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高炉煤气"TFD绿色低碳"干法脱硫工艺的应用

钢铁行业是我国能源消耗的大户,在“双”政策逐步落实的情况下,节能降碳是当前钢铁领域的重要抓手。2021年以来,国家部委相继发布多份能约束相关文件,对钢铁行业节能减排及绿色低碳转型提出明确目标任务,2022年12月9日钢铁行业“能效标杆三年行动方案”正式拉开帷幕,一项名为“极致能”工程也进入了实质性实施阶段。

随着“极致能”工程的开展,高炉炼铁成了其节能降碳的主战场。高炉炼铁工艺除其主产品外,还有两个重要的副产物——高炉煤气和炉渣,对副产物进行绿色低碳的处理,也是“极致能”工程中重要的一环。

高炉煤气是钢铁企业最重要的二次能源,其主要成分有CO2、CO、H2、N2、CH4[1]可被广泛应用于热风炉、加热炉、电厂等工艺过程中。其本身具有大气量、低热值、低硫含量的特点。钢铁企业中每炼一吨铁可产生1500~1800m3高炉煤气[1],硫含量一般均小于200mg/Nm³,不同于常规烟气以无机硫(SO2SO3)形式存在,高炉煤气中硫以H2S和有机硫为主,其中分子结构稳定的有机硫占全硫含量的70%以上,相对活泼的H2S占比30%左右,所以,对高炉煤气中硫的处理不能简单通过酸碱中和完成其脱除的目的,需要对有机硫和无机硫进行双重治理。

2019年4月,生态环境部等五部委《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》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,自“意见”发布以来相关政策逐步落实,2022年12月5日,生态环境部《钢铁/焦化建设项目环境影响评价文件审批原则》中要求新建高炉、焦炉实施煤气精脱硫,国家对高炉煤气源头治理的政策也日益明朗。

2021年5月26日,碳达峰碳中和工作领导小组第一次全体会议在北京召开。2021年10月,《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》以及《2030年前碳达峰行动方案》的两个重要文件相继出台,共同构建了中国碳达峰、碳中和政策体系的顶层设计。同时,全国碳排放权交易将于2021年7月16日开市,我国也从没有碳交易概念走向实质性交易阶段,国内交易价格也一路高涨,欧盟的价格一直在600元/吨左右,我国的交易价格也将会和国际接轨。

随着“双”和“源头治理”政策的落地、第一套20万Nm³/h以上高炉煤气精脱硫项目超三年的运行(采用立方“TFD绿色低碳”技术)、第一套规模化处理量超100万Nm³/h精脱硫项目近两年的运行(采用立方“TFD绿色低碳”技术),高炉煤气精脱硫技术已经由探索阶段稳步走向了工艺成熟阶段。

天立方集团采用全生命周期的绿色设计,采用信息化智能制造技术,通过设计制造一体化,实现了降本增效、提升产品附加值、绿色环保协同发展的要求,融合新一代数字化技术,形成了适应于钢铁、焦化等行业的专项技术及高炉煤气精脱硫超低排放的综合治理解决方案,最终形成完整的“TFD绿色低碳”高炉煤气精脱硫一体化工艺!

“TFD绿色低碳”工艺采取两段式处理:

第一段:预处理、催化转化系统置于高炉与发电机组之间,利用其中温中压的性质,将高炉煤气中酸类、油类、烃类物质去除,同时完成有机硫转向无机硫的转化。转化完成后,高炉煤气中H2S含量为80~150mg/Nm³,其分气压不足十万分之三,根据石化多年生产经验,此分气压下的H2S对管道和设备不会造成任何影响;去除了高炉煤气中强酸类物质,可以有效的防止发电装置和管道的腐蚀老化,延长使用寿命、减少检修频次,同时也降低了设备管道的安全运行风险。

有机硫转化原理:

COS+H2O=H2S+CO2

CS2+2H2O=2H2S+CO2

第二段:干法吸附脱硫工艺置于发电装置后,利用其低温低压的性质,将高炉煤气中的硫吸附转化,从而达到精脱硫的工艺目标。

干法吸附原理:

H2S+MOMS+H2O(M代表金属元素)

MS+O2→2S+MO

“TFD绿色低碳”工艺的主要优势:

1) 可控:处理精度高且可控,满足现阶段超低排放要求,同时考虑到未来“超超低”、“零”排放提标需求,届时皆有设计余量,不需对设备进行改造,仅需改变控制方式即可实现;

2) 绿色:干法工艺,不消耗水、无废水废液排放,无二次污染;

3)环保:复合脱硫剂更换后可用于烧结机配料,实现环保闭环;

4) 低碳:充分利用高炉煤气自身温度压力,不需进行调温,系统运行耗电仅有几十千瓦时,符合绿色设计、低碳设计理念;

5) 智能:可实现无人值守、自动化操作;

6) 可靠:采用自行生产和合作生产的专利配方且性能可靠、经过长达数年运行检验的三剂,质量和使用周期有保障;

7) 保护:预处理、催化转化放置在发电机组前,保护发电机组和管道,延长使用寿命;

8)不变:高炉煤气热值和性质没有改变,下游用户的使用不发生变化。

在“双”和“源头治理”政策背景下,随着钢铁领域“极致能”工程战役的开展和正式落地,对高炉煤气精脱硫的技术选择也成为了此次战役的重中之重。“TFD绿色低碳”高炉煤气精脱硫工艺是在“双”大背景下催生出的、是真正意义上源头煤气治理的技术。无论从环保达标、能消耗上,还是绿色低碳技术上,“TFD绿色低碳”高炉煤气精脱硫工艺均是钢铁领域“极致能”工程战役中最有利的武器。(江苏天立方环保工程有限公司崔新明)

参考文献:

[1]张殿印,李惊涛.冶金烟气治理新技术手册:356.

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