高爐煤氣脫硫技術路徑及應用研究
摘要：高爐煤氣是鋼鐵企業生產的副產品和重要能源，生產和使用量都較大，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備，燃燒后還會產生二氧化硫污染環境，因此如何使高爐煤氣脫硫成為了值得研究的問題。
高爐煤氣是鋼鐵在制造過程中產生的副產品，也是鋼鐵企業重要的能源之一。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備造成腐蝕，對高爐煤氣迸行脫硫可以實現一定的經濟效益和環保效益，本文將從如何對高爐煤氣迸行脫硫以及應用迸行探究。
1高爐煤氣
高爐煤氣是在高爐煉鐵過程中產生的副產品，其典型成分如下表所示。
典型高爐煤氣成分表
作為鋼鐵企業的副產品，高爐煤氣最主要的用途是作為燃料，供熱風爐、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、乙硫醇等多種形態的有機硫成分，在燃燒時會產生二氧化硫污染排放物。國家對于二氧化硫的排放有著嚴格的標準。根據鋼鐵工業大氣污染物排放標準，鋼鐵企業煉鐵工序熱風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，燒結機和球團焙燒設備的二氧化硫排放濃度上限為200mg/m3，燃氣鍋爐的二氧化硫排放濃度上限為50mg/m3。根據國家生態環境部在2019 年印發的《關于推迸實施鋼鐵行業超低排放的意見》，將來新建鋼鐵企業二氧化硫的排放全部要執行不超過50mg/m3（燒結機和球團焙燒設備的排放濃度不超過35mg/m3）的超低排放標準。
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。目前生產中通常采用燃燒后脫硫工藝，即對高爐煤氣燃燒后的煙氣迸行脫硫。隨著鋼廠節能減排和循環經濟的大力發展，以及國家環保政策的不斷加強，以前的那種末端治理方式越來越不適應新形勢下的環保要求，鋼廠必須從源頭上迸行治理，因此越來越多的企業要求設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，方便對后續對煙氣迸行脫硝，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備的腐蝕，提高生產安全性，產生較好的經濟效益。
3高爐煤氣脫硫技術方案
根據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。硫化氫為無機硫，在常溫下即可與堿性物質發生中和反應而脫除。而有機硫相對比較穩定，用常規方難以直接脫除，因此脫除高爐煤氣的主要難點在于脫除其中的有機硫成分。根據目前的技術工藝，可以采用氫解或水解反應將有機硫轉化為無機硫，然后脫除的技術方案。
3.1 有機硫轉化工藝
（1）氫解反應。氫解反應對高爐煤氣中的羰基硫有比較好的轉化效果，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實現高精度、高效率轉化。
加氫轉化的反應如下所示：
C2H4+H2 C2 H6
C3H6+H2 C3 H8
COS+H2 CO+H2 S
COS+H2O CO2 +H2 S
RSH+H2 RH+H2 S
R1SR2 +2H2 R1 H+R2 H+H2 S
C4H4 S+4H2 C4 H10+H2 S
氫化反應雖然處理羰基硫的效率較高，但是由于高溫高壓的反應條件會導致投資和運行成本較高，且不能轉化高爐煤氣中的二硫化碳，不適合工業應用。
（2）水解反應。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迸行，目前開發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境下迸行反應，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、二硫化碳等迸行轉化，反應過程如下所示：
COS+H2O=H2 S+CO2
CS2+2H2O=2H2 S+CO2
水解反應系統均為中低壓系統，因此設備、管線等工藝裝置的投資較低，容易實現工業化應用，目前在國內某鋼廠已有試驗性裝置投入使用。
3.2 無機硫脫除工藝
目前無機硫的脫除技術方案比較成熟，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勢就是節省成本，但是占地面積大、操作環境差；采用塔式脫硫雖然成本較高，但是操作環境好、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，容易對環境造成二次污染。
4結語
高爐煤氣是鋼鐵工業生產中的副產品，也是鋼鐵企業的主要能源之一。高爐煤氣中含有一定量的硫化物，以有機硫為主，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，對高爐煤氣迸行脫硫是十分必要的，基于現有的脫硫工藝，將有機硫水解轉化+濕法脫硫工藝具有可靠的理論基礎，并且工程在技術上具有可行性。
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