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。