阅读说明：本技术 一种能实现高炉煤气全硫脱除的湿法反应器 (Wet reactor capable of realizing total sulfur removal of blast furnace gas ) 是由 李鹏飞 朱晓华 朱迎新 刘瑱 王博如 程正霖 于 2020-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种能实现高炉煤气全硫脱除的湿法反应器,所述反应器中采用三层喷入的方式实现吸收液与煤气充分接触,提高物料利用率和硫脱除率。脱硫废液通过循环水泵直接返回反应器,提高碱液利用率。反应器下方设置水封装置(31),防止煤气泄漏,保证安全运行。运行过程中根据水封液位调整喷淋水量,根据出口H<Sub>2</Sub>S浓度调整喷碱量,根据脱硫废液密度调整排液量,把催化水解塔出口的高炉煤气直接引入反应器,实现了高炉煤气中含硫物质的脱除,从源头解决SO<Sub>2</Sub>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。(The invention relates to a wet reactor capable of realizing total sulfur removal of blast furnace gas, wherein a three-layer spraying mode is adopted in the reactor to realize full contact of absorption liquid and the gas, so that the material utilization rate and the sulfur removal rate are improved. The desulfurization waste liquid directly returns to the reactor through a circulating water pump, so that the utilization rate of the alkali liquor is improved. A water seal device (31) is arranged below the reactor to prevent gas leakage and ensure safe operation. The spraying water quantity is adjusted according to the water seal liquid level in the operation process and according to the outlet H 2 Adjusting the concentration of S, adjusting the alkali spraying amount according to the density of the desulfurization waste liquid, directly introducing the blast furnace gas at the outlet of the catalytic hydrolysis tower into a reactor, realizing the removal of sulfur-containing substances in the blast furnace gas, and solving the problem of SO from the source 2 The problem of exceeding standard is solved, and meanwhile, the corrosion problem of the gas pipeline is controlled to a certain extent by the synergistic removal of HCl.)

一种能实现高炉煤气全硫脱除的湿法反应器

技术领域

本发明涉及一种能实现高炉煤气全硫脱除的湿法反应器，具体涉及一种能实现高炉煤气中H₂S、SO₂等含硫物质的脱除以及协同脱除HCl的湿法反应器，属于环境保护工程技术领域的污染物控制技术。

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。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种能实现高炉煤气全硫脱除的湿法反应器，优选为一种能实现高炉煤气中H₂S、SO₂等含硫物质的脱除以及协同脱除HCl的湿法反应器，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种能实现高炉煤气全硫脱除的湿法反应器，一种能实现高炉煤气全硫脱除的湿法反应器优选为一种能实现高炉煤气中硫化氢(H₂S)、二氧化硫(SO₂)等含硫物质的脱除以及协同脱除氯化氢(HCl)的湿法反应器，所述湿法反应器包括壳体(7)；壳体(7)内从下向上依次设置有水封装置(31)、气流均匀装置(2)、循环水喷淋装置(4)、碱液喷淋装置(6)、除雾器(8)、冲洗水喷淋装置(10)；高炉煤气入口(1)连接在壳体(7)的外侧面，并位于水封装置(31)和气流均匀装置(2)之间，用于将高炉煤气引入壳体(7)内；高炉煤气出口(11)设置在壳体(7)的顶端，并位于冲洗水喷淋装置(10)的上方；所述壳体(7)侧面从下向上依次设置废液排出口(16)、循环水出口(15)、循环水入口(14)、碱液入口(13)和冲洗水入口(12)；循环水出口(15)设置于水封装置(31)的上方，废液排出口(16)设置于水封装置(31)的下部；冲洗水喷淋装置(10)通过冲洗水入口(12)连接工艺水箱(23)，用于由工艺水箱(23)供水；碱液喷淋装置(6)通过碱液入口(13)连接碱液储罐(24)，用于由碱液储罐(24)供吸收剂；循环水出口(15)通过循环水泵(21)与循环水入口(14)相连，用于将壳体(7)底部的部分废液通过循环水入口(14)与循环水喷淋装置(4)直接返回反应器以重新参与反应过程。

其中，废液排出口(16)通过排液泵(22)连接至废水处理系统，定期排放壳体(7)底部的废液。

其中，壳体(7)包括下部大壳体和上部小壳体，上部小壳***于下部大壳体的上部，除雾器(8)和冲洗水喷淋装置(10)设置在上部小壳体的内部，冲洗水入口(12)设置在上部小壳体的侧面；高炉煤气出口(11)设置在上部小壳体的顶端。

其中，气流均匀装置(2)位于高炉煤气入口(1)的上方，所述气体均匀装置(2)具有多层气体格栅，相邻的两层气体格栅之间错开一定的角度。其中，除雾器(8)为PP丝网除雾器，内部填充φ38mm鲍尔环填料。其中，水封装置(31)内设密度计和液位监测仪，壳体(7)底端设有紧急放水口(17)。其中，壳体(7)的顶部设有高炉煤气出口(11)，出口依次连接放散阀(25)及除水器(18)，除水器(18)为高效旋流板脱水器，脱水器出口煤气机械水含量可达7g/Nm³以下。

其中，循环水喷淋装置(4)、碱液喷淋装置(6)和冲洗水喷淋装置(10)均包括沿反应器断面径向布置的多个喷淋支管，喷淋支管上布置多个喷嘴，保证全部喷嘴喷射范围覆盖整个截面，喷射方向全部向下。喷嘴类型优选为实心圆锥喷嘴。

其中，在高炉煤气入口(1)以上安装循环水喷淋装置(4)以构成第一层喷水层，在第一层喷水层上方设置碱液喷淋装置(6)以构成第二层喷碱层，在第二层喷碱层上方设置除雾器(8)，在除雾器(8)上方设置冲洗水喷淋装置(10)以构成第三层冲洗水层。

其中，冲洗水入口(12)连接工艺水箱(23)的管路上设置有给水泵(19)和冲洗水阀(30)；其中，冲洗水阀(30)安装在冲洗水入口(12)与给水泵(19)之间。

其中，碱液入口(13)连接碱液储罐(24)的管路上设置有碱液管道切断阀(27)和碱液泵(20)，其中，碱液管道切断阀(27)安装在碱液入口(13)与碱液泵(20)之间。

其中，循环水出口(15)连接循环水入口(14)的管路上还设置有循环水管道切断阀(29)，其中，循环水管道切断阀(29)安装在循环水入口(14)和循环水泵(21)之间。

其中，在冲洗水阀(30)与给水泵(19)之间管道上引出旁道，旁道具有碱液旁道和循环水旁道，碱液旁道通过碱液管道旁路阀(26)连接在碱液管道切断阀(27)后，用于使用工艺水箱(23)中的水对碱液喷淋装置(6)的喷嘴进行冲洗；循环水旁道通过循环水管道旁路阀(28)连接循环水管道切断阀(29)后，用于使用工艺水箱(23)中的水对循环水喷淋装置(4)的喷嘴进行冲洗。

本发明还提供一种如所述的湿法反应器的运行方法，所述方法包括如下步骤：

(1)设备投运初期首先打开冲洗水阀(30)及碱液管道切断阀(27)，启动给水泵(19)及碱液泵(20)通过冲洗水喷淋装置(10)和碱液喷淋装置(6)给整个反应器注水及注入主吸收剂，运转稳定后关闭给水泵(19)及冲洗水阀(30)，工艺水箱(23)中的水不通过冲洗水喷淋装置(10)进入反应器；开启循环水管道切断阀(29)，启动循环水泵(21)，用于将壳体(7)底部的部分废液通过循环水入口(14)与循环水喷淋装置(4)直接返回反应器以重新参与反应过程；

(2)正常运行时，碱液管道切断阀(27)及循环水管道切断阀(29)常开，冲洗水阀(30)、碱液管道旁路阀(26)及循环水管道旁路阀(28)常关，碱液喷淋装置(6)通过碱液入口(13)连通碱液储罐(24)，用于由碱液储罐(24)供吸收剂，根据脱硫塔出口煤气中的硫浓度调节碱液流量；循环水出口(15)通过循环水泵(21)与循环水入口(14)相连，部分废液直接返回反应器，重新参与反应过程，提高碱液利用率；当系统需要补水或者除雾器(8)需要清洗时，开启冲洗水阀(30)，工艺水箱(23)中的水通过冲洗水喷淋装置(10)进入反应器；当碱液喷淋装置(6)的喷嘴需要冲洗时，关闭碱液管道切断阀(27)，开启碱液管道旁路阀(26)，使用工艺水箱(23)中的水对碱液喷淋装置(6)的喷嘴进行冲洗；当循环水喷淋装置(4)的喷嘴需要冲洗时，关闭循环水管道切断阀(29)，开启循环水管道旁路阀(28)，用于使用工艺水箱(23)中的水对循环水喷淋装置(4)的喷嘴进行冲洗。

优选，所述湿法反应器包括壳体，壳体内含有从下向上依次设置的水封装置、高炉煤气入口、气流均匀装置、循环水喷淋装置、碱液喷淋装置、除雾器、冲洗水喷淋装置和高炉煤气出口；湿法反应器壳体侧面从下向上依次设置废液排出口、循环水出口、循环水入口、碱液入口和冲洗水入口；冲洗水入口通过给水泵与工艺水箱连接，由水箱供水；碱液入口通过碱液泵与碱液储罐连接，由碱液储罐供吸收剂；循环水出口通过循环水泵与循环水入口相连，部分废液直接返回反应器，重新参与反应过程；废液排出口通过排液泵连接至废水处理系统，定期排放废液。

优选其中，所述反应器含有高炉煤气入口，该煤气入口位于壳体的下部，所述气流均匀装置位于该煤气入口的上方，气体均匀装置含有多层气体格栅，相邻的两层气体格栅之间错开设定的角度。

优选其中，循环水喷淋装置、碱液喷淋装置及冲洗水喷淋装置具体布置方式如图2所示，根据反应器直径及喷嘴的喷射角度和喷射距离计算所需喷嘴个数，沿反应器断面径向布置喷淋支管，支管上布置一定数量的喷嘴，图2中虚线圆圈为单个喷嘴的喷射范围，保证全部喷嘴喷射范围覆盖整个截面，喷射方向全部向下。

优选其中，除雾器位于反应器上部，为PP丝网除雾器，内部填充φ38鲍尔环填料，除雾器初步除水后，煤气中机械水含量可达20～30g/Nm³。

优选其中，壳体的顶部设有高炉煤气出口，出口依次连接放散阀及除水器，除水器为高效旋流板脱水器，脱水器出口煤气机械水含量可达7g/Nm³以下，满足并网要求。

优选其中，反应器底部设有水封装置，防止煤气泄漏，保证安全运行；同时水封装置用于承接反应废液，内设密度计和液位监测仪，底端设有紧急放水口。

优选其中，在煤气入口以上安装第一层循环水喷淋装置(喷水层)，在喷水层上方设置第二层碱液喷淋装置(喷碱层)，在喷碱层上方设置除雾器，在除雾器上方设置第三层冲洗水喷淋装置(冲洗水层)，采用三层喷入的方式能实现吸收液与煤气充分接触，提高物料利用率和硫脱除率。喷嘴类型优选为实心圆锥喷嘴。

优选其中，冲洗水入口通过给水泵与工艺水箱连接，由水箱供水；设备投运初期首先通过给水泵给整个系统注水，系统运转稳定后关闭给水泵，仅在系统需要补水或者除雾器、碱液喷嘴及循环水喷嘴需要冲洗时开启给水泵。

优选其中，碱液入口通过碱液泵与碱液储罐连接，由碱液储罐供吸收剂，根据脱硫塔出口煤气中的硫浓度调节碱液流量。

优选其中，循环水出口通过循环水泵与循环水入口相连，部分废液直接返回反应器，重新参与反应过程，提高碱液利用率。

本发明的原理是把催化水解塔出口的高炉煤气直接引入反应器，反应器中的水及碱液吸收煤气中的H₂S、SO₂、HCl等酸性气体，处理后的净煤气从反应器排出，并入管网。反应器中采用三层喷入的方式实现吸收液与煤气充分接触，提高物料利用率和硫脱除率。脱硫废液通过循环水泵直接返回反应器，提高碱液利用率。运行过程中根据水封液位调整喷淋水量，根据出口H₂S浓度调整喷碱量，根据脱硫废液密度调整排液量，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。

本发明的有益效果：反应器中采用三层喷入的方式实现吸收液与煤气充分接触，提高物料利用率和硫脱除率。脱硫废液通过循环水泵直接返回反应器，提高碱液利用率。反应器下方设置水封装置(31)，防止煤气泄漏，保证安全运行。运行过程中根据水封液位调整喷淋水量，根据出口H₂S浓度调整喷碱量，根据脱硫废液密度调整排液量，把催化水解塔出口的高炉煤气直接引入反应器，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。本发明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湿法反应器。反应器结构简单，造价低廉，维护成本低，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，可靠性好，运行稳定，降低了污染物控制成本。

附图说明

图1是本发明所述湿法反应器的结构示意图；

图2是各喷淋层的喷嘴布置图；

图中标记：1-高炉煤气入口，2-气流均匀装置，3-循环水喷嘴，4-循环水喷淋装置，5-碱液喷嘴，6-碱液喷淋装置，7-反应器壳体，8-除雾器，9-冲洗水喷嘴，10-冲洗水喷淋装置，11-高炉煤气出口，12-冲洗水入口，13-碱液入口，14-循环水入口，15-循环水出口，16-废液排出口，17-紧急放水口，18-除水器，19-给水泵，20-碱液泵，21-循环水泵，22-排液泵，23-工艺水箱，24-碱液储罐，25-放散阀，26-冲洗水至碱液管道旁路阀，27-碱液管道切断阀，28-冲洗水至循环水管道旁路阀，29-循环水管道切断阀，30-冲洗水阀，31-水封装置，32-单个循环水(碱液)喷嘴喷射范围，33-单个冲洗水喷嘴喷射范围。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种能实现高炉煤气全硫脱除的湿法反应器，优选为一种能实现高炉煤气中H₂S、SO₂等含硫物质的脱除以及协同脱除HCl的湿法反应器，其包括壳体7，壳体7内含有从下向上依次设置的水封装置31、高炉煤气入口1、气流均匀装置2、循环水喷淋装置4、碱液喷淋装置6、除雾器8、冲洗水喷淋装置10和高炉煤气出口11；湿法反应器壳体7侧面从下向上依次设置废液排出口16、循环水出口15、循环水入口14、碱液入口13和冲洗水入口12；冲洗水入口12通过给水泵19与工艺水箱23连接，由水箱供水；碱液入口13通过碱液泵20与碱液储罐24连接，由碱液储罐供吸收剂；循环水出口15通过循环水泵21与循环水入口14相连，部分废液直接返回反应器，重新参与反应过程；废液排出口16通过排液泵22连接至废水处理系统，定期排放废液。碱液储罐24中的主吸收剂为质量分数为20％-32％的氢氧化钠(NaOH)溶液，优选，氢氧化钠(NaOH)和污染物的摩尔比控制在1.0-2.0，保证高炉煤气中污染物的高效脱除。水封是通过整个壳体7底部的废液实现的，所以水封装置31包括整个底部的废液，废液排出口16位于脱硫塔壳体7侧面，靠近底部废液下方，具***置如图1；循环水出口15是位于整个水封装置31的上部。

如图1所示，所述反应器含有高炉煤气入口1，该煤气入口位于壳体7的下部，所述气流均匀装置2位于该煤气入口的上方，所述气体均匀装置含有多层气体格栅，相邻的两层气体格栅之间错开设定的角度。循环水喷淋装置4、碱液喷淋装置6和冲洗水喷淋装置10具体布置方式如图2所示，根据反应器直径及喷嘴的喷射角度和喷射距离计算所需喷嘴个数，沿反应器断面径向布置喷淋支管，支管上布置一定数量的喷嘴，图2中32及33为单个喷嘴的喷射范围，保证全部喷嘴喷射范围覆盖整个截面，喷射方向全部向下。除雾器7位于反应器上部，为PP丝网除雾器，内部填充φ38(单位为mm)鲍尔环填料，除雾器初步除水后，煤气中机械水含量可达20～30g/Nm³。

如图1所示，反应器壳体7的顶部设有高炉煤气出口11，出口依次连接放散阀25及除水器18，除水器18为高效旋流板脱水器，脱水器出口煤气机械水含量可达7g/Nm³以下，满足并网要求。反应器底部设有水封装置31，防止煤气泄漏，保证安全运行；同时水封装置用于承接反应废液，内设密度计和液位监测仪，由于水封是靠整个底部废液实现的，水封装置31内设置有密度计和液位监测仪的含义是废液里面设置密度计和液位监测仪，壳体7底部设置紧急放水口17。在煤气入口以上安装第一层循环水喷淋装置(喷水层)4，在喷水层4上方设置第二层碱液喷淋装置(喷碱层)6，在喷碱层6上方设置除雾器8，在除雾器8上方设置第三层冲洗水喷淋装置(冲洗水层)10，采用三层喷入的方式能实现吸收液与煤气充分接触，提高物料利用率和硫脱除率。喷嘴类型优选为实心圆锥喷嘴。

如图1所示，在冲洗水入口12与给水泵19之间安装冲洗水阀30、碱液入口13与碱液泵20之间安装碱液管道切断阀27、循环水入口14与循环水泵21之间安装循环水管道切断阀29；同时为了满足运行过程中对碱液喷嘴和循环水喷嘴的冲洗，在冲洗水阀30与给水泵19之间管道上引出旁路，分别连接至碱液管道切断阀27及循环水管道切断阀29后，并在两个旁路管道上安装冲洗水至碱液管道旁路阀26及冲洗水至循环水管道旁路阀28。冲洗水入口12通过给水泵19与工艺水箱23连接，由水箱供水；设备投运初期首先打开冲洗水阀30及碱液管道切断阀27，通过给水泵19及碱液泵20给整个系统注水及主吸收剂，系统运转稳定后关闭给水泵19及冲洗水阀30，开启循环水管道切断阀29，部分废液直接返回脱硫塔，重新参与反应过程。正常运行时，碱液管道切断阀27及循环水管道切断阀29常开，冲洗水阀30、冲洗水至碱液管道旁路阀26及冲洗水至循环水管道旁路阀28常关，根据脱硫塔出口煤气中的硫浓度调节碱液流量。循环水出口15通过循环水泵21与循环水入口14相连，部分废液直接返回反应器，重新参与反应过程，提高碱液利用率。当系统需要补水或者除雾器8需要清洗时，开启冲洗水阀30；当碱液喷嘴需要冲洗时，关闭碱液管道切断阀27，开启冲洗水至碱液管道旁路阀26；当循环水喷嘴需要冲洗时，关闭循环水管道切断阀29，开启冲洗水至循环水管道旁路阀28。

运行过程中根据水封液位调整喷淋水量，根据出口H₂S浓度调整喷碱量，根据脱硫废液密度调整排液量，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。

本发明中所述的气体格栅2、循环水喷头3、碱液喷头5、冲洗水喷头9、除雾器8、除水器18均可以采用现有市售产品。因而本发明提出的高炉煤气全硫脱除湿法反应器具有结构简单、造价低廉、维护成本低、可动部件少、不易发生故障、作业率高等优点，降低了污染物控制成本。

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