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钢铁行业高炉煤气深度脱硫技术探究

北极星大气网  来源:冶金管理  作者:李宝成 时越等  2020/12/16 10:10:19  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:本文对目前钢铁行业比较关注的高炉煤气深度脱硫技术进行介绍,并分析总结其工艺特点,结合河钢乐亭钢铁生产实际和环保要求,提出高炉煤气脱硫的必要性,建议采用适宜的高炉煤气脱硫工艺。

随着国家环保形势的日益严峻,各级政府连续出台了钢铁行业污染物深度治理方案,环保治理工作从污染物末端治理,开始向源头管理侧重。国家生态环境部下发环大气【2019】35 号《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,河北省下发DB13 2169-2018《河北省钢铁工业大气污染物排放标准》等标准及要求。唐环气【2019】3 号《唐山市钢铁行业全流程烟气达标治理工作方案》要求,高炉煤气配备脱硫化氢设施,确保高炉煤气硫化氢浓度≤20mg/Nm3。

高炉煤气在源头进行脱硫处理达标后,高炉煤气用户的烟气不需要进行脱硫处理,可有效降低钢铁企业全流程的环保运行成本。为此,河钢乐亭钢铁有限公司对目前国内现有的高炉煤气脱硫技术进行了考察、研究和对比分析,拟采用经济适用高效的技术对高炉煤气进行深脱硫,实现高炉煤气用户脱硫的源头治理。

一、高炉煤气脱硫

(一)高炉煤气成分及用户

通常情况下,高炉煤气中硫的形态有两种:有机硫(COS、C2S 为主)和无机硫(H2S),这两种形态的硫经高炉煤气用户使用燃烧后都将转换为SO2。不同高炉、不同燃料条件下高炉煤气中H2S、有机硫(COS、C2S)含量不尽相同,一般情况下高炉煤气中H2S 含量30-60mg/Nm3,有机硫(COS、C2S)含量80-150mg/Nm3。

河钢乐亭钢铁一期建设三座高炉,全部投产后日产高炉煤气约4000 万立方米;高炉煤气用户主要有热风炉3 座、煤气发电2 台、烧结和球团各2 台等。未经脱硫处理的高炉煤气经用户燃烧后SO2排放浓度在100mg/m3以上,超出现行国家和地方超低排放标准,因此各高炉煤气用户烟气需经脱硫处理后才能达到排放标准。

(二)高炉煤气脱硫技术

目前国内高炉煤气脱硫主要处于研究试验阶段,还没有特别成熟的实施案例。主要脱硫方法有两种:一是通过吸附材料将高炉煤气中H2S、有机硫(COS)进行吸附净化;二是将高炉煤气中的有机硫通过催化水解转化成H2S,然后通过碱液吸收净化。

1、吸附脱硫净化技术

此工艺目前在焦炉煤气脱硫中广泛运用,煤气通过吸附材料,依据吸附材料内部孔穴大小吸附或排斥不同的物质分子,同时根据不同物质分子极性或可极化度而决定吸附的次序,达到分离的效果。

吸附脱硫净化工艺流程如图1:

吸附材料饱和后经干净煤气反吹解析将吸附材料进行再生利用;解析后含H2S、COS 等煤气用于烧结机点火气源,燃烧后的废气经烧结脱硫系统处理达标后排放。

河钢乐亭钢铁投产后每座高炉产气量约55 万Nm3/h,利用吸附材料对高炉煤气吸附后反吹解析含硫煤气量约0.5 万Nm3/h。

反吹解析气体对烧结烟气中SO2的影响:

烧结烟气中SO2 浓度=(0.5*140 + 200*800)/200=800.35mg/Nm3(注:反吹解析气体中的SO2含量按140mg /Nm3计算,烧结脱硫入口烟气SO2按800mg/Nm3计算。)

通过以上计算可以看出,吸附技术中解析反吹气体用于烧结点火,对烧结烟气中SO2含量没有明显影响。因此烧结脱硫剂、脱硫产物、运行成本不会明显增加。

2、催化水解碱液吸收脱硫技术

高炉煤气通过两级催化水解装置,煤气中COS、CS2等有机硫化物催化水解生成H2S,H2S 气体与碱液发生反应去除硫。

高炉煤气催化水解工艺如图2:

COS+H2O=H2S+CO2

CS2+2H2O=2H2S+CO2

生成的H2S 气体通过碱液吸收反应,去除煤气中含硫化合

物,硫化氢吸收有两种方法。

(1)Na2CO3溶液吸收

H2S 气体与Na2CO3溶液发生反应,反应生成物在氧存在下被氧化生成单质硫,而Na2CO3 溶液恢复活性再利用。该反应过程如下:

H2S+Na2CO3=NaHS+NaHCO3

NaHS+NaHCO3+12

O2=S+Na2CO3+H2O

(2)NaOH 溶液吸收

H2S 气体与氢氧化钠溶液反应生成盐和水,反应化学式如下:

H2S+2NaOH=Na2S+2H2O

二、两种高炉煤气脱硫技术的比较

(1)吸附解析净化法脱硫利用吸附材料的物理性质脱硫,其工艺相对简单;脱硫后的含硫煤气用于烧结点火气源,不影响烧结正常生产,产生的烟气量、烟气中的含硫量变化不明显,且产生废气通过烧结脱硫处理后能够达到排放要求,产生的脱硫废物、处理运行成本等不会明显增加。

(2)催化水解碱液吸收法是化学反应过程需要催化剂参与,其工艺相对复杂,化学反应过程需要控制温度、消耗碳酸钠或氢氧化钠等化学药品,产生的单质硫、含盐(Na+、S2-)废水需要进一步处理,否则有可能产生二次污染。

三、结束语

(1)高炉煤气深脱硫符合污染物源头控制的环保管理要求,降低高炉煤气用户末端治理的压力,减少SO2对大气的污染。

(2)高炉煤气吸附脱硫技术利用物理原理脱硫,解析含硫煤气用于烧结点火气源,对烧结烟气量、烟气SO2含量无明显影响,通过烧结烟气脱硫可以满足现有排放标准要求。

(3)高炉煤气催化水解碱液吸收法是化学反应过程,需要合适的催化剂和反应条件,脱硫产物需要进一步处理。

(4)目前高炉煤气脱硫技术处于试验、试运行等研究阶段,脱硫效果有待于进一步实际运用验证。

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