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高炉煤气中总硫含量一般在80~240mg/m3,主要是羰基硫(COS),CS2,H2S三种硫分,占总含硫量的90%以上,其中COS占比最高,达70%~80%。CS2和H2S可以采用碱性物质中和脱除,有机硫的性质相对稳定,采用常规方法难以直接有效脱除。因此,精脱硫过程中对有机硫的脱除是关键,COS的脱除是要点。
高炉煤气的脱硫主要包括源头控制和末端治理。钢铁企业用高炉煤气加热气点分散,常规末端治理设备成本高,日常管理流程繁琐,而源头控制可减少处理的烟气量(可减少40%左右),避免末端分散治理,进而降低投资和运营成本。此外,在前端集中控制的硫化物,能减少后续燃烧过程中SO2的生成,降低SO2对后续脱硝工艺的影响。因此,高炉煤气源头控制是一种经济、优选的脱硫方式。
源头控制大致可分为湿法和干法,其中干法又可分为吸附和催化转化法。主要的脱硫方式如表2所示。
表2、精脱硫方法总结
常规湿法脱硫存在脱硫液循环量大,设备占地面积大且投资成本高,因此干法脱硫技术的应用研究较多。
吸附工艺是利用对硫化物有较强吸附能力的材料,如活性炭或分子筛等,对高炉煤气中的硫化物进行吸附,吸附饱和后再通过解吸将含硫化物的煤气送至烧结车间利用,燃烧产生的SO2通过烧结烟气脱硫系统处理。
吸附工艺根据吸附材料的不同,又可分为分子筛吸附法、微晶吸附法、改性活性炭吸附法。采取吸附工艺的精脱硫设施一般布置在高炉TRT之后,由吸附塔+煤气解吸系统组成。由于高炉煤气中含有H2O、粉尘、HCl等其他成分,会影响吸附剂的吸附效率和寿命,需要在吸附塔前配套设置煤气预处理装置,减少高炉煤气中的H2O、粉尘、HCl对吸附剂的影响,相应的也增加了工程成本。
COS催化加氢法常用于高硫尾气净化。高炉煤气中H2含量低,需要额外添加H2。在催化剂的作用下,COS与H2在250~500℃的温度条件下反应生成易于脱除的H2S,反应化学反应方程式如下:
催化加氢法副反应较多,高炉煤气中存在的CO和CO2易与H2发生副反应生成CH4,较高浓度的CO也会发生副反应生成炭黑,降低催化剂活性。这些副反应都属于放热反应,导致催化剂床层温度升高,加速催化剂失活,降低COS的转化效率。O2的存在也会促使催化剂的中毒和老化。
相比以上方法,催化水解法能耗较低,成本低廉,是煤气精脱硫最佳方法,原理是使COS在催化剂作用下直接与气体中的H2O反应转化为H2S,反应温度通常为30~250℃,反应化学反应方程式如下:
但该反应也需克服气体组分中O2、H2O和HCl导致的催化剂中毒问题。根据目前市面上的水解催化剂来看,普遍存在因上述问题而导致的催化剂寿命较短,需频繁更换的问题。针对以上难题,华电光大依托强大的研发实力,通过不断试验、配方优化、工艺改进等开发了适用于高炉煤气、焦炉煤气的精脱硫催化剂,助力企业响应国家节能减排,绿色低碳的号召,打赢污染防治攻坚战。
多年来,华电光大致力于烟气治理的技术研发和创新,不断为客户提供高质量的产品和服务,并先后获得了由国务院颁发的国家科学技术进步二等奖、教育部颁发的科学技术进步一等奖以及浙江省科学技术进步奖。
此次华电光大成功研发精脱硫催化剂,将助力钢铁企业达标排放,为企业主动适应国家绿色低碳的发展要求作出积极贡献!
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