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高炉煤气中温一体化脱硫技术(MTD)

2022-09-02 17:00:53

来源:中国金属学会

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一、研究的背景与问题

生态环境部等五部委发布的环大气【2019】35号文,《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》(以下简称“意见”)中明确提出钢铁企业超低排放改造要加强源头控制,高炉煤气应实施精脱硫。

中冶赛迪研发课题组经前期调研知,高炉煤气中所含硫化物除了H2S和SO2这类无机硫外,还存在大量的有机硫(以COS为主),并且有机硫质量浓度远高于无机硫。不同高炉所产煤气含硫量差异较大,折算平均总H2S浓度在30 mg/m3~220 mg/m3,经计算,燃烧后烟气中SO2含量可达33 mg/m3~244 mg/m3(燃烧后烟气与煤气比按1.7计算),无法达到国家标准要求的50 mg/m3(热风炉、加热炉及焙烧等工序)和35 mg/m3(锅炉及燃气轮机)超低排放限值。

自《意见》发布以来,钢铁企业和科研院所开展了高炉煤气精脱硫技术攻关,并开展了工程应用,但由于早期工程案例对高炉煤气的特性和工程设计细节考虑不周,存在脱硫效果差、运行效率衰减快、运行成本高、占地大等问题。

二、解决问题的思路与技术方案

为助力钢企实现超低排放,中冶赛迪自主研发了一套高性能全干法高炉煤气中温精脱硫技术(Middle Temperature Desulfurization),简称MTD技术,采用的技术路线为:高炉煤气布袋除尘系统→MTD脱硫→TRT→管网,如图1所示,或者单独进行热风炉煤气脱硫,技术路线为:高炉煤气布袋除尘系统→TRT→MTD脱硫→热风炉,如图2所示。

图1  全干法高炉煤气中温精脱硫技术路线

图2  全干法热风炉煤气中温精脱硫技术路线

三、主要创新性成果

中冶赛迪研发团队经过三年多的潜心研究,打通了高性能全干法高炉煤气中温精脱硫工艺,形成了一系列创新性成果。

1、高炉煤气全干法一体化中温脱硫工艺技术

中冶赛迪首次提出将有机硫转化和脱硫置于同一温度段,相比其他脱硫工艺具有脱硫精度可控、TRT设备腐蚀大幅降低、TRT发电量影响小、更加节能等优点,具体对比情况如下表1所示:

表1  高炉煤气脱硫技术对比表

2、高性能中温炭基脱硫催化剂

中冶赛迪研发出一款高性能中温炭基脱硫催化剂,脱硫催化剂工作硫容已达40%以上,也就是说1g催化剂可以吸收0.4g以上的单质硫,性能达到国际领先水平。由于工作硫容高,MTD技术可显著降低脱硫系统的占地面积和运维成本。相比烟气脱硫,赛迪MTD技术一次投资节省10~15%,运行成本低40%以上。

图3  高性能中温炭基脱硫催化剂脱硫机理示意图

3、实现催化剂循环利用,固废、副产物资源化

吸附饱和的脱硫剂通过高温活化进行再生,达到重复利用的效果,有效降低脱硫运维成本。失效后无再生价值的脱硫剂可作为燃料燃烧处理,再生生成的硫磺还可作为产品外售用作工业原料。

四、应用情况与效果

MTD技术已成功应用于工业化试验,各项性能指标均满足要求:在入口总硫32~124 mgS/m3波动的真实高炉煤气环境下,出口总硫始终<15 mgS/m3,远低于超低排放限值。

图4  工业化试验装置现场

此外,中冶赛迪还与宝钢湛江钢铁建立了良好的合作关系,研发团队在湛江钢铁现场长期开展高炉煤气脱硫试验,连续稳定运行近一年。测试结果显示MTD工艺对真实高炉煤气适应性好,在真实高炉煤气入口含硫波动较大的情况下,脱硫出口平均浓度始终低于26mgS/m3,热风炉燃烧后SO2平均浓度<30mg/m3,远低于热风炉超低排放限值的50 mg/m3。

随着MTD脱硫技术的成熟应用,以及催化剂性能的不断提高,该技术必将会成为钢铁企业实现高炉煤气精脱硫的首选工艺技术。