高炉煤气精脱硫工艺对比分析.pdf

第 4 期高炉煤气精脱硫工艺对比分析孔令斌，谭鑫，李俊，雷亮（宝武水务科技有限公司，上海200000）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 4 期2024 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2024摘要：随着国民经济的快速发展，在现代化工业生产中，环保治理已成为整个工业生产中必不可少的一个重要组成部分。高炉煤气精脱硫作为最近几年新兴环保工艺，属于环保治理中的大气前端治理方法的一种。为更好地选择高炉煤气精脱硫的工艺，需要对现有在用各种工艺进行对比分析，从而进行最优工艺选择。高炉煤气精脱硫改造完成后，热风炉及各种加热炉烟气中的 SO250mg/Nm3；烧结机、球团竖炉及煤气锅炉烟气中的SO235mg/Nm3。关键词：高炉煤气；精脱硫；水解；干法；环保治理作者简介：孔令斌（1979），男，山东菏泽人，主要研究方向：煤气精脱硫、脱硫脱硝、余热利用等。中国环境保护产业协会冶金环保专业委员会组织相关钢铁企业、环保企业和研究机构，在总结现有钢铁企业超低排放改造实践经验的基础上编制了 钢铁企业超低排放改造技术指南，明确指出加强源头控制，高炉煤气净化系统宜配套脱酸装置，鼓励高炉煤气有机硫脱除技术的研发和工程应用。为更好地选择高炉煤气精脱硫的工艺，需要对在用各种工艺进行对比分析。1现状高炉煤气中的无机硫占比一般为 25%35%，以 H2S形态存在；有机硫占比一般为 65%80%，主要以 COS、CS2形态存在。硫化氢相对易处理，有机硫由于气体性质较稳定，不易参与化学反应，较难处理。因此脱除有机硫成为高炉煤气脱硫的关键咱1暂。经调研，目前国内建成投产的高炉煤气精脱硫装置有 30 余套，采取的主要工艺路线及其占比分别为水解+湿法氧化 11%、微晶吸附 22%、水解+碱洗 28%、水解+干法 39%。其中较具代表性的，采用 TRT 前水解的工艺有太行钢铁集团、山西高义钢铁、首钢迁安钢铁、衡阳华菱钢管、山西宏达钢铁、山西长治兴宝钢铁、山西晋南钢铁、华鑫源、新兴铸管共 9 家；采用 TRT 后水解的工艺有紫竹集团海城恒盛铸业、内蒙古建龙、安阳钢铁、福建大东海精品钢铁、河北天柱钢铁、美锦钢铁，共 6 家。但按时间节点来对比，2021 年前的业绩共有 6台套，TRT 前水解的占比 5 个，无 TRT 后水解工艺。自2021 年以来，共有 10 台套业绩，其中 TRT 后水解占比6 个，TRT 前的业绩为 4 个，明显 TRT 后采用低温水解的业绩数量呈现快速增长的趋势。2工艺介绍及分析2.1水解+碱洗法典型工艺流程为：高炉煤气除尘系统寅有机硫水解转化TRT喷碱水洗脱硫高炉煤气管网。其工艺流程如图 1 所示。高炉煤气经过预处理塔脱除氯离子、氟离子等酸根离子后，进入有机硫水解装置，煤气中的 COS、CS2通过水解催化剂转化为 H2S。水解后的煤气进入吸收塔与塔顶喷洒的碱液逆向接触，将煤气中的硫化氢脱除。图 1典型水解+碱洗法工艺流程图高炉布袋除尘器高压区旁路门预处理塔水解塔调节阀组TRT 透平装置循环水循环泵 A/B原料泵外界水去煤气管网吸收塔水箱碱液箱37冶金与材料第 44 卷2.2水解+湿法氧化法典型工艺流程为：高炉煤气除尘系统寅有机硫水解转化TRT常温湿法氧化脱硫高炉煤气管网。其工艺流程如图 2 所示。高炉煤气在经过布袋除尘后，经过预处理塔脱除氯离子、氟离子等酸根离子后，进入有机硫水解装置，煤气中的 COS、CS2通过水解催化剂转化为 H2S。水解后的煤气进入吸收塔与塔顶喷洒的碱液逆向接触，将煤气中的硫化氢脱除。脱硫液从洗涤塔底部排出，用泵送入再生塔，被空气氧化再生后循环使用。硫泡沫从再生塔顶部流入真空过滤机，再经熔硫釜制成硫膏咱2暂。2.3水解+干法吸附典型工艺流程为：高炉煤气除尘系统寅煤气预处理有机硫水解转化 TRT吸附脱硫高炉煤气管网。其工艺流程如图 3 所示。高炉煤气在经过布袋除尘后，经过预处理塔脱除氯离子、氟离子等酸根离子后，进入有机硫水解装置，煤气中的 COS、CS2通过水解催化剂转化为 H2S。水解后的煤气通过冷却器冷却至常温后进入干法脱硫塔，将煤气中的硫化氢脱除。图 2典型水解+湿法氧化法工艺流程图图 3典型水解+干法吸附工艺流程图2.4微晶吸附典型工艺路线为：高炉煤气除尘系统TRT微晶吸附脱硫高炉煤气管网。其工艺流程如图 4 所示。微晶吸附过程是筛分和吸附综合作用的结果。从微孔通过的小分子能达到孔穴内表面而被吸附，而较大的分子则被排斥于微孔之外。对体积大小差别不大的分子，分子筛会优先吸附极化程度高的分子，极化程度高的分子会把所有其他被吸附物质的分子从吸附表面置换出来。2.5工艺对比分析以上四种工艺路线在市场上均有应用，其适应工况有所区别，参照类似已投运项目的投资及运维情况，结合市场调研结果和高炉煤气实际特点，可得出（2500m3高炉）高炉煤气精脱硫工程以下投资（不含税）、运行费用（不含折旧、维护费）及操作复杂程度对比分析，详见如下咱3-4暂。2.5.1工艺特点对比分析（1）水解+干法吸附：该工艺流程较短，运转设备少，操作维护较简单。硫化氢脱除率高，可达到 98%，适应波动能力强，可靠性高。投资成本较高，运维成本低。失效脱氯剂、失活水解剂回收；脱硫剂回用。脱硫效率高，无废水产生，适应波动能力强。系统阻力较大约7高炉布袋除尘器重力除尘器高炉布袋除尘器高压区调节阀组TRT 透平装置洗涤泵循环泵硫磺熔硫釜泡沫过滤机排气口去煤气管网水解塔预处理塔冼涤塔再生塔旁路门水解塔预处理塔调节阀组TRT 透平装置旁路门低压区脱硫塔冷却器燃气锅炉装置轧钢加热炉热风炉装置38第 4 期10kPa；需定期对脱氯剂、水解催化剂和脱硫剂进行更换并专项处理。（2）水解+湿法氧化法：工艺流程长，运转设备多，操作运维复杂。硫化氢脱除率高，可达 95%；煤气工况波动时，需进行调节，可靠性尚可。投资成本较高，运维成本较高。少量含盐废水，失效脱氯剂、失活水解剂回收。脱硫效率高、系统阻力小一般4kPa，废液量少。仍会产生少量废液，操作运维复杂；副产物硫膏难处理；需定期对脱氯剂、水解催化剂进行更换并专项处理。（3）水解+碱洗法：运转设备较多，操作运维简单。硫化氢脱除率不高，约 90%；煤气工况波动时，需进行调节，可靠性一般。投资成本低，运维成本高。大量含盐的废水。失效脱氯剂、失活水解剂回收。投资较少、系统阻力小4kPa。产生大量废液，脱硫效率不高，一般为90%。（4）微晶吸附法：工艺流程较短，运转设备较少，操作较简单。硫化氢脱除率较高，约 92%95%，有机硫较高时，需设置水解工序。适应波动能力一般，可靠性一般。投资成本高，运维成本较低。富硫解析气难以消纳。失效脱氯剂、失活水解剂回收。无废水产生，系统阻力小较小 45kPa，微晶材料可重复使用。微晶材料硫容低，吸附周期短，需频繁再生；再生解析气无法消纳；微晶材料价格高，建设投资大咱5暂。2.5.2投资及运行对比分析由图 5 可知，处理 2500m3高炉副产的高炉煤气时，水解+微晶吸附工艺的一次投资、运行费用及运维难度均高于水解+干法吸附工艺。脱硫装置的阻力会随着脱硫的进行逐渐增加，为防止混合煤气掺混点压力过低（811kPa）造成无法掺混或混合煤气倒流故障，应控制焦炉管网运行压力，并随时监测精脱硫系统出口高炉煤气压力。3结语综上所述，湿法脱硫（碱洗、湿式氧化法）虽然一次投资稍低，但由于运行过程中产生含多种盐分的废液，造成二次污染，且设备较多、操作较复杂，使其运行费用明显高于一次投资稍高的水解+干法脱硫工艺；水解+微晶吸附工艺与水解+干法吸附工艺系统流程较为接近，主要区别在于：水解+微晶吸附工艺的微晶脱硫剂，其价格昂贵，更换周期为 5 年，每 12 天再生一次，再生温度 220以上，再生系统包含风机、蒸汽换热器及电加热器等，能耗较高；水解+干法吸附工艺的脱硫剂采用氧化铁或改性活性炭，其价格低廉，不需要再生，更换周期为 612 个月，因此微晶吸附法运行费用和一次投资均高于水解+干法脱硫工艺，经济性不佳，且副产物（富硫煤气）的消纳难度大，运行不稳定，因此在现阶段微晶不能进一步优化的情况下，并不适合进一步应用。因此，从长期运行的经济性（含项目建设投资、运行费用等）、日常运行维护和稳定性等方面考虑，建议高炉煤气精脱硫的工艺方案优先选用水解+干法吸附工艺。参考文献1 付柯，赵强，冯想红，等.高炉煤气精脱硫工艺技术研究进展J.工业炉，2023，45（6）：18-22.2 曹欣川洲，刘自民，程黄根，等.马钢高炉煤气精脱硫工艺路线探讨 J.冶金动力，2022（6）：29-32.3 李志伟，张迎龙，刘云.高炉煤气精脱硫工艺线的选择 J.一重技术，2023（1）：4-6+30.4 吕智，高文涛.论高炉煤气精脱硫工艺路线探析 J.中国科技期刊数据库 工业A，2022（5）：200-202.5 王辉.高炉煤气干法精脱硫技术研究 J.当代化工研究，2023（18）：119-121.图 5各脱硫工艺投资、运行费用、操作复杂程度对比图孔令斌等：高炉煤气精脱硫工艺对比分析图 4典型微晶吸附工艺流程图进净化装置煤气冷却塔进初脱硫工段风机换热器低温蒸汽高温蒸汽净化后煤气换热后煤气吸附塔吸附塔吸附塔吸附塔吸附塔20000180001600014000120001000080006000400020000759613.759541 15.58190502042520151050投资费用（万元）运行费用（元/吨铁）操作复杂程度水解+干法微晶吸附法末端脱硫法39