一种全流程高炉煤气脱硫装置

技术领域

本发明涉及煤气处理装置，具体涉及一种全流程高炉煤气脱硫装置。

背景技术

高炉煤气作为钢铁企业生产过程中产量最大的可燃气，其主要成分包含：CO

高炉煤气可以作为热风炉、轧钢加热炉、燃气发电等设备的燃料使用。高炉煤气中含有的硫化物(有机硫和无机硫)如果排放至大气中，会对周围环境造成严重污染，也无法满足下游用户的对SO

目前高炉煤气的精脱硫技术应用较为多的技术为“水解转化法+吸收法”，采用水解装置将煤气中的COS转化为H

现有相关装置多为分散设置，整体占地面积大。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种全流程高炉煤气脱硫装置。

为此，本发明所提供的全流程高炉煤气脱硫装置包括塔体，塔体轴向一端设有煤气入口，另一端设有煤气出口；所述塔体内沿煤气入口至煤气出口依次设有预处理区、加热区、水解区、冷却区和吸收区；

所述预处理区安装有预处理模块，所述预处理模块包括多个气体分布箱；所述气体分布箱包括箱体，箱体的一侧壁设有煤气进口，其余侧壁上分布有若干通孔；多个气体分布箱在预处理区内并列设置，且相邻气体分布箱之间设有间隙，同时各气体分布箱不与塔体的内壁接触；所有气体分布箱的煤气进口与所述煤气入口相通；所述预处理区内填充有预处理剂，且预处理剂分布于多个煤气分布箱之间和周围；

所述加热区安装有加热装置；

所述水解区安装有水解模块，所述水解模块包括多根第一气体分布管，所述第一气体分布管包括第一管体，该第一管体上设有第一煤气进口，管体壁上分布有若干通孔；多根第一气体分布管在水解区内并列设置，且相邻第一气体分布管之间设有间隙，同时各第一气体分布管不与塔体的内壁接触；各第一气体分布管的第一煤气进口与加热区相通；所述水解区内填充有水解剂，水解剂分布于多个第一气体分布管之间和周围；

所述冷却区安装有冷却装置；

所述吸收区内安装有吸收模块，所述吸收模块包括多根第二气体分布管，所述第二气体分布管包括第二管体，该第二管体上设有第二煤气进口，管体壁上分布有若干通孔；多根第二气体分布管在吸收区内并列设置，且相邻第二气体分布管之间设有间隙，同时各第二气体分布管不与塔体的内壁接触；各第二气体分布管的第二煤气进口与加热区相通；所述吸收区内填充有吸收剂，吸收剂分布于多个第二气体分布管之间和周围；

待处理煤气经煤气入口、各煤气进口进入各煤气分布箱内，经各箱体上分布的若干通孔进入预处理区与预处理剂接触发生反应进行预处理；预处理后的煤气进入加热区加热装置加热，加热后的煤气经第一煤气进口进入各第一气体分布管，经各第一管体上的若干通孔进入水解区内与水解剂接触发生水解，被水解后的煤气进入冷却区被冷却装置冷却；被冷却后的煤气经第二煤气进口进入各第二气体分布管，经各第二管体上的若干通孔进入吸收区内被吸收剂吸收有害物质之后，经煤气出口排出。

可选的方案是，所述塔体轴向与水平面平行，所述塔体为圆柱体或长方体结构。

可选的方案是，所述煤气入口、预处理区、加热区、水解区、冷却区、吸收区和煤气出口相邻工艺段之间通过隔板隔开，依次为隔板A、隔板B、隔板C、隔板D、隔板E和隔板F；

所述隔板A上开设有多个通孔A，各通孔A与气体分布箱上煤气进口形状相匹配，各气体分布箱的煤气进口安装在各通孔A处；

所述隔板B上分布有若干通孔B，通孔B用于预处理后煤气进入加热区，同时阻隔预处理剂扩散至加热区；

所述隔板C上开设有多个通孔C，各通孔C的形状与第一煤气进口的形状相匹配，各第一气体分布管的第一煤气进口安装于通孔C处；

所述隔板D上分布有若干通孔D，该通孔D用于水解后的煤气进入冷却区，同时阻隔水解剂扩散至冷却区；

所述隔板E开设有多个通孔E，各通孔E的形状与第二煤气进口的形状相匹配，各第二气体分布管的第二煤气进口安装于通孔E处；

所述隔板F分布有若干通孔F，该通孔F用于吸收后的煤气输至煤气出口，同时阻隔吸收剂扩散至煤气出口。

可选的方案是，所述气体分布箱的煤气进口与相应通孔A通过锥形连接管A连接；所述第一煤气进口通过锥形连接管C与相应通孔C连接；所述第二煤气进口通过锥形连接管E与相应通孔E连接。

可选的方案是，所述隔板A、隔板B、隔板C、隔板D、隔板E或/和隔板F各自的一侧设有填料阻隔网。

可选的方案是，所述预处理模块包括多个气体分布箱和支撑板A，所述支撑板A上开设有多个与煤气进口相匹配的通孔，各气体分布箱的煤气进口安装在各通孔处；所述预处理模块可拆卸式的安装于预处理区；

所述水解模块包括多根第一气体分布管和支撑板B，所述支撑板B上开设有多个与第一煤气进口相匹配的通孔，各第一气体分布管的第一煤气进口安装在各通孔处；所述水解模块可拆卸式的安装于水解区；

所述吸收模块包括多根第二气体分布管和支撑板C，所述支撑板C上开设有多个与第二煤气进口相匹配的通孔，各第二气体分布管的煤气进口安装在各通孔处；所述吸收模块可拆卸式的安装于吸收区。

可选的方案是，所述气体分布箱箱体其余侧壁上分布有若干通气孔，气体分布箱箱体外或内部设有填料阻隔网A；

所述第一气体分布管管体壁上分布有若干通气孔，第一管体外或内部设有填料阻隔网B；

所述第二气体分布管管体壁上分布有若干通气孔，第二管体外或内部设有填料阻隔网C。

可选的方案是，所述预处理区内多个气体分布箱底部设有废液收集区，所述冲洗废液收集区的塔体侧壁开设有废液出口；所述各气体分布箱箱体内安装有冲洗装置；所述预处理区内的非废液收集区填充有预处理剂，且预处理剂分布于多个气体分布箱之间和周围。

可选的方案是，所述加热区底部塔壁设有冷凝水出口；所述冷却区底部塔壁设有排水口。

可选的方案是，所述预处理区顶部塔壁设有预处理剂装填口、底部塔壁设有预处理卸料口；所述水解区顶部塔壁设有水解剂装填口、底部塔壁设有水解剂卸料口；所述吸收区顶部塔壁设有吸收剂装填口、底部塔壁设有吸收剂卸料口。

可选的方案是，所述煤气分布箱的箱体为长方体结构，煤气进口位于长方体结构最短边所在侧面，或者所述箱体一最短边所在侧面为敞口结构形成煤气进口；所述多个煤气分布箱在预处理区并列分布成一排；

可选的方案是，所述预处理区内多个气体分布箱底部设有废液收集区，所述冲洗废液收集区的塔体侧壁开设有废液出口；所述气体分布箱箱体内安装有气体冲洗装置；所述预处理区内的非废液收集区填充有预处理剂，且预处理剂分布于多个气体分布箱之间和周围；

各煤气分布箱的煤气进口的长度方向沿冲洗液的下落方向。

可选的方案是，所述第一管体的一轴向端为敞口结构形成第一煤气进口，另一端壁和周向侧壁上分布有若干通孔；每根第一气体分布管在水解区内沿塔体轴向设置；所述多根第一气体分布管在水解区内呈阵列分布；

所述第二管体的一轴向端为敞口结构形成第二煤气进口，另一端壁和周向侧壁上分布有通孔；每根第二气体分布管在吸收区内沿塔体轴向设置；所述多根第二气体分布管在水解区内呈阵列分布。

可选的方案是，沿着气体运动方向，所述气体分布箱的内径逐渐缩小、所述第一管体的内径逐渐缩小或/和所述第二管体的内径逐渐缩小。

本发明通过全流程设计装置，将精脱硫工艺全流程集成在一个箱式模块下，减少了各设备之间的管道连接，缩短了流程线，使整个装置的占地面积大大减小；

本发明的装置可设计为一体化箱式模块设计，各单元之间相互直接连接，省去了原有设备之间的连接管道，一体化箱式直接可放在平台上省去了大部分钢构，整体施工简单易于制作安装。

本发明采用箱式除尘反应器采用槽板分流结构，可以使煤气气流均匀分布的到填料中，减少预处理模块的压力损失。进一步气体分布箱内设置冲洗水管，以冲洗分布腔及塔体内沉积的灰尘。

本发明的水解模块采用柱形管气体分布管，均匀的布置在水解箱煤气进口方向上，使煤气和催化剂均匀的分布在反应器中，消除了催化剂的堆积压力及侧向应力，增大了气固接触面积，煤气可以均匀的到达催化剂床层进行反应，充分的利用了整个床层的催化剂，极大的提高了反应效率。

附图说明

图1为本发明的全流程高炉煤气精脱硫系统图。

图2为本发明全流程模块装置主视图。

图3为本发明全流程模块装置俯视图。

图4为本发明实施例中预处理模块右视图；

图5为本发明实施例中预处理模块三维视图；

图6为本发明实施例中水解模块(或吸收模块)三维视图。

具体实施方式

除非有特殊说明，本文中的科学与技术术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。

本文所述轴向、上、下等方向或方位性术语与说明书附图中的相关方向或方位一致，需要说明的是，说明书附图中的具体方向或方位旨在解释本发明，本领域技术人员在其基础上所做的等同旋转、调换等变换均在本发明的保护范围之内。所述“水平面”以装置所安装的安装面为基准，安装面为地面时，水平面即为地平面。

本发明所述的预处理、水解、吸收所用的填料、具体反应原理均为高炉煤气处理常采用的技术。

本发明所述塔体包含现有煤气处理领域塔体的含义，同时还包含可容纳本发明各阶段装置及实现本发明整体流程的带壳体的空腔，如可以是箱体结构等。例如，在本发明的装置中烟气走向沿水平面时，塔体可设计为长方体结构的箱体。

在本发明的全流程高炉煤气脱硫装置中塔体内，参见图1所示，尤其是当塔体轴向与水平面平行时，可通过设置多个带通孔隔板将塔内分隔为多个工作区，并且吸收区1与加热区2、水解区3与冷却区4、吸收区5与煤气出口7之间的隔板除了供气体通过外，还阻隔相应区填料的作用；煤气入口6与吸收区1、加热区2与水解区3、冷却区4与吸收区5之间隔板的通孔上安装相应气体分布箱(优选方案中，可通过梯形管连接通孔与气体分布箱)或气体分布管(优选方案中，可通过锥形管连接通孔与气体分布管)，从而构成可拆卸式的预处理模块、水解模块或吸收模块。进一步的方案中，考虑到工艺需求和加工成本，吸收区1与加热区2、水解区3与冷却区4、吸收区5与煤气出口7之间的隔板各自独立由支撑隔板和填充剂阻隔网组成，其中支撑隔板上开设多个通气孔(根据气流阻力确定开设大小和分布方式)，填充剂阻隔网除了均布气体外，还用于阻隔填充剂。

为实现高炉煤气在预处理区可以与预处理剂充分接触，参见图5所示，本发明的全流程高炉煤气脱硫装置中采用在预处理区安装多个(即两个以上，根据整体设备尺寸和处理煤气量选择具体数据)箱式结构的气体分布箱12作为预处理模块；每个气体分布箱上的一侧壁设有煤气进口，其余侧壁上开设有通孔(即多个或若干通孔分布于其余侧壁上，用于通气和阻隔填料进入气体分布箱)；多个气体分布箱在预处理区并列(如沿塔体的径向，分布一列)设置或安装，相邻气体分布箱不接触即相互之间留有间隙，同时所有气体分布箱不与周围的塔内壁或其他相邻结构接触，以使得每个气体分布箱周围均填充或分布有预处理剂(常见的预处理剂有瓷球、脱氯剂等)。从塔体煤气入口送入的煤气直接进入各气体分布箱内(不直接进入气体分布箱外的预处理区内)，经多个气体分布箱一次分布、气体分布箱上分布的若干通孔二次分布后与箱体周围的预处理剂接触反应。本发明预处理区采用气体分布箱外部空间填充有预处理剂，气体分布箱可增大煤气的通过截面积，降低煤气通过预处理剂的阻力，并且使煤气能够均匀的通过预处理剂，提高预处理剂的利用率。

具体方案中，气体分布箱的形状可以根据装置整体结构需求、工艺需求设计，优选设计为长方体结构，采用该结构时，多个气体分布箱在预处理区分布成一排或一行；更优选的是，长方体结构箱体的最短边所在一侧壁为敞口结构作为煤气进口，其余侧壁上分布有若干通孔。还有些方案中，考虑到能够使煤气更加均匀的通过填充的预处理剂，沿着煤气流动方向，各煤气分布箱箱体内的内径逐渐减小，如采用立方锥体结构。还有些方案中，考虑到工艺需求、加工成本，每个气体分布箱侧壁上开设用于通气的通气孔(主要根据气体流动阻力设计开孔大小)，同时各气体分布箱外或内部设网或包裹网材，除了分布/均布气体外，还用于阻隔预处理剂进入气体分布箱。另有些方案中，考虑到对预处理模块的维修更换，所述预处理模块包括多个气体分布箱和支撑板，所述支撑板上开设有多个与煤气进口相匹配的通孔(如矩形孔)，各气体分布箱的煤气进口安装在各通孔处；所述预处理模块可拆卸式的安装于预处理区。

为避免预处理区发生堵塞，有些方案中，各气体分布箱内安装有冲洗装置，冲洗装置可定期对相应气体分布箱侧壁、预处理区的塔内壁、预处理剂进行冲洗，废液收集于位于多个煤气分布箱下方的废液收集区。具体方案中，所述冲洗装置的结构可选用主管接多根支管的结构方式，主管用于通冲洗液，将冲洗液输送给各支管，冲洗液从各支管上的喷嘴喷出对周围结构进行冲洗。

为实现处理过程的煤气在水解区(或吸收区)与水解剂(或吸收剂)充分接触，参见图6所示，本发明的全流程高炉煤气脱硫装置中采用在水解区(或吸收区)并列安装有多个气体分布管32作为水解模块(或吸收模块)，各气体分布管的管体上设有煤气进口(第一煤气进口或第二煤气进口)，管体壁上分布有若干通孔(用于通气和阻隔填料进入气体分布管)；相邻气体分布管之间留有间隙，且所有气体分布管均不与塔内壁及塔内相邻的结构或部件接触，以确保各气体分布管周围填充或分布有水解剂(或吸收剂)(常见的水解剂如负载有活性组分K,Na以及La、Fe等的γ-AlO水解剂等；常见的吸收剂如活性炭或氧化铁为载体以及氧化锌负载有活性组分的脱硫剂等)。经加热(或冷却)后的煤气经煤气进口进入各气体分布管(而不进入气体分布管外的水解区或吸收区)，经多个气体分布管一次分布、各气体分布管上分布的通孔二次分布后与周围的水解剂(或吸收剂)接触反应。本发明水解区(或吸收区)采用气体分布管外部空间填充有水解剂(吸收剂)，气体分布管可增大煤气的通过截面积，降低煤气通过水解剂的阻力，减小煤气流速，并且使煤气能够均匀的充分的与水解剂接触，提高水解剂的利用率，减少反应死区。

优选方案中，各气体分布管上的煤气进口开设在管体的一轴向端部，管体另一端壁和周向侧壁上分布若干通孔，各管体沿塔体的轴向或气流方向安装，如图6所示，呈阵列式分布。还有些方案中，考虑到能够使煤气更加均匀的通过填充的水解剂(或吸收剂)，沿着煤气流动方向，各气体分布管管体内径逐渐减小，如采用圆锥体结构。还有些方案中，考虑到工艺需求、加工成本，每根气体分布管壁上开设用于通气的通气孔(主要根据气体流动阻力设计开孔大小)，同时各气体分布管外或内部设网或包裹网材，除了分布/均布气外其还用于阻隔水解剂(或吸收剂)进入气体分布管。另有些方案中，考虑到对水解模块(或吸附模块)的维修更换，所述水解模块(或吸附模块)包括多根气体分布管和支撑板，所述支撑板上开设有多个与气体分布管的煤气进口相匹配的通孔，各气体分布管的煤气进口安装在各通孔处；所述水解模块(或吸附模块)可拆卸式的安装于水解区(或吸附区)。

需要说明的是，本文对水解模块和吸附模块的结构进行同时描述、限定，但并不意味着本发明装置中水解模块和吸附模块的结构必须相同，实际方案中，根据工艺需求分别设计水解模块和吸附模块的结构，可采用结构相同(包括各部件及相关尺寸相同)或不同的水解模块和吸附模块。

本发明装置中所用的加热装置可选用现有常见的加热装置或热交换装置(如管式或板式热交换装置)，热源可采用蒸汽、热水或电加热等，热源温度根据主要被加热煤气温度确定，将处理过程中的煤气加热至60-90℃。所用冷却装置可采用热交换装置，冷源可采用冷却水等，冷源温度根据主要被冷却煤气温度确定，将处理过程中的煤气冷却至30-50℃。

本发明装置的尺寸可根据煤气量的大小来确定尺寸的大小，气体分布箱和气体分布管的数量、尺寸及分布方式可根据煤气的实际情况进行调整。其上所分布通孔或通气孔及约翰逊网的尺寸也可根据填料催化剂的大小及系统压降的要求进行调整。

实施例1：

参见图1所示，该实施例的全流程高炉煤气脱硫装置包括立方体结构的箱式塔体，该箱式塔体的轴向与地面平行，其一轴向端设有煤气入口61(高炉煤气入口)，另一端设煤气出口71(洁净煤气出口)；该实施例中煤气入口设置在一端锥形导流口6上，煤气出口设置在另一端的锥形导流口7上；

箱式塔体内沿气流方向依次设有预处理区1、加热区2、水解区3、冷却区4和吸收区5；并且煤气入口6、预处理区1、加热区2、水解区3、冷却区4、吸收区5和煤气出口7相邻区域或工艺段之间设有带孔隔板；该实施例中吸收区1与加热区2、水解区3与冷却区4、吸收区5与煤气出口7分界处有钢支撑板分开，支撑板上均匀开有25mm的通气孔，煤气来侧铺设有15目的约翰逊丝网；煤气入口6与吸收区1、加热区2与水解区3、冷却区4与吸收区5之间的带孔钢制隔板上安装有气体分布装置(即气体分布箱或气体分布管)，且隔板与箱体内部使用凹槽活动连接，检修时可将内部装置整体吊装取出；

该实施例中煤气入口和出口的尺寸大小分别为5m×5m×2.6m；中间各工艺区的尺寸分别为5m×5m×2.6m；

结合上述本发明的方案，该实施例的预处理区1中安装有多个分布成一排的长方体结构的气体分布箱12(见图5)，在钢支撑板19上多个开矩形孔110，每个矩形孔的尺寸为500mm×4515mm，在矩形孔处形成梯形煤气导流口111(矩形宽度缩小为300mm×4515mm)，各梯形导流口后气体分布箱12尺寸为300mm×4515mm×2035mm，梯形导流口有利于煤气导流，起到气流分布板的作用，同时能够减小阻力；各气体分布箱12底面、两侧面及远离煤气入口的端面上均匀分布直径大小为25mm的通气孔18，气体分布箱外表面固定铺设有15目的约翰逊网，避免预处理剂进入到分布箱内同时保证煤气的通过性；

各气体分布箱内部设置有冲洗装置14，参见图4和5所示，顶部设有冲洗水管接入口开孔17，冲洗管深入到分布槽内对分布槽进行冲洗，冲洗水管主管接口15，冲洗水管自预处理模块顶部的冲洗水主管穿过各气体分布箱顶部冲洗水管开孔17，深入到气体分布箱底部上300mm处，伸入各气体分布箱的冲洗水管上等距分布有冲洗水支管16，冲洗水支管共4组，每组长度为1780mm，支管上布满直径为5mm的出水小孔，冲洗水通过小孔射出冲洗(参见图4)，冲洗气体分布箱上的约翰逊丝网及保护剂上的粉尘及结晶物。

结合上述本发明的方案，该实施例的在预处理区下方的塔壁上设有废水收集区(废水收集区通过带孔支撑板和填料阻隔网与上方区域隔开)，在废水收集区设废水出口13；在废水收集区上方的多个气体分布箱之间和周围装填有脱除氯离子的预处理剂11，预处理区上方塔壁有预处理剂装填口，下方有预处理剂的卸料口；

水解区3内部设置有气体分布管32(见图6)，在钢支撑件35上错位布置圆形分布孔34尺寸为500mm，气体分布管延伸300mm，同心圆直径缩小为300mm，在气流分布管入口形成锥形煤气导流口36，锥形导流口后气体分布管轴向长度为2035mm，锥形导流口有利于煤气导流，起到气流分布板的作用，同时能够减小阻力，分布管的表面及端面上均匀分布直径大小为25mm的通气孔37，分布管内固定铺设有15目的约翰逊网，避免水解剂进入到分布管内同时保证煤气的通过性。

水解区3内安装有多行多列多根气体分布管，其之间及周围内部装填有水解催化剂31，水解模块装置上方有水解剂加入口，下方有水解剂卸料口33；

该实施例吸收区5内部吸收模块52与水解模块相同，模块内部装填有吸收剂51；吸收区5上方吸收剂加入口，下方有吸收剂卸料口53；

该实施例中预处理剂为负载有碱金属的沸石分子，水解剂为负载有活性金属的γ-Al

除此之外，参见图1-3所示，该实施例加热区的加热装置采用管式换热装置23，热源为蒸汽，相应的加热区的顶部塔壁设有加热蒸汽进口21，底部塔壁设有冷凝水排出口22及冷凝水出口24；冷却区的冷却装置也采用管式换热装置43，冷源为由冷却塔8(对冷却水降温)、循环水池9(储存冷却水)和水泵10供应的循环冷却水，相应的加热区的底部塔壁设有冷却水进水口42和排水口44，顶部塔壁设有冷却水回水口41；

来自TRT装置的高炉煤气经高炉煤气入口进入塔内后，依次经预处理、加热、水解、降温和吸收，净化后的煤气接入煤气主管网。具体工艺过程如下：

1)从TRT来的高炉煤气接入到箱式全流程脱硫装置煤气入口6，此时高炉煤气的温度约为30～80℃，压力约为0.02MPa，COS(有机硫)含量约为7～180mg/Nm

2)经过预处理后，煤气通过预处理区和加热区之间的支撑板上的约翰逊网及支撑板上的煤气通气孔进入到加热区2，经换热管23加热至60-80℃，使煤气达到后续水解反应的温度条件；

3)加热升温后的煤气进入到水解区3中的气体分布管32，通过前端的锥形导流口36，进入到分布管内，通过管内铺设的约翰逊丝网，穿过煤气通气孔，进入到水解模块3的水解催化剂中，进行充分的水解反应，通过水解反应将煤气中的有机硫(COS)水解转化为无机硫(H

4)经过水解转化后的煤气通过水解区3与冷却区4之间支撑板上的约翰逊网及支撑板上的煤气通气孔进入到冷却区4中，被冷却装置冷却至40℃左右，使煤气达到后续吸收反应的温度条件；

5)冷却降温后的煤气进入到吸收区5中的煤气分布管52，通过前端的锥形导流口，进入到分布管内，通过管内铺设的约翰循丝网，穿过煤气通气孔，进入到吸收区的吸收剂中，进行充分的吸收氧化反应，通过氧化反应将煤气中的无机硫(H

上述工艺过程中预处理区1、水解区3、吸收区5的煤气空速控制在1000-1500h

有些方案中，根据煤气量的大小，可多个并联使用上述方案的全流程脱硫装置。

还有些方案中，也可根据高炉煤气的实际特性及参数，对塔内工艺区进行增减。例如：煤气来的温度较高含水量大的时候，可在预处理区前增加一个降温区，该去设置降温装置。