体为氧化铝活性炭、煤制活性炭、废活性炭、生物制活性炭中的一种或多种。
所述的水解塔和吸附塔内包括至少两个上下叠加呈并联设置的所述分层塔体，相邻两个所述分层塔体之间设置有隔热层。
优选地，所述水解塔内包括3个上下叠加呈并联设置的所述分层塔体；所述吸附塔内包括4个上下叠加呈并联设置的所述分层塔体，其中1～3个所述分层塔体用于对高炉煤气进行吸附处理，其余所述分层塔体用于对吸附剂进行再生。
所述粉尘过滤器上还设有气体反吹口和粉尘回收口；所述系统包括多个上下叠加呈并联设置的所述粉尘过滤器，每个所述粉尘过滤器自上而下依次设有过滤前缓存腔、过滤网层和过滤后缓存腔，所述的高炉煤气进气口和粉尘回收口分别设置在所述过滤前缓存腔的两侧相对应的侧壁上，所述的过滤气出口和气体反吹口分别设置在所述过滤后缓存腔的两侧相对应的侧壁上，每个所述粉尘过滤器的高炉煤气进气口和所述气体反吹口位于同侧。
所述过滤气出口与所述换热进气口之间的连接管路上还设有第二风机，用于将部分经所述粉尘过滤器过滤后的高炉煤气推送到所述换热器中进行加热；各所述气体反吹口分别通过连接管路与第三风机的出风口连接，用于将所述过滤网层上过滤出的粉尘推送到所述粉尘回收口。
所述第一风机为鼓风机，所述第二风机为引风机，所述第三风机为反吹风机。
一种吸附剂循环使用的高炉煤气脱硫工艺，包括如下步骤：
S1、将待净化高炉煤气通入到粉尘过滤器中进行除尘，除尘后得到第一原料气；
S2、将第一原料气通入水解塔中，通过水解剂对第一原料气进行有机硫的水解处理，得到水解后的第二原料气；
S3、将第二原料气通入到冷却器中，经降温至30-50℃，进行脱水处理后，得到4％＜含水率＜7％的第三原料气；
S4、将第三原料气通入到吸附塔中，经吸附剂进行吸附脱硫处理后，得净化后的高炉煤气；
S5、将步骤S1中的部分第一原料气，经换热器加热到200℃～250℃，然后通入到吸附塔需要再生的吸附剂的分层塔体内，利用高炉煤气中还原性气氛对吸附剂进行再生。
所述步骤S4中将第三原料气通入到吸附塔之前，向第三原料气中加入空气，使空气与第三原料气的体积比为1：(1000～3000)，混合后的气体中含氧量为0.03vol％～0.1vol％，两者混合后通入到吸附塔中。
本发明技术方案，具有如下优点：
A.本发明提供的吸附剂循环使用高炉煤气脱硫系统，采用可再生活性炭吸附剂对经水解后的无机硫进行吸附，通过改性活性炭的吸附性能，大大提高其硫容，有效地降低解析次数，提高硫处理能力；另外，设置了吸附剂的再生工艺系统，操作简单，有效地改变活性炭的一次性吸附特点，大大提高了高炉煤气的脱硫效率。
B.本发明提供的吸附剂循环使用高炉煤气脱硫系统，水解塔和吸附塔内每个分层塔体结构均包括填料层的上方气压缓冲腔、填料层以及位于填料层下方的下方气压缓冲腔，降低了填料层的厚度，且预处理气体均采用上进下出的方式，能够有效地降低填料层的阻力降(高炉煤气通过水解塔和吸附塔的阻力降小于500Pa)，降低了脱硫系统对高炉煤气的压力需要，提高了高炉煤气的有效处理量。
C.本发明中粉尘过滤器、以及水解塔和吸附塔内的分层塔体结构均采用上下竖向设置，大大减小了系统的占地面积，节约用地资源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明吸附剂循环使用高炉煤气脱硫系统整体结构示意图；
图2为本发明中水解塔分层塔体结构示意图；
图3为本发明中吸附塔分层塔体结构示意图；
图4为本发明中粉尘过滤器叠加结构示意图。
图中标识如下：
1-粉尘过滤器，11-高炉煤气进气口，12-过滤气出口，13-气体反吹口，14-粉尘回收口；2-水解塔，21-水解进气口，22-水解出气口；3-冷却器，31-冷却进气口，32-冷气出气口，33-冷凝水出口,34-冷媒进口，35-冷媒出口；4-吸附塔，41-吸附进气口，42-吸附出气口，43-再生气进口，44-解析气出口；5-换热器，51-换热进气口，52-换热出气口；6-第一风机；7-混合器；8-第二风机；9-第三风机；10-粉尘回收装置；
a-上方气压缓冲腔；b-填料层；c-下方气压缓冲腔；d--隔热层；e-过滤前缓存腔；f-过滤网层；g-过滤后缓存腔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图4所示，本发明提供了一种吸附剂循环使用的高炉煤气脱硫系统，包括粉尘过滤器1、水解塔2、冷却器3、吸附塔4和换热器5，粉尘过滤器1的一端设有高炉煤气进气口11，另一端设有过滤气出口12，水解塔2上设有水解进气口21和水解出气口22，冷却器3的一端设有冷却进气口31，另一端设有冷气出气口32和冷凝水出口33，吸附塔4上设有吸附进气口41、吸附出气口42、对吸附塔4内的吸附剂进行再生的再生气进口43和解析气出口44，换热器5上设有换热进气口51和换热出气口52，粉尘过滤器1的过滤气出口12分两路，一路与水解进气口21连通，另一路与换热进气口51连通，水解出气口32与冷却进气口31连通，冷气出气口32与吸附进气口41连通，换热出气口52与再生气进口43连通，吸附塔4内填充的吸附剂为负载型可再生活性炭吸附剂。冷却器3上还设有冷媒进口34和冷媒出口35，冷媒进口34与冷媒出口35作为连通的一对，用于对经水解塔2水解后的高炉煤气进入冷却器3内的高炉煤气进行冷却脱水。本发明采用可再生活性炭吸附剂对经水解后的无机硫进行吸附，通过改性活性炭的吸附性能，大大提高其硫容，有效地降低解析次数，提高硫处理能力；另外，设置了吸附剂的再生工艺系统，操作简单，有效地改变活性炭的一次性吸附特点，大大提高了高炉煤气的脱硫效率。
系统还包括第一风机6和混合器7，冷却器3的冷气出气口32和第一风机6的出风口分别与混合器7的进气口连通，混合器7的出气口与吸附塔4的吸附进气口41连通，经冷却器3冷却脱水后的高炉煤气和自第一风机6通入的空气经混合器7混合后，通过吸附进气口41进入吸附塔4进行吸附脱硫。
进一步地，水解塔2和吸附塔4内均为分层塔体结构，分层塔体自上而下依次设有上方气压缓冲腔a、填料层b和下方气压缓冲腔c，水解进气口21设置在其所在分层塔体的上方气压缓冲腔a的一侧侧壁上，水解出气口32设置在其所在分层塔体的下方气压缓冲腔c的另一侧侧壁上；吸附进气口41和解析气出口44分别设置在其所在分层塔体的上方气压缓冲腔a的两侧相对应的侧壁上，吸附出气口42和再生气进口43分别设置在其所在分层塔体的下方气压缓冲腔c的两侧相对应的侧壁上，且吸附进气口41位于再生气进口43正上方；水解塔3内的填料层b用于填充水解剂，水解剂为负载型水解剂，负载型水解剂的活性成分选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、草酸钠、草酸钾、硫酸钠、硫酸钾中的一种或多种，载体选自氮化碳、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锆、氧化铈中的一种或多种。吸附塔4的所述填料层b用于填充吸附剂。吸附塔4内的吸附剂为负载型可再生活性炭吸附剂，所述吸附剂的活性成分为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，载体为氧化铝活性炭、煤制活性炭、废活性炭、生物制活性炭中的一种或多种。
水解塔2内包括3个上下叠加呈并联设置的分层塔体；吸附塔4内包括4个上下叠加呈并联设置的分层塔体，其中1～-3个分层塔体用于对高炉煤气进行吸附处理，其余分层塔体用于对吸附剂进行再生。
粉尘过滤器1上还设有气体反吹口13和粉尘回收口14。系统还包括三个上下叠加呈并联设置的粉尘过滤器1，每个粉尘过滤器1自上而下依次设有过滤前缓存腔e、过滤网层f和过滤后缓存腔g，高炉煤气进气口11和粉尘回收口14分别设置在过滤前缓存腔e的两侧相对应的侧壁上，过滤气出口12和气体反吹口13分别设置在过滤后缓存腔g的两侧相对应的侧壁上，且高炉煤气进气口11位于气体反吹口13正上方。
过滤气出口12与换热进气口51之间的管路上还设有第二风机8，用于将部分经粉尘过滤器1过滤后的高炉煤气推送到换热器5中进行加热；各气体反吹口13分别通过连接管路与第三风机9的出风口连接，用于将过滤网层f上过滤出的粉尘推送到粉尘回收口14。
另外，高炉煤气进气口11、过滤气出口12、气体反吹口13、粉尘回收口14、吸附进气口41、吸附出气口42、再生气进口43和解析气出口44上均设置有阀门，可根据需要进行开闭切换。本发明中第一风机6为鼓风机，第二风机8为引风机，第三风机9为反吹风机。
本发明还提供了一种吸附剂循环使用的高炉煤气脱硫工艺，包括如下步骤：
S1、将待净化高炉煤气通入到粉尘过滤器1中进行除尘，除尘后得到第一原料气；
S2、将第一原料气通入水解塔2中，通过水解剂对第一原料气进行有机硫的水解处理，将高炉煤气中的有机硫COS转换为硫化氢，得到水解后的第二原料气；
S3、将第二原料气通入到冷却器3中，经降温至30-50℃进行脱水处理后，得到低含水量的第三原料气，经脱水处理后的高炉煤气中含水量为4％-7％之间；
S4、往第三原料气中加入空气，使空气与第二原料气的体积比为1：(1000～3000)，混合后的气体中含氧量为0.03vol％～0.1vol％，两者混合后通入到吸附塔4中，经吸附剂进行吸附脱硫处理后，得净化后的高炉煤气；
S5、将步骤S1中的部分第一原料气，经换热器5加热到200℃～250℃，然后通入到吸附塔4需要再生的吸附剂的分层塔体内，利用高炉煤气中还原性气氛对吸附剂进行再生。
实验例1
将含有50吨的煤制活性炭对10000Nm3/h、80℃含有COS浓度为100mg/m3的高炉煤气进行脱硫处理。当净化后的高炉煤气里含H2S的量大于10mg/m3时，计算活性炭吸附剂的硫容为18.2％，用小部分的除尘后的高炉煤气对吸附剂进行再生。再生完成后，进行吸附、再生循环测试10次后，活性炭吸附剂的硫容仍不低于15％。
实验例2
将含有50吨的煤制活性炭对10000Nm3/h、80℃含有COS浓度为200mg/m3的高炉煤气进行脱硫处理。当净化后的高炉煤气里含H2S的量大于10mg/m3时，计算活性炭的硫容为15.8％，用小部分除尘后的高炉煤气对吸附剂进行再生。再生完成后，进行吸附、再生循环测试10次后，活性炭吸附剂的硫容仍不低于13％。
实验例3
将含有50吨的煤制活性炭对10000Nm3/h、80℃含有COS浓度为300mg/m3的高炉煤气进行脱硫处理。当净化后的高炉煤气里含H2S的量大于10mg/m3时，计算活性炭的硫容为14.9％，用小部分除尘后的高炉煤气对吸附剂进行再生。再生完成后，进行吸附、再生循环测试10次后，活性炭吸附剂的硫容仍不低于12％。
本发明未述及之处适用于现有技术。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
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