一种高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统及方法
阅读说明：本技术 一种高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统及方法 (Dry-method simultaneous desulfurization and dechlorination system and method for blast furnace gas ) 是由 张玉文 祝凯 董辉 耿淑华 鲁雄刚 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统,包括除尘后高炉净煤气供送子系统、协同脱硫脱氯塔子系统、协同脱酸剂更换子系统；其中除尘后高炉净煤气供送子系统将高炉炉顶产生的荒煤气经过重力除尘器、布袋除尘器之后的净煤气通过煤气输入管道送入协同脱硫脱氯塔脱酸子系统内,该子系统连接在煤气输入管道之后,协同脱硫脱氯塔内中部安装有协同脱酸剂床层,内填充有协同脱酸剂。(The invention discloses a blast furnace gas dry method simultaneous desulfurization and dechlorination system, which comprises a dedusted blast furnace clean gas supply subsystem, a cooperative desulfurization and dechlorination tower subsystem and a cooperative deacidification agent replacement subsystem; the clean gas generated by the blast furnace top after passing through the gravity dust collector and the bag-type dust collector is sent into the deacidification subsystem of the cooperative desulfurization and dechlorination tower through a gas input pipeline by the dedusted blast furnace clean gas supply subsystem, the subsystem is connected behind the gas input pipeline, a cooperative deacidification agent bed layer is arranged in the middle of the cooperative desulfurization and dechlorination tower, and a cooperative deacidification agent is filled in the cooperative deacidification agent bed layer.)
技术领域
本发明涉及高炉煤气净化技术领域，尤其涉及高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统及方法。
背景技术
目前在高炉煤气净化领域，高炉煤气干法除尘技术相比传统的湿法除尘，拥有节水、除尘效率高、充分利用煤气显热、煤气余压发电量高等诸多优点，配合余压余热发电技术成为国家推进钢铁行业节能减排、发展循环经济的先进技术。高炉煤气干法除尘与传统的湿法除尘相比，每年可节约投资35％，节约循环水7～9t，节电60～70％，新增发电30％，大量减少污水、污泥的排放。但是，干法除尘后的高炉煤气会导致煤气管道、余压透平发电装置(TRT)叶片及其他附属设备的严重腐蚀，由此引发TRT叶片振动、煤气泄漏和热风炉格子砖蓄热效率降低等，严重影响余压余热回收装置的正常运转和高炉正常冶炼并带来重大的安全生产隐患。造成腐蚀的原因是干法除尘后高炉煤气中的酸性腐蚀组分不能像湿法除尘那样被液体带走而残留在煤气中，与由于煤气温度的下降而析出的冷凝水进一步形成酸性液体环境，对设备表面造成腐蚀。
对于干法除尘高炉煤气的防腐分为被动和主动两类。被动防腐是采用耐腐蚀材料、防腐涂层等，强化金属部件的防腐性能。这只能在局部和一定程度上缓解腐蚀造成的影响，无法从根本上解决问题。主动防腐如改变原燃料成分、湿法喷淋脱酸、干法脱酸等，目的是降低煤气中酸性组分含量。选择含硫、氯元素较少的原材料进行冶炼是有效防腐方法，但此措施受矿石品位和原料供应等条件限制，可选择的余地不大。在各冶炼工序中减少酸性组分的引入对腐蚀治理效果明显，如烧结工序不用含氯助剂，控制脱硫、焦化等过程的废水在各工序中的使用等，可有效降低煤气中酸性组分，但这些无法循环使用的生产废水又会大大增加处理的负荷和环保投资。湿法碱液喷淋洗涤对于煤气中酸性组分有着较好的脱除效果，然而碱液也具有腐蚀性并且会造成结垢堵塞，此外湿法脱酸在很大程度上抵消了干法除尘的节水、利用煤气显热等优势。干法脱酸是利用固体碱性脱酸剂与高炉煤气中的酸性组分反应去除，秉承了干法除尘工艺的优点，已逐渐成为高炉煤气深度净化技术探索的趋势。
高炉炉顶煤气主要成分包括N2、CO、CO2、H2和CmHn，其他组分有：COS、H2S、NOx和HCl等，此外还含有一定量的炉尘和水蒸气。根据研究显示高炉煤气中的含Cl、S等强酸性组分是导致腐蚀问题的罪魁祸首。而含Cl、S等强酸性组分在高炉煤气中的主要存在形态为气态的HCl、H2S、COS、CS2，其中HCl、H2S为无机酸，常规碱性活性组分可以脱除，而COS、CS2作为有机硫无法直接利用碱性吸收，需要催化剂对其进行水解转化为H2S后脱除。目前工业上用于高炉煤气脱硫及脱氯大多采用分步脱除，单独脱氯、水解有机硫、脱无机硫，大大增加了对于高炉煤气脱酸的投资，并且占用大量的工业用地。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于钢铁企业的高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统及方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统及方法。
为实现上述目的，本发明首先提供了一种高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统，包括除尘后高炉净煤气供送子系统、协同脱硫脱氯塔子系统、协同脱酸剂更换子系统；其中除尘后高炉净煤气供送子系统将高炉炉顶产生的荒煤气经过重力除尘器、布袋除尘器之后的净煤气通过煤气输入管道送入协同脱硫脱氯塔脱酸子系统内，该子系统连接在煤气输入管道之后，协同脱硫脱氯塔内中部安装有协同脱酸剂床层，内填充有协同脱酸剂；协同脱硫脱氯塔上端与煤气输入管道的连接处为法兰连接，协同脱硫脱氯塔上半部分的塔盖与塔身采用法兰连接；协同脱硫脱氯塔下端与煤气输出管道连接处为法兰连接，协同脱硫脱氯塔下半部分的塔底与塔身采用法兰连接；协同脱酸剂更换子系统包括各个法兰连接，协同脱酸剂失效后通过可拆卸式法兰连接进行更换；协同脱酸剂是以活性氧化铝作为载体材料，采用等体积浸渍法负载Na2CO3制备所得。
进一步地，协同脱酸剂是通过以下方法制备的：将干燥的活性氧化铝载体于550℃焙烧3h后自然冷却；将含有载体15％质量分数的Na2CO3完全溶解于水中，溶液体积等于活性氧化铝的体积，以等体积浸渍法负载到活性氧化铝上，浸渍时间为24h，使载体材料充分吸收活性组分；浸渍后的协同脱酸剂于105℃下干燥5h，使水分烘干，让Na2CO3均匀的负载在活性氧化铝表面；干燥完的协同脱酸剂最后于350℃焙烧活化3h后自然冷却。
进一步地，在煤气输出管道上设置有通向煤气输入管道的旁通管道，旁通管道上设置有单向返流阀和增压风机，在反应塔床层上方内设置有气体压力检测装置，还设置有用于吹扫反应塔内残留煤气的大气连通阀。
其次，本发明首先提供了一种高炉煤气干法同时脱硫脱氯方法，包括步骤：使从布袋除尘器排出的高炉净煤气通过煤气输入管道进入协同脱硫脱氯塔中，煤气经过协同脱酸剂床层时，煤气中的HCl、H2S被协同脱酸剂中Na2CO3吸收脱除，煤气中的COS、CS2被协同脱酸剂催化水解为H2S接着被Na2CO3吸收脱除，脱除煤气中HCl、H2S、COS、CS2之后通过煤气输出管道进入TRT与减压阀组；协同脱硫脱氯塔上端与煤气输入管道的连接处为法兰连接，协同脱硫脱氯塔上半部分的塔盖与塔身采用法兰连接；协同脱硫脱氯塔下端与煤气输出管道连接处为法兰连接，协同脱硫脱氯塔下半部分的塔底与塔身采用法兰连接；协同脱酸剂是以活性氧化铝作为载体材料，采用等体积浸渍法负载Na2CO3制备所得；协同脱硫脱氯塔内协同脱酸剂失效后，拆卸法兰连接，清空协同脱硫脱氯塔内失效的协同脱酸剂，装入新的协同脱酸剂。
进一步地，，协同脱酸剂是通过以下方法制备的：将干燥的活性氧化铝载体于550℃焙烧3h后自然冷却；将含有载体15％质量分数的Na2CO3完全溶解于水中，溶液体积等于活性氧化铝的体积，以等体积浸渍法负载到活性氧化铝上，浸渍时间为24h，使载体材料充分吸收活性组分；浸渍后的协同脱酸剂于105℃下干燥5h，使水分烘干，让Na2CO3均匀的负载在活性氧化铝表面；干燥完的协同脱酸剂最后于350℃焙烧活化3h后自然冷却。
进一步地，还包括步骤：调整连接煤气入口管道和煤气出口管道的旁通管道上的单向返流阀开度和增压风机的转速，使煤气出口管道内的部分煤气反流回煤气入口管道，并与煤气入口管道内的煤气混合，以得到需要的反应物浓度和压力。
进一步地，还设置有用于吹扫反应塔内残留煤气的大气连通阀，在更换协同脱酸剂时，在拆卸法兰前，关闭单向返流阀，打开大气连通阀，启动增压风机进行残留煤气吹扫。
本发明仅采用一个步骤将高炉煤气中HCl和H2S无机酸的脱除、COS和CS2的水解转化都涉及到并全部脱除，弥补了传统工业只能分步工艺脱除高炉煤气中HCl或者含硫组分的缺陷。本发明比传统的分步脱除高炉煤气中HCl或者含硫组分工艺节省了大量对于建造脱酸系统设备的投资，同时省去繁琐的工艺也节省了工业用地，协同脱酸剂所使用的活性氧化铝与Na2CO3廉价常见的材料，节省成本。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例中的高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统的示意图；
图2是本发明进一步的实施例中的高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统的示意图；
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
根据本发明的高炉煤气干法同时脱硫脱氯系统参见图1。
本系统装置包括除尘后高炉净煤气供送子系统、协同脱硫脱氯塔子系统、协同脱酸剂更换子系统；其中
除尘后高炉净煤气供送子系统：高炉炉顶产生的荒煤气经过重力除尘器、布袋除尘器之后的净煤气通过煤气管道1进入协同脱硫脱氯塔2内。
协同脱硫脱氯塔脱酸子系统：该子系统连接在煤气管道1之后，协同脱硫脱氯塔内中部安装有协同脱酸剂床层2a，内填充有协同脱酸剂；协同脱硫脱氯塔上端与管道1连接处为法兰连接2b，协同脱硫脱氯塔上半部分的塔盖与塔身采用法兰连接2c；协同脱硫脱氯塔下端与管道3连接处为法兰连接2e，协同脱硫脱氯塔下半部分的塔底与塔身采用法兰连接2d。
协同脱酸剂更换子系统：该子系统包括2b、2c、2d、2e四处的法兰连接，2a中协同脱酸剂失效后通过可拆卸式法兰连接进行更换。
根据本发明的高炉煤气同时脱硫脱氯脱酸方法包括步骤：
从布袋除尘器排出的150℃的高炉净煤气通过煤气管道1进入协同脱硫脱氯塔2中，煤气经过协同脱酸剂床层2a时，煤气中的HCl、H2S被协同脱酸剂中Na2CO3吸收脱除，煤气中的COS、CS2被协同脱酸剂催化水解为H2S接着被Na2CO3吸收脱除，脱除煤气中HCl、H2S、COS、CS2之后通过管道3进入TRT与减压阀组；
协同脱硫脱氯塔2内协同脱酸剂失效后，通过2d、2e法兰连接拆卸清空协同脱硫脱氯塔2内失效的协同脱酸剂，通过2b、2c法兰连接拆卸装入新的协同脱酸剂。
其中，协同脱酸剂是通过以下方法制备的：
以活性氧化铝作为载体材料，采用等体积浸渍法负载Na2CO3制备所得协同脱酸剂，Na2CO3可以作为碱性活性组分吸收脱除HCl、H2S，也可以在活性氧化铝表面形成碱性中心催化水解COS、CS2。具体制备方法如下：
将干燥的活性氧化铝载体于550℃焙烧3h后自然冷却；将含有载体15％质量分数的Na2CO3完全溶解于水中，溶液体积等于活性氧化铝的体积，以等体积浸渍法负载到活性氧化铝上，浸渍时间为24h，使载体材料充分吸收活性组分；浸渍后的协同脱酸剂于105℃下干燥5h，使水分烘干，让Na2CO3均匀的负载在活性氧化铝表面；干燥完的协同脱酸剂最后于350℃焙烧活化3h后自然冷却。
以此方法所制备协同脱酸剂于实验室条件下对于模拟高炉煤气中HCl、H2S、COS和CS2的脱除(水解)效果如下表所示：
因此，通过实验已经证明了此协同脱酸剂具有同时脱硫脱氯的功能，其中
利用协同脱酸剂中Na2CO3吸收脱除高炉煤气HCl的基本原理为：
高炉煤气经过重力除尘及布袋除尘后的净煤气进入协同脱硫脱氯塔脱除煤气中HCl原理是通过安装在协同脱硫脱氯塔固定床层上的协同脱酸剂中Na2CO3吸收煤气中的HCl来达到高炉煤气脱氯作用。脱氯的过程发生的化学反应方程式如下：
Na2CO3+2HCl(g)——→2NaCl+H2O(g)+CO2(g) (1)
利用协同脱酸剂中Na2CO3吸收脱除高炉煤气H2S的基本原理为：
高炉煤气经过重力除尘及布袋除尘后的净煤气进入协同脱硫脱氯塔脱除煤气中H2S原理是通过安装在协同脱硫脱氯塔固定床层上的协同脱酸剂中Na2CO3吸收煤气中的H2S来达到高炉煤气脱除H2S作用。脱除的过程发生的化学反应方程式如下：
Na2CO3+H2S(g)——→Na2S+H2O(g)+CO2(g) (2)
利用协同脱酸剂充当催化剂水解高炉煤气COS的基本原理为：
高炉煤气经过重力除尘及布袋除尘后的净煤气进入协同脱硫脱氯塔水解煤气中COS原理是通过安装在协同脱硫脱氯塔固定床层上的协同脱酸剂中Na2CO3可以在表面形成碱性中心充当有机硫水解催化剂的作用，以此来达到高炉煤气水解COS作用。水解的过程发生的化学反应方程式如下：
COS(g)+H2O(g)——→H2S(g)+CO2(g) (3)
利用协同脱酸剂充当催化剂水解高炉煤气CS2的基本原理：
高炉煤气经过重力除尘及布袋除尘后的净煤气进入协同脱硫脱氯塔水解煤气中CS2原理是通过安装在协同脱硫脱氯塔固定床层上的协同脱酸剂中Na2CO3可以在表面形成碱性中心充当有机硫水解催化剂的作用，以此来达到高炉煤气水解CS2作用。水解的过程发生的化学反应方程式如下：
CS2(g)+2H2O(g)——→2H2S(g)+CO2(g) (5)
根据反应动力学，为优化反应过程，提高反应效率，希望能对气体反应物的浓度和压力进行控制和调节，尤其通过反应塔后，煤气压力损失较大。故如2图所示，在根据本发明的另一个实施例中，在煤气输出管道3上设置有通向煤气输入管道1的旁通管道4，旁通管道4上设置有单向返流阀5和增压风机6，在反应塔床层上方内设置有气体压力检测装置P。通过控制单向返流阀11的开度和增压风机16的转速，使得从煤气输出管道3中反应后气体部分地循环回流，同输入的净煤气进行混合配制，从而可对进入该脱酸系统的净煤气的压力和反应组分的浓度进行调整，同时相当于进行多级循环脱酸。此外，在需要更换协同脱酸剂时，在拆卸法兰前，关闭单向返流阀5，打开大气连通阀7和8，启动增压风机6对反应塔进行吹扫以去除残留煤气，保证操作人员的安全。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种多高炉自动配料方法、装置及存储介质