混合煤气净化装置及其使用方法与流程

本发明涉及净化煤气的多步骤方法领域，具体为一种混合煤气净化装置及其使用方法。

背景技术：

1、目前钢厂轧钢工序普遍使用炼焦、炼铁、炼钢等钢铁主工艺生产所副产的焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气的混合气作为热处理炉燃料，可充分利用煤气的热能，减少煤气放散，减少对环境的污染，是节能减排的有效手段，但由此煤气中所含硫化氢（h2s）和羰基硫（cos）、cs2、噻吩等硫组分燃烧后成为烟气中的so2排放到大气中形成污染。未经净化处理的烟气不能满足《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中对轧钢热处理炉烟气（干烟气基准含氧量为8%）排放so2浓度限值≤50mg/m3的要求。

2、对此，传统的环保改造技术路线是燃烧后脱硫，在炉窑烟气的排放烟道中加装脱硫装置，采用钙法（以石灰石/石膏为脱硫剂）、镁法（以氧化镁为脱硫剂）、氨法（以合成氨为脱硫剂）、钠法（以氢氧化钠为脱硫剂）等工艺进行脱硫。然而，燃烧后烟气量倍增，并且大型钢铁企业的轧钢热处理炉往往有几十座，位置分散。若每座加热炉的烟道都加装脱硫装置，存在需净化的烟气量大、烟气脱硫装置数量多、投资高、管理困难、老厂总图位置紧张、场地受限制难实施等问题。

3、近年来在钢铁企业探索应用的燃烧前焦炉煤气或高炉煤气源头脱硫技术路线，在焦炉煤气的发生源头—焦化单元煤气精制系统出口加装微晶/dds/氧化铁、活性炭/水解催化转化等各种类型的精脱硫装置；在高炉煤气发生源头—高炉trt前后加装有机硫水解装置和硫化氢脱除装置，使得送出焦化单元和高炉单元进入全厂煤气管网的焦炉煤气和高炉煤气中硫含量就已降低，这样后端使用这些净化煤气的工序可实现超低排放达标。以某年产钢1100万吨/a的大型钢铁联合企业为例，其高炉煤气日历小时平均发生量约204万标m3/h，其焦炉煤气日历小时平均发生量约23万标m3/h。如果对这些煤气进行源头脱硫，处理气量227万标m3/h，同样存在需净化气量大、投资及运行成本高，在高炉源头脱硫影响trt发电出力等问题。

4、近十年来，随着我国对大气污染物排放限制愈发严格，众多钢铁企业通过环保改造已陆续建设了高炉热风炉烟气脱硫、烧结烟气脱硫装置、锅炉烟气脱硫、自备电厂烟气脱硫装置等，在钢厂煤气的主要用户-炼铁高炉热风炉、烧结、炼焦焦炉烟囱、锅炉、自备电厂等工序已实现了超低排达标；冷轧的加热炉、退火炉因目前超低排标准规定的干烟气基准含氧量为15%，也大都能达标；仅轧钢（热轧）热处理炉排放不达标问题因难解决较为突出，这部分用户所用的高炉煤气和焦炉煤气量仅占总发生量的约7%～10%。

5、热轧所用煤气中由高炉煤气带来的硫组分约占总硫的30%左右，因此，仅对高炉煤气实施精脱硫无法实现超低排达标。

6、焦炉煤气精脱硫则需要在高温（约300℃）高压（约3.0mpa）条件下、在催化剂作用下，通过加氢，使焦炉煤气中的有机硫组分与氢发生反应后，充分转化成硫化氢之后予以脱除。此种方式脱硫率高，但能耗高，多用于煤化工制气工艺，不适用于钢铁企业环保整治。其它中低温、低压条件下的焦炉煤气精脱硫技术尚不成熟，无法保证超低排达标所需较高的有机硫脱硫效率。

7、因此，钢铁企业往往需要同时实施焦炉煤气精脱硫加高炉煤气精脱硫或高炉煤气/焦炉煤气精脱硫辅以大量掺混转炉煤气、天然气等不含硫的煤气作为控制手段才能达标。大量掺混不含硫煤气存在转炉煤气本身供应以及热值波动大、控制困难，而天然气成本高等弊病。

8、钢厂煤气管网系统复杂，分支众多，管网条件很难具备在送往热轧的某段高炉煤气或焦炉煤气的主管上设置精脱硫装置，往往只能在煤气源头实施全量高炉煤气及焦炉煤气精脱硫，由此造成脱硫设施重复设置、过度处理，实现环保目标的代价高不经济等问题，如图1所示。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺陷，提供一种脱硫效率高、保护环境的轧制辅助设备，本发明公开了一种混合煤气净化装置及其使用方法。

2、本发明通过如下技术方案达到发明目的：

3、一种混合煤气净化装置，包括脱酸装置，其特征是：还包括第一煤气混合装置、加压机、第一冷却器、变温吸附预处理塔、加热器、水解塔、第二冷却器、精脱硫塔和第二煤气混合装置，

4、第一煤气混合装置与脱酸装置连接，加压机的进气口与第一煤气混合装置的出口连通，加压机的出气口与第一冷却器的进气口连接；

5、第一冷却器的出气口与变温吸附预处理塔的进气口连接，变温吸附预处理塔的出气口与加热器连接，变温吸附预处理塔塔内填充吸附剂；

6、再生气加热器的进气口与精脱硫塔的出气口连接，再生气加热器的出气口连接变温吸附预处理塔的进气口；

7、加热器的进气口与变温吸附预处理塔的出口连接，加热器的出气口与水解塔的进气口连接，水解塔的出气口与第二冷却器的进气口连接，水解塔内装填催化剂；

8、第二冷却器的出气口与精脱硫塔的进气口连接，精脱硫塔的出气口与第二混合装置的进气口连接，精脱硫塔内填充碳基脱硫剂或氧化铁系脱硫剂；

9、第二混合装置的出气口与送轧钢加热炉煤气总管联通。

10、所述的混合煤气净化装置，其特征是：

11、脱酸装置包括碱洗塔、喷淋口和碱液泵，碱洗塔的底部和顶部分别设有进气口和出气口，碱洗塔的上部设有喷淋口，碱液泵设于碱洗塔的下方，碱液泵的进口连接碱液源，碱液泵的出口连接喷淋口；

12、变温吸附预处理塔塔内填充的吸附剂选用活性炭和焦炭的组合；

13、水解塔内装填包括铝、钛和硅中至少一种金属元素的金属基催化剂；

14、第一煤气混合装置包括高炉煤气管、高炉煤气流量计、高炉煤气流量调节阀、焦炉煤气管、焦炉煤气流量计、焦炉煤气流量调节阀、第一切断阀、第一比值计算器、第一流量指示控制器和热值控制器，高炉煤气管的进气端连接脱酸装置碱洗塔的出气口，出气端连接加压机的进气口，高炉煤气管上依次串联高炉煤气流量计和高炉煤气流量调节阀；焦炉煤气管的进气端连接焦炉的出气口，出气端连接高炉煤气管的出气端，焦炉煤气管的进气端连接送往热轧的焦炉煤气管的出气端，出气端连接送往热轧的高炉煤气管的出气端，焦炉煤气管上依次串联焦炉煤气流量计、焦炉煤气流量调节阀和第一切断阀；第一比值计算器通过信号线分别连接高炉煤气流量计、焦炉煤气流量计和焦炉煤气流量调节阀，热值控制器通过信号线分别连接高炉煤气流量计、焦炉煤气流量计和焦炉煤气流量调节阀，第一比值计算器和热值控制器通过信号线互相连接；

15、第二煤气混合装置包括混合煤气管、混合煤气流量计、混合煤气流量调节阀、转炉煤气管、转炉煤气流量计、转炉煤气流量调节阀、第二切断阀、第二比值计算器、第二流量指示控制器和热值仪，混合煤气管的进气端连接精脱硫塔的出气口，出气端连接加热炉，混合煤气管上依次串联混合煤气流量计和混合煤气流量调节阀；转炉煤气管的进气端连接转炉的出气口，出气端连接混合煤气管的出气端，转炉煤气管上依次串联转炉煤气流量计、转炉煤气流量调节阀和第二切断阀；第二比值计算器通过信号线连接混合煤气流量计、转炉煤气流量计和转炉煤气流量调节阀；热值仪设于混合煤气管的出口端；热值控制器和热值仪之间通过信号线连接。

16、所述的混合煤气净化装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：

17、脱酸：在脱酸装置内来自高炉煤气管网的高炉煤气的酸性组分cl-与碱液进行中和反应，降低cl-对管道、设备的腐蚀及减少对水解催化剂效率及寿命的影响；

18、高-焦混合：经过脱酸的高炉煤气与焦炉煤气在第一煤气混合装置内按一定比例混合成两混合煤气，混合由流量计、流量调节阀及热值仪进行控制；

19、加压：混合后的两混合煤气在加压机内升压，使得两混合煤气的压力得以克服后续工艺段设备及管道的阻力降，满足轧钢热处理炉的用气压力；

20、冷却：升压后的两混合煤气在第一冷却器内冷却到常温；

21、变温吸附：两混合煤气从变温吸附预处理塔的塔底进入变温吸附预处理塔塔内，变温吸附预处理塔塔内的吸附剂在常温下选择吸附两混合煤气中的h2s、焦油、萘、苯等杂质，当变温吸附预处理塔塔内吸附剂吸附的杂质达到饱和后即转入再生过程；

22、再生：再生时，由精脱硫塔后取一股净化气与变温吸附预处理塔连接，净化气作为“再生气”加热解吸吸入吸附剂内孔里的杂质，再生完全后，使用再生气冷吹吸附剂床层使之降到常温，为达到连续生产的目的，变温吸附预处理塔通过设置程控阀门切换使多个塔交替进行吸附和再生，再生气去末端装有烟气脱硫设施的锅炉等用户；

23、加热：除去h2s、焦油、萘、苯等杂质后的两混合煤气在加热器内换热升温至80℃～150℃；

24、水解：在80℃～150℃温度下，水解塔内两混合煤气中包括cos、cs2的有机硫在催化剂作用下，与两混合煤气中本身所含的水蒸气发生水解反应，转化生成h2s；

25、冷却：水解后两混合煤气在第二冷却器内冷却至常温；

26、精脱硫：在精脱硫塔内两混合煤气中h2s与脱硫剂和氧发生反应，生成单质硫储存于脱硫剂中，脱硫剂吸附饱和后进行更换；

27、高-焦-转混合：净化后的两混合煤气与转炉煤气在第二混合装置内按一定比例再进行混合成三混合煤气，以充分利用转炉煤气，混合由流量计、流量调节阀及热值仪进行控制，形成热值在1800kcal/标m3～2400kcal/标m3的三混合煤气，随后通过管道送往轧钢热处理炉用户。

28、所述的混合煤气净化装置的使用方法，其特征是：

29、脱酸时：高炉煤气从脱酸装置碱洗塔底部的进气口输入，浓度5%的naoh溶液作为碱液在碱液泵的驱动下从脱酸装置碱洗塔上部的喷淋口喷下，上升的高炉煤气和喷落的碱液发生中和反应脱去高炉煤气中cl-酸性组分，使得cl-≤10mg/nm3，脱酸后的高炉煤气进入第一煤气混合装置，碱液吸收高炉煤气的酸性组分后再经碱液泵增压，一部分经循环返回至碱洗塔上部喷淋口，另一部分输出脱酸装置；

30、高-焦混合时：经过脱酸的高炉煤气与来自外部焦炉煤气管网的焦炉煤气在第一煤气混合装置内混合成两混合煤气，当作为主流量的高炉煤气流量发生变化时，高炉煤气的流量信号经高炉煤气流量计输送至第一比值计算器，焦炉煤气的流量信号经焦炉煤气流量计输送至第一比值计算器，第一比值计算器按预置的高炉煤气和焦炉煤气的流量比值系数（高炉煤气:焦炉煤气=29.2%:45.8%）计算作为副流量的焦炉煤气的流量值，并将计算获得的焦炉煤气流量值作为焦炉煤气流量控制的设定值，通过第一比值计算器控制焦炉煤气流量调节阀调节焦炉煤气的流量，以使高炉煤气和焦炉煤气的流量比值保持稳定 ，此时焦炉煤气控制是一个随动系统，经控制作用使得焦炉煤气流量自动跟随高炉煤气流量变化，使高炉煤气流量和焦炉煤气流量在不同的工况下稳定保持一定的比值关系；

31、高-焦-转混合时，经过高-焦混合的混合煤气与来自外部转炉煤气管网的转炉煤气在第二煤气混合装置内混合成三混合煤气，当作为主流量的两混合煤气流量发生变化时，两混合煤气的流量信号经混合煤气流量计输送至第二比值计算器，转炉煤气的流量信号经转炉煤气流量计输送至第二比值计算器，第二比值计算器按预置的两混合煤气和转炉煤气的流量比值系数计算作为副流量的转炉煤气的流量值，并将计算获得的转炉煤气流量值作为转炉煤气流量控制的设定值，第二比值计算器通过控制转炉煤气流量调节阀调节转炉煤气的流量，以使两混合煤气和转炉煤气的流量比值保持稳定 ，进而使得最终三混合煤气的热值保持稳定，此时转炉煤气控制是一个随动系统，经控制作用使得转炉煤气流量自动跟随混合煤气流量变化，使混合煤气流量和转炉煤气流量在不同的工况下稳定保持一定的比值关系，热值仪实时测得三混合煤气的热值并传输至热值控制器，当三混合煤气热值偏离设定值时，第一比值计算器通过控制焦炉煤气流量调节阀调节焦炉煤气的流量，以使三混合煤气的热值保持稳定。

32、本发明公开了一种新型的混合煤气净化系统，工艺流程如图2所示，将送往轧钢热处理炉的高炉煤气和焦炉煤气经碱洗脱酸、混合、升压、变温吸附脱焦油、脱萘、升温以后，进行水解转化反应，煤气中的有机硫组分转化成硫化氢，之后采用碳基脱硫剂或氧化铁系脱硫剂将硫化氢脱除，净化气再与基本不含硫的转炉煤气混和后送往轧钢热处理炉作燃料，燃烧后排放的烟气中so2浓度满足超低排环保要求。

33、本发明技术方案采用燃烧前混合煤气脱硫技术，相比燃烧后烟气脱硫和燃烧前焦炉煤气及高炉煤气分别源头脱硫，具有净化装置规模小、投资及运行成本低，方便实施等优点，非常适合煤气主要用户-高炉热风炉、烧结、炼焦、锅炉、自备电厂等工序已超低排达标、仅轧钢热处理炉排放不达标的钢厂以较小的经济成本实现所有工序超低排达标。

34、本发明将如下五种方法进行了有机组合：i. 湿法脱酸，ii. 高、焦、转炉煤气按热值比例控制混合，iii. 干法变温吸附净化，iv. 有机硫水解转化为无机硫，v. 干法脱除硫化氢，从而实现轧钢热处理炉烟气排放so2浓度达标。

35、本发明具有如下有益效果：脱硫效率高，保护环境，集成净化，适用性广，占地小，投资和成本低。