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中晶技术|碳达峰背景下的高炉煤气精脱硫工艺选择

北极星大气网  来源:中晶环境  作者:徐丽影  2021/9/10 16:29:22  我要投稿  

北极星大气网讯:一背 景

高炉煤气是高炉炼铁过程中产生的副产低热值燃料,可被应用于热风炉、加热炉、电厂、烧结等工艺过程中。高炉煤气余压透平发电装置就是利用高炉煤气的压力能及热能,使煤气通过透平膨胀机做功,来驱动发电机发电。高炉煤气中所含有机硫以羰基硫(COS)为主,占比约70%,无机硫以硫化氢(H2S)为主,占比约30%,总硫浓度为100-200mg/Nm3,二氧化碳含量为15-20%。目前钢铁行业脱硫技术路线包括源头控制和末端治理。高炉煤气下游用气点较多且相对分散,采用末端治理,需在多点设置脱硫设施,会增加企业环保成本;采取源头控制,可有效减少燃气中的硫分,大幅降低投资、运营成本,减少末端治理压力。

2019年4月,生态环境部印发《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》,2021年1月,唐山发布了“〔2021〕11号 ”文件。两个文件都提出要“加强源头控制,高炉煤气、焦炉煤气应实施精脱硫”,对SO2作出要达到超低排放限值的要求。2021年7月16日全国碳交易市场在上海正式启动,它是推动绿色低碳发展的一项重大制度创新,碳市场的建立对控排企业增加了碳排放的政策约束和减碳成本,碳配额将成为企业关注的重要利益价值。

高炉煤气精脱硫是一种新的技术发展方向,但目前尚处于探索阶段,技术的不成熟主要体现在以下几个方面:

难点一:高炉煤气中的灰分、碱性金属和氯化氢含量较高,容易造成吸附剂和水解剂的堵塞和失活。

难点二:高炉煤气中的CO2浓度含量较高,是羰基硫和硫化氢的数千倍,碱性物质会优先与CO2发生反应,因此,使用常规的碱液很难脱除高炉煤气中的羰基硫和硫化氢。

难点三:目前多数水解催化剂需要在烟温较高的条件下才能实现较高的水解催化效率,所以水解催化装置多设置在烟温较高的TRT之前,但会造成高炉煤气压力及热能的损失,对后面TRT的发电量造成较大影响,进而间接造成企业碳配额的浪费。

为解决高炉煤气脱硫面临的技术难题,中晶环境科技股份有限公司自主研发了禧德煤气精脱硫技术(CGD)。

二禧德煤气精脱硫技术(CGD)

中晶环境首创全干法禧德煤气精脱硫技术,采用自主研发新型材料,作用于预处理、催化水解、吸收脱硫等单元中,并结合拥有特殊结构的专有吸收塔设备实现低温、无废水、低阻力的高炉煤气超净排放工艺。

2.1禧德煤气精脱硫机理

中晶环境禧德煤气精脱硫技术是一种低温低压状态下的全干式、预处理脱氯、有机硫催化水解、可抗CO2影响的干法脱除硫化氢的综合高效煤气精脱硫技术。该技术涉及具有自主知识产权的三种新型材料,分别为具备高效脱除氯化氢的预处理剂、可抵抗硫化氢转化的具备特殊晶型的高效水解催化剂、硫化氢脱除效率高且硫容高的颗粒型吸收剂。该系统设置在高炉煤气TRT系统后(压力≤20KPa,70℃≤温度≤90℃),不会影响原TRT系统的高效运行。系统总阻力小于4000Pa,可以保证在不升压条件下完成高炉煤气到各用气点或煤气柜的正常输送。

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禧德煤气精脱硫工艺(CGD)流程图

禧德煤气精脱硫技术采用自主研制的催化剂利用煤气中少量气态水分子将以羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)为代表的有机硫完成水解转化为无机硫硫化氢(H2S)。该水解催化剂材料具有特殊的活性组分及配比,且已申请自主知识产权;选用特殊晶型可降低硫化氢生成后对催化剂的影响,保障了水解催化剂的寿命。有机硫的水解反应过程见下列典型化学反应方程式。

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禧德煤气精脱硫技术采用自主研制铁基负载活性组分的硫化氢脱除剂,选用特殊晶型可提高硫化氢脱硫效率且具有较高的硫容,该脱除剂材料具有特殊活性组分且已申请自主知识产权。硫化氢脱除反应见下列化学反应方程式。

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禧德煤气精脱硫技术解决了高炉煤气燃烧后排放点分散、煤气中HCL易造成水解催化剂寿命低、CO2浓度高造成的传统湿法脱除硫化氢工艺碱液消耗量大、有废水排放、含水量增加造成的热值下降、系统阻力大造成需要设置升压装置等诸多问题。此技术由于设置了预处理剂可以保护水解催化剂不受前端高温布袋损坏尘超标和HCL的双重影响。

2.2反应方程式

(1)水解单元化学反应方程式

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(2)吸收单元化学反应方程式

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2.3技术路线

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2.4四大核心技术

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①预处理单元:此单元的任务是采用干法脱除高炉煤气中所含的HCL,同时作为布袋除尘器泄漏时催化剂的保护屏障。

②水解单元:此单元的任务是将高炉煤气中所含的COS、CS₂等有机硫转化为无机硫(H2S),以便于后续单元的无机硫脱除,控制总硫含量。

③吸收单元:此单元的任务是将含有无机硫的煤气送入填充有禧德Ⓡ铁基脱硫材料的固定床中进行深度吸收反应。H2S与铁基吸收剂反应生成盐类化合物并固着在材料上最终彻底脱硫净化;出塔脱硫后的煤气可实现燃烧后SO2含量低于20mg/Nm3,然后送往净化煤气总管。

2.5技术优势

■脱硫技术全部放在TRT之后,不影响TRT发电,不会间接造成企业碳配额损失;

■干法脱硫,不受煤气中CO2影响,系统无废水排放;

■全干式预处理、水解、吸收过程可降低煤气湿度,保证煤气热值,预处理段的设置可抵抗烟气中氯和布袋泄漏的影响,延长催化剂使用寿命;

■脱硫效率高(95%以上):可同时脱除无机硫和有机硫,满足末端用户超低排放要求;

■协同效率高:可以协同脱除煤气中HCL、CO2、HF等酸性气体,保护后端管道、设备;

■同步率高:水解催化效率高,系统不堵塞,系统运行稳定,保证高炉正常生产;

■压降小:压降损失小,对发电系统影响小,减少发电损失;

■占地小:系统模块化设计、工艺简单、设备占地面积小;

■投资少:施工周期短、运行费用低、更安全更可靠。

2.6应用场景

禧德煤气精脱硫技术主要应用于焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气及其它领域。

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三结 语

中晶环境禧德煤气精脱硫技术(CGD)在水解转化率和吸收效率都达到95%的基础上,可以较好地解决以下问题:煤气精脱硫技术面临的水解催化剂堵塞、失活问题;受CO2影响,常规碱液脱除效果不佳的问题;以及因水解催化单元设置TRT之前,间接造成的碳配额损失问题。在“双碳”背景下,禧德Ⓡ煤气精脱硫技术通过源头减排,帮助钢企实现精准减污降碳,助力下游煤气用户源头降硫,避免多工序末端治理设施增建耗能增碳。同时,禧德煤气精脱硫技术也将为我国钢铁行业开启低碳新征程,为实现更高质量发展起到良好的带头作用。

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