1技術(shù)背景

高爐煤氣是高爐煉鐵生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的可燃?xì)怏w。它的大致成分為二氧化碳6-12%、一氧化碳28-33%、氫氣1-4%、氮?dú)?5-60%、烴類0.2-0.5%及少量的硫化物。它的含塵濃度10-50克/立方米(標(biāo)況)，產(chǎn)塵量平均為50kg/t(生鐵)-75kg/t(生鐵)。粉塵粒徑在500μm以下，主要是鐵、氧化亞鐵、氧化鋁、氧化硅、氧化鎂和焦炭粉末。高爐煤氣的成分和熱值與高爐所用的燃料、所煉生鐵的品種及冶煉工藝有關(guān)，現(xiàn)代的煉鐵生產(chǎn)普遍采用大容積、高風(fēng)溫、高冶煉強(qiáng)度、高噴煤粉量的生產(chǎn)工藝，采用這些的生產(chǎn)工藝提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率并降低能耗，但是其所產(chǎn)的高爐煤氣熱值低，收益利用起來難度大。

高爐煤氣作為鋼鐵行業(yè)主要副產(chǎn)物之一，通常條件下，除高爐熱風(fēng)爐自身使用外，還有大量富余，如不能回收利用則只能放空排放，造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。為了充分利用富余的高爐煤氣，一般情況是在燃煤動(dòng)力鍋爐中摻燒一部分或供小型混合煤氣鍋爐混燒，回收量都不是很大。

近年來，隨著鋼廠節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，以及國 家環(huán)保政策的不斷加強(qiáng)，以前的那種末端治理越來越不適應(yīng)新形勢下的環(huán)保要求，因此，鋼廠 必 須從源頭上進(jìn)行治理。如唐山等地環(huán)保局提出了高爐煤氣前脫H2S后再清潔利用，明確硫化物的治理方向。

景下，做為國內(nèi)脫硫脫硝化氫行業(yè)的企業(yè)，我公司聯(lián)合華北理工大學(xué)等高校及相關(guān)研究單位，對高爐煤氣脫硫進(jìn)行攻關(guān)和研究，了針對高爐煤氣脫硫的工藝路線。

2高爐煤氣組分

高爐煤氣的主要成分為：CO、CO2、N2、H2、CH4 等，其中可燃成分 CO 含量約占 25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、N2的含量分別占 15%，55 %，熱值僅為 3500kJ/m3左右。其典型組成如下表：

高爐氣典型組成

主要組分COCO2H2CH4N2硫化物

體積百分含量 /%22～2713～191～40.2～0.454～58微量

高爐煤氣中硫形態(tài)主要以H2S、COS為主，并有微量CS2。

高爐氣硫形態(tài)分布

主要組分H2SCOSCS2

含量mg/Nm3300～500200～300微量

3工藝路線思路

高爐煤氣雖然H2S含量并不高，但其中含有量的COS等硫，而且這些硫在各種脫硫工藝中并不能或者大部分除去，因此，對于高爐煤氣的脫硫，先要進(jìn)行硫的水解，把硫水解為硫化氫后，再通過脫硫設(shè)備予以全部脫除。

4 硫水解

4.1工藝描述

高爐煤氣經(jīng)兩級除塵后，進(jìn)入脫硫系統(tǒng)。160℃左右的高爐煤氣先經(jīng)過微型降溫塔把高爐煤氣降至120℃，再經(jīng)換熱器與分水后的氣體換熱降溫，降溫后的氣體再經(jīng)冷卻器冷卻至40℃，冷卻后的氣體經(jīng)分離器分水，分水后的氣體再與噴水冷卻后的氣體換熱，將氣體溫度提至70℃，提溫后的氣體進(jìn)入水解塔，水解采用常溫硫水解催化劑，氣體自下而上進(jìn)入水解塔，將原料氣中的COS水解轉(zhuǎn)化為易于脫除的H2S，水解后的氣體經(jīng)降溫至40℃后去后工段脫硫工段。

4.2工藝流程

4.3反應(yīng)方程式

水解反應(yīng)如下：

4.4技術(shù)特點(diǎn)

(1)硫水解率高。因?yàn)楦郀t煤氣中無機(jī)硫和硫含量都較低，常規(guī)的水解催化劑在大量的硫化氫未脫除之前，硫的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%是很困難的。有些廠家生產(chǎn)的水解催化劑所說的COS的轉(zhuǎn)化率應(yīng)用現(xiàn)場很少。而我公司與合作單位聯(lián)合的LYS-03常溫硫水解催化劑，可以在高爐煤氣中硫化氫含量不大于1000mg/Nm3情況下，仍可以達(dá)到90%以上的水解效率。這是本技術(shù)的大亮點(diǎn)。

(2)綠源環(huán)保WJT降溫塔的使用。水解催化劑要在的溫度條件下使用。而高爐煤氣一般溫度都較高，如果采用常規(guī)的降溫塔，不僅設(shè)備投資大，流程長，而且需要的冷卻水量也較多。本設(shè)計(jì)采用我公司的產(chǎn)品——WJT降溫塔來解決這個(gè)問題。WJT降溫塔是我公司的技術(shù)，具有投資少、占地小、運(yùn)行費(fèi)用低、等顯著特點(diǎn)。

5硫化氫的脫除

高爐煤氣經(jīng)水解，煤氣中的硫絕大部分轉(zhuǎn)化為硫化氫后，進(jìn)入濕法脫硫裝置。濕法脫硫采用濕式氧化法脫硫，以絡(luò)合鐵為催化劑，該技術(shù)具有硫化氫脫除，一般低于5ppm,同時(shí)不產(chǎn)生副鹽，降低了環(huán)保難題。

5.1絡(luò)合鐵脫硫的技術(shù)優(yōu)勢

絡(luò)合鐵法脫硫技術(shù)是一種以絡(luò)合鐵為催化劑的濕式氧化脫除硫化氫的方法，其特點(diǎn)是直接將H2S轉(zhuǎn)變成元素S，吸收H2S以后的含量小于5ppm，是一種工藝簡單、工作硫容高且環(huán)保無 毒的新型脫硫技術(shù)，克服了傳統(tǒng)脫硫工藝硫容量低、脫硫工藝復(fù)雜、副鹽生成率高、環(huán)境污染嚴(yán)重等弊端，硫磺回收裝置尾氣可使硫磺回收率達(dá)到以上。

絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的絡(luò)合鐵脫硫化氫成套技術(shù)，相對于其它絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)，具有硫容量高、可橇裝化、脫硫成本低、節(jié)能、運(yùn)行穩(wěn)定性高、投資低、對COS、硫醇硫脫除率高等優(yōu)點(diǎn)。

5.2 絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)原理

絡(luò)合鐵法脫硫技術(shù)是一種以絡(luò)合鐵為催化劑的濕式氧化脫除硫化氫的方法，其特點(diǎn)是直接將氣體中的H2S轉(zhuǎn)變成元素S，吸收后氣體中H2S的含量小于5ppm，是一種工藝簡單、工作硫容高且環(huán)保無 毒的新型脫硫技術(shù)，克服了傳統(tǒng)脫硫工藝硫容量低、脫硫工藝復(fù)雜、副鹽生成率高、環(huán)境污染嚴(yán)重等弊端，硫磺回收率達(dá)到以上。

絡(luò)合鐵脫硫工藝為脫除硫化氫提供了一種恒溫、低成本的運(yùn)行方法。其化學(xué)反應(yīng)原理是利用空氣中的氧氣氧化氣相中的硫化氫，使硫化氫被氧化為單質(zhì)硫。其化學(xué)反應(yīng)方程式如式(1)：

H2S + 1/2O2 → H2O + S (1)

絡(luò)合鐵脫硫催化劑利用水溶液中絡(luò)合鐵離子的氧化還原性，使含硫化氫氣體與含絡(luò)合鐵催化劑的水溶液(簡稱絡(luò)合鐵吸收劑，下同)進(jìn)液相接觸反應(yīng)。該氣液相接觸反應(yīng)先通過水溶液的偏堿性，在氣液接觸時(shí)通過酸堿化學(xué)吸收將原料氣中的硫化氫吸收進(jìn)入水溶液;在水溶液中，利用高價(jià)絡(luò)合鐵離子的氧化性將硫化氫氧化成單質(zhì)硫，絡(luò)合鐵離子被還原為絡(luò)合亞鐵離子。絡(luò)合鐵離子水溶液的吸收氧化反應(yīng)方程式(2)～(5)如下：

水溶液吸收H2S氣體：

H2S(g) + H2O(L)