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高爐煤氣是煉鐵行業(yè)的主要副產(chǎn)物之一，已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)節(jié)能降耗及達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。2019年生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》，明確提出“加強(qiáng)源頭控制，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣應(yīng)實(shí)施精脫硫”，河南、河北等地更是明確提出了高爐煤氣H2S治理濃度達(dá)到20mg/m3。
高爐煤氣中總硫含量一般在80——240mg/m³，主要是羰基硫(COS)，CS2，H2S三種硫分，占總含硫量的90%以上，其中COS占比最高，達(dá)70%——80%。CS2和H2S可以采用堿性物質(zhì)中和脫除，有機(jī)硫的性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，采用常規(guī)方法難以直接有效脫除。因此，精脫硫過(guò)程中對(duì)有機(jī)硫的脫除是關(guān)鍵，COS的脫除是要點(diǎn)。
高爐煤氣的脫硫主要包括源頭控制和末端治理。鋼鐵企業(yè)用高爐煤氣加熱氣點(diǎn)分散，常規(guī)末端治理設(shè)備成本高，日常管理流程繁瑣，而源頭控制可減少處理的煙氣量(可減少40%左右)，避免末端分散治理，進(jìn)而降低投資和運(yùn)營(yíng)成本。此外，在前端集中控制的硫化物，能減少后續(xù)燃燒過(guò)程中SO2的生成，降低SO2對(duì)后續(xù)脫硝工藝的影響。因此，高爐煤氣源頭控制是一種經(jīng)濟(jì)、優(yōu)選的脫硫方式。
源頭控制大致可分為濕法和干法，其中干法又可分為吸附和催化轉(zhuǎn)化法。
常規(guī)濕法脫硫存在脫硫液循環(huán)量大，設(shè)備占地面積大且投資成本高，因此干法脫硫技術(shù)的應(yīng)用研究較多。
吸附工藝是利用對(duì)硫化物有較強(qiáng)吸附能力的材料，如活性炭或分子篩等，對(duì)高爐煤氣中的硫化物進(jìn)行吸附，吸附飽和后再通過(guò)解吸將含硫化物的煤氣送至燒結(jié)車(chē)間利用，燃燒產(chǎn)生的SO2通過(guò)燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)處理。
吸附工藝根據(jù)吸附材料的不同，又可分為分子篩吸附法、微晶吸附法、改性活性炭吸附法。采取吸附工藝的精脫硫設(shè)施一般布置在高爐TRT之后，由吸附塔+煤氣解吸系統(tǒng)組成。由于高爐煤氣中含有H2O、粉塵、HCl等其他成分，會(huì)影響吸附劑的吸附效率和壽命，需要在吸附塔前配套設(shè)置煤氣預(yù)處理裝置，減少高爐煤氣中的H2O、粉塵、HCl對(duì)吸附劑的影響，相應(yīng)的也增加了工程成本。
COS催化加氫法常用于高硫尾氣凈化。高爐煤氣中H2含量低，需要額外添加H2。在催化劑的作用下，COS與H2在250——500℃的溫度條件下反應(yīng)生成易于脫除的H2S，反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
COS+4H2CH4+H2S+H2O
催化加氫法副反應(yīng)較多，高爐煤氣中存在的CO和CO2易與H2發(fā)生副反應(yīng)生成CH4，較高濃度的CO也會(huì)發(fā)生副反應(yīng)生成炭黑，降低催化劑活性。這些副反應(yīng)都屬于放熱反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑床層溫度升高，加速催化劑失活，降低COS的轉(zhuǎn)化效率。O2的存在也會(huì)促使催化劑的中毒和老化。
相比以上方法，催化水解法能耗較低，成本低廉，是煤氣精脫硫最佳方法，原理是使COS在催化劑作用下直接與氣體中的H2O反應(yīng)轉(zhuǎn)化為H2S，反應(yīng)溫度通常為30——250℃，反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)方程式如下：
COS+H2OH2S+CO2
但該反應(yīng)也需克服氣體組分中O2、H2O和HCl導(dǎo)致的催化劑中毒問(wèn)題。根據(jù)目前市面上的水解催化劑來(lái)看，普遍存在因上述問(wèn)題而導(dǎo)致的催化劑壽命較短，需頻繁更換的問(wèn)題。針對(duì)以上難題，華電光大依托強(qiáng)大的研發(fā)實(shí)力，通過(guò)不斷試驗(yàn)、配方優(yōu)化、工藝改進(jìn)等開(kāi)發(fā)了適用于高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣的精脫硫催化劑，助力企業(yè)響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排，綠色低碳的號(hào)召，打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)。
多年來(lái)，華電光大致力于煙氣治理的技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，不斷為客戶提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和服務(wù)，并先后獲得了由國(guó)務(wù)院頒發(fā)的國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)、教育部頒發(fā)的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)以及浙江省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)。
此次華電光大成功研發(fā)精脫硫催化劑，將助力鋼鐵企業(yè)達(dá)標(biāo)排放，為企業(yè)主動(dòng)適應(yīng)國(guó)家綠色低碳的發(fā)展要求作出積極貢獻(xiàn)！
華電光大
北京華電光大環(huán)境股份有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)華電光大)是華北電力大學(xué)生物質(zhì)發(fā)電成套設(shè)備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室核心團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，公司以“技術(shù)為根、誠(chéng)信為本、節(jié)能環(huán)保、利國(guó)利民”為理念，匯聚了一批高端人才，致力于SCR板式脫硝催化劑、SNCR脫硝技術(shù)、脫硫強(qiáng)化劑、生物質(zhì)鍋爐、直噴式生物質(zhì)燃燒器、廢物焚燒鍋爐(垃圾、廢氣、廢液、危險(xiǎn)廢物)等產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)和推廣應(yīng)用。
