CN110591769A - 一种高炉煤气催化脱硫装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高炉煤气催化脱硫装置及方法，包括冷却塔、吸收塔、再生塔、换热器、蒸汽煮沸器。吸收塔内高炉煤气中二氧化硫、有机硫和硫化氢溶解在溶剂槽中，加入有机酸和有机胺催化剂形成活性中间络合物，再与尾气、溶剂中溶解的硫化氢反应生成元素硫。富液从再生塔顶部进入，与自下而上的蒸汽煮沸器产生的气提蒸汽逆流接触，解析出富液中溶解的硫化物和CO₂，得到的贫液再进入吸收塔中，实现溶剂吸收剂的循环利用。富液和贫液在换热器中实现热量交换，被降温的富液进入再生塔，被加热的贫液进入吸收塔。再生塔反应过程中部分催化剂，通过塔外设置的冷却器降温至70℃后采用高速离心分离催化剂中蒸汽硫与副产物，从而实现部分催化剂的循环利用。

Description

一种高炉煤气催化脱硫装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高炉煤气新型催化脱硫装置及方法，应用于钢铁厂高炉煤气有机硫脱除。

背景技术

非电行业大气污染治理中钢铁厂烧结机、球团、高炉机组污染物排放占比较大需首先治理，其中烧结机、球团烟气条件与电力行业常规工艺类似可简单照搬大气污染治理工艺处理路线，但高炉煤气由于自身生产工艺及烟气条件限定且环保部未对尾气有硬性排放指标要求，随着环保部发布钢铁企业超低排放改造工作方案，规定到2020年10月底前长三角等大气污染防治重点区域完成超低排放改造，其中对热风炉中污染物的要求为SO₂：50mg/m³的要求比现有标准大幅收严，但市场此前未对高炉煤气污染物治理有过多的工艺研究且高炉煤气作为低热值燃料，高炉煤气中硫含量主要以羰基硫(COS)、二氧化硫(SO₂)、二硫化碳(CS₂)为主，三种硫成分占总硫量约为～90％，其中羰基硫占总硫量约为～30％，SO₂占总硫量为25～30％，CS₂占总硫量为～30％，高炉煤气中含S量较低 (小于0.01％)，成分较多且较复杂，再加上硫化物处理难度非常大，多数钢铁厂将其直接送入火炬烧掉，浪费了大量的能源。在能源日渐紧缺和节能减排日益的今天，合理利用高炉煤气成必然趋势。此外有机硫存在不仅引起设备设施的腐蚀，使后续生产过程中多种催化剂中毒，若操作不当还将严重威胁着人身安全，故高炉煤气脱硫成为高炉煤气利用的关键且属于必须消除或控制的污染物。

此外我国煤炭开发和利用造成的生态破坏和环境污染还很严重。如何在经济条件允许的情况下提高煤炭等资源的利用率，减少对环境的污染使我们迫切需要解决的问题，实施洁净煤技术是中国能源的战略选择，它将解决三个方面的问题：(1)污染物及温室气体排放量的控制；(2)降低对进口石油的依存度；(3)提高利用效率。

发明内容

本发明的目的是：为了解决目前钢铁厂高炉煤气有机硫脱除的技术瓶颈和实现技术突破，提出一种能够长期稳定运行的一种高炉煤气新型催化脱硫装置及方法。

本发明的技术方案：

一种高炉煤气催化脱硫装置，包括冷却塔、吸收塔、溶剂吸收剂槽、催化剂槽、第一液体循环泵、过滤器；所述冷却塔的进气口接高炉尾气，出气口连接吸收塔的进气口；所述吸收塔内进气口的下方为第一溶剂槽，进气口与吸收塔顶部的出气口之间自下而上依次为第一气液接触装置、第一喷淋装置、第一除雾装置；所述溶剂吸收剂槽连通第一溶剂槽，催化剂槽和第一溶剂槽均连通第一液体循环泵的进液口，第一液体循环泵的出液口连接过滤器的进液口，过滤器的出液口连接第一喷淋装置；所述第一溶剂槽和溶剂吸收剂槽内装有用于吸收高炉煤气中二氧化硫、有机硫和硫化氢的溶剂吸收剂，所述催化剂槽内的催化剂为有机酸与有机胺。

冷却塔布置于吸收塔前端入口对尾气进行增湿，并保证进入吸收塔内的高炉煤气温度控制120-130℃，在吸收塔内高炉煤气中二氧化硫、有机硫和硫化氢溶解在第一溶剂槽中，通过第一液体循环泵加入的有机酸和有机胺催化剂与溶剂吸收剂形成活性中间络合物，再与尾气、溶剂中溶解的硫化氢反应生成元素硫。

进一步的，还包括再生塔、换热器、第二液体循环泵、蒸汽煮沸器、第二喷淋装置；所述再生塔内底部为第二溶剂槽，再生塔顶部出气口与第二溶剂槽之间自上而下依次设置第二除雾装置、第二气液接触装置；第二喷淋装置设置于除雾装置、第二气液接触装置之间；第一溶剂槽连接第二液体循环泵的进液口，第二液体循环泵的出液口连接换热器的热液进口，换热器的热液出口连接第二喷淋装置；蒸汽煮沸器的进液口连通第二溶剂槽，蒸汽出口设置于第二气液接触装置和第二溶剂槽之间。

吸收高炉尾气后的脱硫富液通过第二液体循环泵抽出经换热器换热回收部分热量后，富液从再生塔顶部进入，在温度90-130℃范围内，压力-50kpa～50kpa的条件下，与自下而上的蒸汽煮沸器产生的气提蒸汽逆流接触，解析出富液中溶解的硫化物和CO₂。液体硫磺沉淀至第二溶剂槽的底部。

进一步的，还包括第三液体循环泵、第三喷淋装置；第三喷淋装置设置于吸收塔内，第一气液接触装置和第一除雾装置之间；第三液体循环泵的进液口连通第二溶剂槽，出液口连接换热器的冷液进口，换热器的冷液出口连接第三喷淋装置。

富液中溶解的硫化物和CO₂被解析出后得到的贫液经第三液体循环泵和第三喷淋装置进入吸收塔中，实现溶剂吸收剂的循环利用。第二液体循环泵将高温的富液从吸收塔泵进换热器中，第三液体循环泵将低温的贫液从再生塔中泵进换热器中，富液和贫液在换热器中实现热量交换，被降温的富液进入再生塔，被加热的贫液进入吸收塔。

进一步的，第二溶剂槽底部设有液体硫磺排出口。

进一步的，还包括冷却器、高速离心分离器；冷却器的进液口连通第二溶剂槽，出液口连接高速离心分离器，高速离心分离器的出液口连接催化剂槽。

再生塔反应过程中部分催化剂实现再生，通过塔外设置的冷却器降温至70℃后采用高速离心分离催化剂中液体硫与副产物，从而实现部分催化剂的循环利用。

进一步的，再生塔顶部出气口连接再生酸气焚烧系统。

从再生塔顶部出来的再生酸气塔顶除雾装置去除液滴后经引风机输送至酸气焚烧系统，焚烧后排入大气。

作为优选，所述的溶剂吸收剂为聚乙二醇与水的混合物。

作为优选，所述的高炉煤气新型催化脱硫装置适用负荷范围为30％-100％。

作为优选，所述的预冷却塔、吸收溶剂吸收塔、再生塔为钢结构型式，均为逆向喷淋洗涤方式。

作为优选，所述的第一液体循环泵、第二液体循环泵、第三液体循环泵均为卧式合金材质的离心泵。

作为优选，所述的除雾装置为由PP板制作成多通道勾型来分离尾气携带的液滴装置。

作为优选，所述的高速离心分离机根据溶液比重不同所受到的离心力不同，沉降速度不同，能使催化剂副产物达到分离。

作为优选，所述的吸收剂溶液过滤器为篮式外置式管道过滤器、喷淋装置为玻璃钢管网均布式；

作为优选，所述的吸收塔内填料装置采用PP折流板组合成一定型式后用于溶剂吸收剂与高炉尾气增加接触停留时间。

一种高炉煤气催化脱硫方法，包括如下步骤：

步骤1：冷却塔将高炉煤气降温；

步骤2：高炉煤气进入吸收塔与溶剂吸收剂接触，二氧化硫、有机硫和硫化氢溶解在溶剂吸收剂中，溶剂吸收剂与催化剂反应形成活性中间络合物，活性中间络合物与溶剂吸收剂中的硫化氢反应生成元素硫；吸收塔底部的溶液循环泵入吸收塔上部；

步骤3：吸收塔中底部的溶液经换热器降温后循环泵入再生塔上部，与自下而上的蒸汽煮沸器产生的气提蒸汽逆流接触，解析出其中溶解的硫化物和CO₂；

步骤4：再生塔底部的溶液循环泵入换热器，与换热器中的吸收塔溶液换热后进入吸收塔；

步骤5：再生塔底部的溶液循环泵入冷却器，降温后进入高速离心分离器，分离出催化剂和副产物；

步骤6：从再生塔顶部出来的再生酸气经塔顶除雾装置去除液滴后经引风机输送至酸气焚烧系统，焚烧后排出；吸收塔内的气体经塔顶除雾装置去除液滴后排出。

本发明有益效果：本发明的设计通过预冷却塔控制尾气温度120-130℃，溶剂吸收剂气液吸收比达到1：200，吸收剂聚乙二醇用量少，有机酸有机胺催化剂的脱硫装置设计，提高装置对COS,CS2转化率，同时解决硫化氢溶解度小，NaSO4和硫磺乳化问题，保证高炉煤气新型催化脱硫装置长期稳定运行此外系统实现溶剂吸收剂和部分催化剂的再生循环利用，能够极大的节省运行成本，为今后钢铁厂高炉煤气脱硫提供较好的工艺技术路径。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

以钢铁行业高炉煤气有机硫脱除试验装置为例做说明，如图1所示，该系统主要包括冷却塔1、第一气液接触装置2、吸收塔3、第一溶剂槽4、溶剂吸收剂槽5、第一除雾装置6、第一液体循环泵7、过滤器8、催化剂槽9、换热器10、第二液体循环泵11、再生塔12、第二气液接触装置13、第二除雾装置14、第三液体循环泵15、第二溶剂槽 16、蒸汽煮沸器17、冷却器18、高速离心分离器19、再生酸气焚烧系统20。所述冷却塔1布置于吸收塔3前端入口，保证进入吸收塔内的高炉煤气温度控制在120-130℃，在吸收塔内高炉煤气中二氧化硫、有机硫和硫化氢的溶解在第一溶剂循环槽中溶剂吸收剂与通过第一液体循环泵7加入的有机酸和有机胺催化剂(有机酸与有机胺的体积比为 2:8)形成活性中间络合物，活性中间络合物与尾气、溶剂中溶解的硫化氢反应生成元素硫。

吸收高炉尾气后的脱硫富液通过第二液体循环泵11抽出经换热器10换热回收部分热量后，富液从再生塔12顶部进入，在一定温度90-130℃内，压力-50kpa～50kpa的条件下，与自下而上的蒸汽煮沸，17产生的气提蒸汽逆流接触，解析出富液中溶解的硫化物和CO₂。再生塔12内溶剂吸收剂再生实现了循环使用，反应过程中还实现了有机酸、有机胺催化剂的部分再生，液体硫磺的回收利用。

富液中溶解的硫化物和CO₂被解析出后得到的贫液经第三液体循环泵15和第三喷淋装置进入吸收塔3中，实现溶剂吸收剂的循环利用。第二液体循环泵11将高温的富液从吸收塔3泵进换热器10中，第三液体循环泵15将低温的贫液从再生塔12中泵进换热器10中，富液和贫液在换热器10中实现热量交换，被降温的富液进入再生塔12，被加热的贫液进入吸收塔3。

从再生塔顶部出来的再生酸气经塔顶除雾装置去除液滴后经引风机输送至酸气焚烧系统，焚烧后排入大气；吸收塔内的气体经塔顶除雾装置去除液滴后排入大气。

吸收塔内反应按H₂S/S0₂为2:1进行，硫化氢与二氧化硫在溶剂中溶解度相差很大,为确保液相中H₂S/S0₂比为2:1,要求高炉尾气中H₂S/S0₂比略大于2。主要反应式如下：

聚乙二醇加水溶液中加入有机酸、有机胺溶剂类催化剂，可以提高有机硫的脱除率。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种高炉煤气催化脱硫装置，其特征在于，包括冷却塔(1)、吸收塔(3)、溶剂吸收剂槽(5)、催化剂槽(9)、第一液体循环泵(7)、过滤器(8)；所述冷却塔(1)的进气口接高炉尾气，出气口连接吸收塔(3)的进气口；所述吸收塔(3)内进气口的下方为第一溶剂槽(4)，进气口与吸收塔(3)顶部的出气口之间自下而上依次为第一气液接触装置(2)、第一喷淋装置、第一除雾装置(6)；所述溶剂吸收剂槽(5)连通第一溶剂槽(4)，催化剂槽(9)和第一溶剂槽(4)均连通第一液体循环泵(7)的进液口，第一液体循环泵(7)的出液口连接过滤器(8)的进液口，过滤器(8)的出液口连接第一喷淋装置；所述第一溶剂槽(4)和溶剂吸收剂槽(5)内装有用于吸收高炉煤气中二氧化硫、有机硫和硫化氢的溶剂吸收剂。

2.根据权利要求1所述的一种高炉煤气催化脱硫装置，其特征在于，还包括再生塔(12)、换热器(10)、第二液体循环泵(11)、蒸汽煮沸器(17)、第二喷淋装置；所述再生塔(12)内底部为第二溶剂槽(16)，再生塔(12)顶部出气口与第二溶剂槽(16)之间自上而下依次设置第二除雾装置(14)、第二气液接触装置(13)；第二喷淋装置设置于除雾装置(14)、第二气液接触装置(13)之间；第一溶剂槽(4)连接第二液体循环泵(11)的进液口，第二液体循环泵(11)的出液口连接换热器(10)的热液进口，换热器(10)的热液出口连接第二喷淋装置；蒸汽煮沸器(17)的进液口连通第二溶剂槽(16)，蒸汽出口设置于第二气液接触装置(13)和第二溶剂槽(16)之间。

3.根据权利要求2所述的一种高炉煤气催化脱硫装置，其特征在于，还包括第三液体循环泵(15)、第三喷淋装置；第三喷淋装置设置于吸收塔(3)内，第一气液接触装置(2)和第一除雾装置(6)之间；第三液体循环泵(15)的进液口连通第二溶剂槽(16)，出液口连接换热器(10)的冷液进口，换热器(10)的冷液出口连接第三喷淋装置。

4.根据权利要求2所述的一种高炉煤气催化脱硫装置，其特征在于，第二溶剂槽(16)底部设有液体硫磺排出口。

5.根据权利要求2所述的一种高炉煤气催化脱硫装置，其特征在于，还包括冷却器(18)、高速离心分离器(19)；冷却器(18)的进液口连通第二溶剂槽(16)，出液口连接高速离心分离器(19)，高速离心分离器(19)的出液口连接催化剂槽(9)。

6.根据权利要求2所述的一种高炉煤气催化脱硫装置，其特征在于，所述再生塔(12)顶部出口连接酸气焚烧系统。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种高炉煤气催化脱硫装置，其特征在于，所述溶剂吸收剂为聚乙二醇与水的混合物，催化剂槽(9)内的催化剂为有机酸与有机胺。

8.一种高炉煤气催化脱硫方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：冷却塔将高炉煤气降温；

步骤2：高炉煤气进入吸收塔与溶剂吸收剂接触，二氧化硫、有机硫和硫化氢溶解在溶剂吸收剂中，溶剂吸收剂与催化剂反应形成活性中间络合物，活性中间络合物与溶剂吸收剂中的硫化氢反应生成元素硫；吸收塔底部的溶液循环泵入吸收塔上部；

步骤3：吸收塔中底部的溶液经换热器降温后循环泵入再生塔上部，与自下而上的蒸汽煮沸器产生的气提蒸汽逆流接触，解析出其中溶解的硫化物和CO₂；

步骤4：再生塔底部的溶液循环泵入换热器，与换热器中的吸收塔溶液换热后进入吸收塔；

步骤5：再生塔底部的溶液循环泵入冷却器，降温后进入高速离心分离器，分离出催化剂和副产物；

步骤6：从再生塔顶部出来的再生酸气经塔顶除雾装置去除液滴后经引风机输送至酸气焚烧系统，焚烧后排出；吸收塔内的气体经塔顶除雾装置去除液滴后排出。