高爐煤氣脫硫技術(shù)路徑與應(yīng)用研究

許怡

摘要：高爐煤氣是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品和重要能源，生產(chǎn)和使用量都較大，但是高爐煤氣中存在大量的硫化物，這些硫化物不僅會腐蝕管道和設(shè)備，燃燒后還會產(chǎn)生二氧化硫污染環(huán)境，因此如何使高爐煤氣脫硫成為了值得研究的問題。

關(guān)鍵詞：高爐煤氣;脫硫;超低排放

高爐煤氣是鋼鐵在制造過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，也是鋼鐵企業(yè)重要的能源之一。高爐煤氣中含有大量的硫化物，這些硫化物會對輸送管道和設(shè)備造成腐蝕，對高爐煤氣進(jìn)行脫硫可以實現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，本文將從如何對高爐煤氣進(jìn)行脫硫以及應(yīng)用進(jìn)行探究。

1 高爐煤氣

高爐煤氣是在高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其典型成分如下表所示。

作為鋼鐵企業(yè)的副產(chǎn)品，高爐煤氣最主要的用途是作為燃料，供熱風(fēng)爐、軋鋼熱處理爐以及鍋爐等用戶燃燒加熱使用。高爐煤氣中硫的形態(tài)主要以羰基硫和硫化氫為主，還有少量的二硫化碳、甲硫醇、乙硫醇等多種形態(tài)的有機(jī)硫成分，在燃燒時會產(chǎn)生二氧化硫污染排放物。國家對于二氧化硫的排放有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，鋼鐵企業(yè)煉鐵工序熱風(fēng)爐的二氧化硫排放濃度上限為100mg/m3，軋鋼工序熱處理爐的二氧化硫排放濃度上限為150mg/m3，燒結(jié)機(jī)和球團(tuán)焙燒設(shè)備的二氧化硫排放濃度上限為200mg/m3，燃?xì)忮仩t的二氧化硫排放濃度上限為50mg/m3。根據(jù)國家生態(tài)環(huán)境部在2019年印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，將來新建鋼鐵企業(yè)二氧化硫的排放全部要執(zhí)行不超過50mg/m3（燒結(jié)機(jī)和球團(tuán)焙燒設(shè)備的排放濃度不超過35mg/m3）的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 脫硫工藝

目前的脫硫工藝可分為燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫。目前生產(chǎn)中通常采用燃燒后脫硫工藝，即對高爐煤氣燃燒后的煙氣進(jìn)行脫硫。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方式越來越不適應(yīng)新形勢下的環(huán)保要求，鋼廠必須從源頭上進(jìn)行治理，因此越來越多的企業(yè)要求設(shè)置高爐煤氣燃燒前脫硫工藝。相較于燃燒后脫硫工藝，燃燒前脫硫工藝具有以下優(yōu)勢：（1）降低煤氣中因硫化氫溶于煤氣冷凝水后形成氫硫酸對管道的腐蝕作用，提高煤氣輸送的安全性;（2）可在前端工序一次性集中將硫脫去，便于全廠的二氧化硫排放管控;（3）采用前脫硫工藝，方便對后續(xù)對煙氣進(jìn)行脫硝，避免二氧化硫影響脫硝催化劑，并且可降低使用催化劑的成本。因此對于鋼鐵企業(yè)來說，高爐煤氣脫硫不僅有利于全廠的二氧化硫排放控制，還可以減小煤氣輸送過程中對管道和設(shè)備的腐蝕，提高生產(chǎn)安全性，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 高爐煤氣脫硫技術(shù)方案

根據(jù)高爐煤氣中硫組分的情況，對高爐煤氣脫硫主要是脫除其中的硫化氫和部分羰基硫及二硫化碳。硫化氫為無機(jī)硫，在常溫下即可與堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)而脫除。而有機(jī)硫相對比較穩(wěn)定，用常規(guī)方難以直接脫除，因此脫除高爐煤氣的主要難點在于脫除其中的有機(jī)硫成分。根據(jù)目前的技術(shù)工藝，可以采用氫解或水解反應(yīng)將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為無機(jī)硫，然后脫除的技術(shù)方案。

3.1 有機(jī)硫轉(zhuǎn)化工藝

（1）氫解反應(yīng)。氫解反應(yīng)對高爐煤氣中的羰基硫有比較好的轉(zhuǎn)化效果，加氫處理需要用到催化劑，并且需要高溫高壓的條件，溫度通常為280℃—400℃，壓力為3.5—4.0MPa，在這種條件下可對羰基硫?qū)崿F(xiàn)高精度、高效率轉(zhuǎn)化。

加氫轉(zhuǎn)化的反應(yīng)如下所示：

C2H4+H2→C2H6

C3H6+H2→C3H8

COS+H2→CO+H2S

COS+H2O→CO2+H2S

RSH+H2→RH+H2S

R1SR2+2H2→R1H+R2H+H2S

C4H4S+4H2→C4H10+H2S

氫化反應(yīng)雖然處理羰基硫的效率較高，但是由于高溫高壓的反應(yīng)條件會導(dǎo)致投資和運(yùn)行成本較高，且不能轉(zhuǎn)化高爐煤氣中的二硫化碳，不適合工業(yè)應(yīng)用。

（2）水解反應(yīng)。相對加氫脫硫，水解脫硫工藝的條件相對較低，通常在中溫或常溫下即可進(jìn)行，目前開發(fā)的催化劑一般在不超過150℃時就有比較好的效果，可在高爐煤氣自身的溫度環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)，不需要額外加溫加壓。用水解工藝可對高爐煤氣中主要的羰基硫、二硫化碳等進(jìn)行轉(zhuǎn)化，反應(yīng)過程如下所示：

COS+H2O=H2S+CO2

CS2+2H2O=2H2S+CO2

水解反應(yīng)系統(tǒng)均為中低壓系統(tǒng)，因此設(shè)備、管線等工藝裝置的投資較低，容易實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，目前在國內(nèi)某鋼廠已有試驗性裝置投入使用。

3.2 無機(jī)硫脫除工藝

目前無機(jī)硫的脫除技術(shù)方案比較成熟，有干法脫硫、濕法脫硫等多種流程。干法脫硫用到的脫硫劑主要有氧化鐵、氧化鋅、活性炭等。我國在采用干法脫硫工藝時通常采用氧化鐵作為脫硫劑。其中具體的方法分為箱式脫硫和塔式脫硫。采用箱式脫硫最大的優(yōu)勢就是節(jié)省成本，但是占地面積大、操作環(huán)境差;采用塔式脫硫雖然成本較高，但是操作環(huán)境好、占地面積小。二者雖然各有利弊，但是存在一個共同的問題，就是脫硫劑再生效果不好，廢棄脫硫劑的處理難，容易對環(huán)境造成二次污染。

4 結(jié)語

高爐煤氣是鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，也是鋼鐵企業(yè)的主要能源之一。高爐煤氣中含有一定量的硫化物，以有機(jī)硫為主，硫化物會對高爐煤氣的輸送管道造成一定的腐蝕，為了降低高爐煤氣對輸送管道的腐蝕，提高高爐煤氣輸送的安全性，對高爐煤氣進(jìn)行脫硫是十分必要的，基于現(xiàn)有的脫硫工藝，將有機(jī)硫水解轉(zhuǎn)化+濕法脫硫工藝具有可靠的理論基礎(chǔ)，并且工程在技術(shù)上具有可行性。

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