[发明专利]一种脱硫催化剂、高炉煤气脱硫系统及脱硫方法在审

专利信息
申请号: 202111215755.X 申请日: 2021-10-19
公开(公告)号: CN113996345A 公开(公告)日: 2022-02-01
发明(设计)人: 张其坤;管银涛;张阳杨;张晓旸;束庆香 申请(专利权)人: 山东师范大学
主分类号: B01J31/22 分类号: B01J31/22;C10K1/00;C10K1/34
代理公司: 济南圣达知识产权代理有限公司 37221 代理人: 张晓鹏
地址: 250014 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 脱硫 催化剂 高炉 煤气 系统 方法
【说明书】:

发明公开了一种脱硫催化剂、高炉煤气脱硫系统及脱硫方法,采用电芬顿协同湿法一塔脱硫技术脱除高炉煤气中的硫化物,以较短的工艺流程,更好地适应高炉煤气工况和高炉运行过程中煤气形状连续突变等复杂条件,并且可持续稳定地达到高炉煤气总硫超低排放的控制目标,满足钢铁行业超低排放要求,同时可以减轻企业的经济负担。

技术领域

本发明属于气体脱硫技术领域,涉及一种脱硫催化剂、高炉煤气脱硫系统及脱硫方法,该脱硫方法既可用于脱除无机硫,也可脱除有机硫。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术,而不必然地构成现有技术。

高炉煤气的大致成分为二氧化碳6-12%、一氧化碳28-33%、氢气1-4%、氮气55-60%、烃类0.2-0.5%及少量的硫化物。高炉煤气是钢厂三气(高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气)之一,具有以下三个特点:(1)气量大,高炉生产一吨铁水可副产1600-1800m3高炉煤气,1780m3的高炉所产生的高炉煤气达到390000-410000m3/h;(2)热值低,高炉煤气中热值基本来源于一氧化碳,一氧化碳的含量在22-25%,高炉煤气的热值在700-800kcal左右,一般需要配高热值煤气或者蓄热炉使用;(3)用气点多,高炉煤气目前主要应用于热风炉、烧结、加热炉、发电等,用气点达到5-10个。

高炉内的冶炼气氛是还原气氛,过去普遍认为高炉煤气中的硫都是以硫化氢(H2S)的形式存在,而实际上,硫化氢只占高炉煤气硫含量的20-30%。经过检测,高炉煤气总硫数据多集中在100-200mg/Nm3之间。其中有机硫多以羰基硫(COS)、二硫化碳(CS2)为主,占比约70%;无机硫以硫化氢(H2S)为主,占比约30%。

高炉煤气的利用方式多是燃烧,其中的硫化氢、羰基硫、二硫化碳经过和氧气反应,全部变为二氧化硫(SO2)。随着人们对生存环境越来越多的关注以及国家对于高炉煤气排放标准的提高,高炉煤气精脱硫技术成为研究热点。高炉煤气脱硫可以分为源头控制或末端治理,当采取源头控制的方式脱硫时,即脱除高炉煤气中的有机硫和无机硫;当采取末端治理的方式时,即对高炉煤气燃烧产生的含有较高浓度二氧化硫的烟气进行脱硫,采用该种方式治理时,由于用到高炉煤气的场所较多,所以需要设置多处脱硫设施;燃烧后产生的烟气量较大,所以脱硫设施的规模要求较大,而大部分钢厂可提供的空地有限,难以满足实际要求。

高炉煤气的源头控制脱硫的投资和运行消耗等综合费用相对较低。其关键在于煤气中有机硫的控制与削减,有机硫中的COS是一个结构上与二硫化碳类似的碳化合物,气态的COS分子为直线型,COS性质稳定,在高炉煤气无氧环境中难于与其他化合物直接发生化学反应,碱液吸收效率较低。COS可通过催化水解和催化加氢的方式转换成无机硫,反应式如下:(1)催化水解:COS+H2O→H2S+CO2;(2)催化加氢:COS+H2→H2S+CO。发明人发现,有机硫在催化作用下如需得到较高的COS转化率,需要高水分、高压力和高温度条件,一般要求催化操作温度为200℃以上,压力0.4MPa以上,而高炉煤气温度低于200℃,压力约为0.2MPa,常规催化工艺和高效催化剂转化效率迅速衰减。同时,高效催化剂还将受到高炉煤气中其他组分的干扰,如少量微细颗粒物所含金属及重金属元素可能对高效催化剂产生毒害,个别市售催化剂在测试时甚至短期内即永久性毒化失效。此外,高炉煤气气量较大,采用传统的方式对其进行脱硫时,需要的脱硫设施体积较大,而大部分钢厂可提供的空地有限。

所以,高炉煤气精脱硫和化工行业CO原料气脱硫技术及工程案例应用可供参考,但由于高炉煤气的特殊性,要求处理工艺装置紧凑、高效、成本低,传统的脱硫技术均不能直接套用。

发明内容

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