一种转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫的方法与流程

本发明涉及气体净化领域，具体涉及一种转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫的方法。

背景技术

钢厂转、高炉煤气在回收前，要经过电除尘工段，因此考虑到回收安全，控制煤气中氧气含量指标为小于1％。国内各大钢厂转、高炉煤气中co含量在40-50％，氧气含量普遍在0.5～1.5％之间。转、高炉煤气的一般用途为发电或用作其他燃料，因此，基本不做脱氧处理。随着钢铁行业节能减排、深度挖潜的推进，钢化联产项目逐渐增多，化工生产的原料气逐渐由煤制气被炼钢尾气所替代，为了能满足化工生产的需要，原料气中的氧含量需要脱除和控制。

现有脱氧方式有采用脱氧反应器或煤气变换工艺进行脱氧处理，但是由于转、高炉煤气的氧含量过高，直接采取常规处理手段会造成反应器飞温、催化剂和脱氧剂失活等事故，因此，现有脱氧方式无法适用于转、高炉煤气脱氧。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫的方法。

本发明的技术解决方案是：一种转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫的方法，转炉和/或高炉煤气中，氧气的体积分率为0.6-1％，硫化物的含量为16-18mg/nm³；其特征在于，包括如下步骤：

s1)、脱硫

将转炉和/或高炉煤气脱硫，脱除有机硫和无机硫；

s2)、混合

将经过步骤s1脱硫后的转炉和/或高炉煤气与氧气的体积分率为0.001-0.005％的脱氧煤气混合，控制混合后的混合煤气中，氧气的体积分率不大于0.7％；

s3)、脱氧

将经过步骤s2混合后的混合煤气脱氧，使脱氧后的脱氧煤气中，氧气的体积分率为0.001-0.005％；

s4)、掺混和精脱硫

将经过步骤s3脱氧后的脱氧煤气分流，一部分脱氧后的脱氧煤气与步骤s2中的经过步骤s1脱硫后的转炉和/或高炉煤气掺混，控制混合后的混合煤气中，氧气的体积分率不大于0.7％；剩余脱氧后的脱氧煤气进行精脱硫，形成净化气。

进一步的，步骤s4中，经过步骤s3脱氧后的脱氧煤气中一部分与步骤s2中的经过步骤s1脱硫后的转炉和/或高炉煤气掺混前，依次经过冷却，气液分离，增压后与经过步骤s1脱硫后的转炉和/或高炉煤气掺混；气液分离后的液体回收。

进一步的，步骤s4中，剩余脱氧后的脱氧煤气进行精脱硫前先与转炉和/或高炉煤气换热，再经过冷却后进行精脱硫。

进一步的，转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫开工启动时，在步骤s1前，加热转炉和/或高炉煤气；在步骤s3前，加热混合后的混合煤气；正常生产时，停止加热转炉和/或高炉煤气和混合后的混合煤气。

进一步的，转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫开工启动时，控制进入步骤s1的转炉和/或高炉煤气的质量流量不大于脱氧反应器承受的极限值。

进一步的，转炉和/或高炉煤气的有效成分中，一氧化碳的体积分率为40-60％，二氧化碳的体积分率为20-26％，氮气的体积分率为20-28％，氢气的体积分率为1-4％，氧气的体积分率为0.6-1％，磷化氢的含量为100-250mg/kg，焦油和灰尘的含量不高于0.1mg/nm³，硫化物的含量为16-18mg/nm³；

转炉和/或高炉煤气经过步骤s4后的有效成分中，一氧化碳的体积分率为45-60％，二氧化碳的体积分率为20-26％，氮气的体积分率为20-28％，氢气的体积分率为1-4％，氧气的体积分率为0.001-0.005％；磷化氢的含量为100-250mg/kg，焦油和灰尘的含量不高于0.1mg/nm³，总硫含量不高于0.1mg/nm³。

进一步的，转炉和/或高炉煤气的有效成分中，一氧化碳的体积分率为48％，二氧化碳的体积分率为24.5％，氮气的体积分率为24.37％，氢气的体积分率为2％，氧气的体积分率为1％，磷化氢的含量为200mg/kg，焦油和灰尘的含量不高于0.1mg/nm³，硫化物的含量为17.7mg/nm³；

转炉和/或高炉煤气经过步骤s4后的有效成分中，一氧化碳的体积分率为48.48％，二氧化碳的体积分率为24.75％，氮气的体积分率为24.62％，氢气的体积分率为2.02％，氧气的体积分率为0.003％；磷化氢的含量为200mg/kg，焦油和灰尘的含量不高于0.1mg/nm³，总硫含量不高于0.1mg/nm³。

进一步的，步骤s1前，转炉和/或高炉煤气经过转炉和/或高炉煤气初净化，转炉和/或高炉煤气初净化包括如下步骤：

s01)、除尘脱焦油

对转炉和/或高炉煤气除尘和脱焦油，使转炉和/或高炉煤气中的灰尘和焦油总量不高于3mg/nm³；

s02)、压缩

压缩经过步骤s01的转炉和/或高炉煤气至0.95-1mpa；

s03)、除杂

将步骤s02的转炉和/或高炉煤气除杂，使转炉和/或高炉煤气中的杂质含量不高于1mg/nm³。

进一步的，经过步骤s01前的转炉和/或高炉煤气的有效成分中，一氧化碳的体积分率为40-60％；二氧化碳的体积分率为20-26％，氮气的体积分率为20-28％，氢气的体积分率为1-4％，氧的体积分率为0.6-1％，磷化氢的含量为100-250mg/kg，焦油和灰尘的含量为0.01-0.02g/nm³，硫化物的含量为16-18mg/nm³。

进一步的，经过步骤s01前的转炉和/或高炉煤气的有效成分中，一氧化碳的体积分率为48％；二氧化碳的体积分率为24.5％，氮气的体积分率为24.37％，氢气的体积分率为2％，氧的体积分率为1％，磷化氢的含量为200mg/kg，焦油和灰尘的含量为0.015g/nm³，硫化物的含量为17.7mg/nm³。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明工艺简单，操作方便，采用将氧气含量较高的煤气与氧气含量低的合格煤气进行混合，然后将混合后的煤气通入脱氧反应器进行脱氧处理，得到合格的再生气，同时将一部分煤气经循环压缩机进行循环，用于氧气含量较高的煤气进行混合，以制得混合气，整个工艺简单，能耗小，能够实时在线连续对煤气进行脱氧处理。

附图说明

图1为本发明的转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫方法的流程图。

图2为本发明的转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫装置的示意图。

图3为本发明的脱氧反应器的结构示意图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示，一种转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫的方法，所述转炉和/或高炉煤气的流量为28000-30000nm³/h，压力为0.95-1mpa，温度为38-42℃；有效成分中，一氧化碳的体积分率为40-60％，二氧化碳的体积分率为20-26％，氮气的体积分率为20-28％，氢气的体积分率为1-4％，氧气的体积分率为0.6-1％，磷化氢的含量为100-250mg/kg，焦油和灰尘的含量不高于0.1mg/nm³，硫化物的含量为16-18mg/nm³。使用除氧精脱硫装置对所述转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫。

所述除氧精脱硫装置包括转炉煤气换热器301，开工加热器302，循环气水冷器303，净化气水冷器304，水解脱硫开工加热器305，水解脱硫塔，精脱硫塔，脱氧反应器350，转炉和/或高炉煤气循环压缩机360，循环气分液罐370，其中，所述水解脱硫塔包括结构相同的第一水解脱硫塔310和第二水解脱硫塔320，所述第一水解脱硫塔310和第二水解脱硫塔320采用可串可并设置，正常生产为串联流程，当更换催化剂时采用并联操作，所述精脱硫塔包括结构相同的第一精脱硫塔330和第一精脱硫塔340，所述第一精脱硫塔330和第一精脱硫塔340并联设置，一开一备，塔内装有精脱硫剂，脱除气体中残余的硫醇及二甲基二硫化物。

转炉和/或高炉煤气气柜依次与转炉煤气换热器301，水解脱硫塔，脱氧反应器350连通，所述脱氧反应器350包括壳体351，上封头352-1，下封头352-2，若干换热管353，分气筒354，人孔管口355，催化剂自卸口356，进气口357，出气口358和泄压阀359；所述壳体351与上封头352-1和下封头352-2连接构成受压外壳；所述若干换热管353设置于所述壳体351内并与所述分气筒354固定连接，所述分气筒354固定连接于所述下封头352-2内，所述进气口357，出气口358和催化剂自卸口356分别固定连接于所述下封头352-2外表面，所述进气口357与所述分气筒354入口连通，所述分气筒354出口与所述若干换热管353连通，所述出气口358和催化剂自卸口356与所述下封头352-2内部连通，所述人孔管口355和泄压阀359分别与所述上封头352-1外表面固定连接并与所述上封头352-1内部连通。除氧催化剂从脱氧反应器350顶部的上封头352-1的人孔管口355装入，装在若干换热管353之间并由脱氧反应器350底部的下封头352-2的催化剂自卸口356卸料，进一步优选的，所述催化剂自卸口356卸料为2个，设置在所述下封头352-2两侧。进一步优选的，所述脱氧反应器350的操作压力为0.95-1.05mpa，优选1mpa，操作温度为50-160℃，优选56℃，催化剂填装颗粒径为ф3-4mm，壳体351内径为3700mm，脱氧反应器350整体高度为8000mm。所述脱氧反应器350出口设置两条支路，一条支路与连通水解脱硫塔出口与脱氧反应器350入口的管路连通，在该支路上，从脱氧反应器350出口至连通水解脱硫塔出口与脱氧反应器350入口的管路方向上，依次设置有循环气水冷器303，循环气分液罐370和转炉和/或高炉煤气循环压缩机360；另一条支路依次与转炉煤气换热器301，净化气水冷器304和精脱硫塔的入口连通；连通所述水解脱硫塔的入口与转炉和/或高炉煤气气柜的管路上设置有开工支路，所述水解脱硫开工加热器305设置在所述开工支路上，连通所述水解脱硫塔出口与脱氧反应器350入口的管路上设置有水解脱硫开工支路，所述开工加热器302设置在所述水解脱硫开工支路上。

除氧精脱硫的方法包括如下步骤：

s1)、脱硫

所述转炉和/或高炉煤气经过转炉煤气换热器301与脱氧后氧气的体积分率不大于0.7％的脱氧煤气换热升温至55-65℃后进入水解脱硫塔脱除有机硫和无机硫，其具体过程为转炉和/或高炉煤气经过水解脱硫塔的有机硫水解催化剂将转炉和/或高炉煤气中的cos水解转化为h2s，然后进入水解脱硫塔的精脱硫剂床层，脱除气体中的h2s及其他硫化物，其他硫化物包括二甲基硫，甲硫醇和噻吩中的一种或多种组合。在转炉和/或高炉煤气脱氧前进行脱硫处理，避免了转炉和/或高炉煤气中的硫化物与脱氧反应器中的除氧催化剂反应以致除氧催化剂失效。转炉和/或高炉煤气脱硫前，将转炉和/或高炉煤气换热升温，提高了转炉和/或高炉煤气的脱硫效果。

s042)、混合

将经过步骤s1脱硫后的转炉和/或高炉煤气与氧气的体积分率为0.001-0.005％的脱氧循环煤气混合，控制混合后的混合煤气中，氧气的体积分率不大于0.7％。

s043)、脱氧

将经过步骤s2混合后的混合煤气脱氧，使脱氧后的脱氧煤气的氧气的体积分率为0.001-0.005％。

脱氧过程具体为经过步骤s2混合后的混合煤气由脱氧反应器350底部下封头352-2的进气口357进入分气筒354后分配至若干换热管353，所述经过步骤s2混合后的混合煤气由下而上与换热管353之间的除氧催化剂换热，换热后的经过步骤s2混合后的混合煤气出换热管353后自上而下穿过换热管353之间的除氧催化剂进行除氧反应，除氧反应后，气体由出气口358排出。优选的，当所述脱氧反应器350超出安全值时，泄压阀359自动打开，脱氧反应器350内的气体由泄压阀359排出。所述脱氧反应器采用分气筒354和均布的若干换热管，保证经过步骤s042混合后的混合煤气脱氧和除氧催化剂分布均匀，提高了除氧效率的同时整个脱氧反应器内的温度均匀，通过设置催化剂自卸口，实现了除氧催化剂的自卸，减少了除氧催化剂卸料的人工劳动强度。

s4)、掺混和精脱硫

经过步骤s3脱氧后的脱氧煤气分流分为两步分，一部分脱氧后的脱氧煤气经过循环气水冷器303冷却降温至35-45℃后经过循环气分液罐370进行气液分离，气液分离后的气体经过转炉和/或高炉煤气循环压缩机增压至0.93-0.98mpa后作为步骤s2中的脱氧循环煤气与经过步骤s1脱硫后的转炉和/或高炉煤气掺混，保证混合后的混合煤气中，氧气的体积分率不大于0.7％，气液分离后的液体回收；另一部分脱氧后的脱氧煤气作为步骤s1中的氧气的体积分率为0.001-0.005％的脱氧煤气经过转炉煤气换热器301与转炉和/或高炉煤气换热降温至130-150℃后经过净化气水冷器304冷却至35-45℃后进入精脱硫塔脱硫，脱除气体中残余的硫醇及二甲基二硫化物，形成净化气，所述净化气的总硫含量不高于0.1mg/nm³。

转炉和/或高炉煤气经过步骤s4后，转炉和/或高炉煤气的流量为28000-30000nm³/h，压力为0.8-0.85mpa，温度为38-42℃；有效成分中，一氧化碳的体积分率为45-60％，二氧化碳的体积分率为20-26％，氮气的体积分率为20-28％，氢气的体积分率为1-4％，氧气的体积分率为0.001-0.005％；磷化氢的含量为100-250mg/kg，焦油和灰尘的含量不高于0.1mg/nm³，总硫含量不高于0.1mg/nm³。

优选的，设置有循环风机，所述循环风机与所述转炉和/或高炉煤气循环压缩机360并联设置，控制混合后的混合煤气中，氧气的体积分率不大于0.7％，经过步骤s3的脱氧后的脱氧煤气温度不高于160℃。由于转炉煤气氧含量较高，且氧含量波动较大，通过设置循环风机，降低了入口氧含量，实现了脱氧反应器内的除氧催化剂在较低的温度下长期稳定运行。

优选的，转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫开工启动时，在步骤s1前，加热所述转炉和/或高炉煤气至55-65℃，以提高转炉和/或高炉煤气的脱硫效果；在步骤s3前，加热混合后的混合煤气至55-65℃，以提高脱氧效果；正常生产时，停止加热所述转炉和/或高炉煤气和混合后的混合煤气。

优选的，炉和/或高炉煤气除氧精脱硫开工启动时，控制进入步骤s1的转炉和/或高炉煤气的质量流量不大于脱氧反应器承受的极限值，在此，本申请的转炉和/或高炉煤气的质量流量为56791-88422kg/h，以保证和/或高炉煤气除氧精脱硫开工启动时，控制进入步骤s1的转炉和/或高炉煤气的质量流量不大于脱氧反应器承受的极限值。

所述转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫装置开工前，除氧催化剂正常使用前需要进行还原，具体过程如下：

a)、启动转炉和/或高炉煤气循环压缩机360进行氮气循环，循环流程为转炉和/或高炉煤气循环压缩机360→转炉煤气换热器301→水解脱硫开工加热器305→水解脱硫塔→开工加热器302→脱氧反应器350→循环气水冷器303→循环气分液罐370后返回转炉和/或高炉煤气循环压缩机360。

b)、使用开工加热器302将氮气加热到170-180℃，最终将除氧催化剂升温至170℃后恒温，再逐步补入转炉和/或高炉煤气。

优选的，在补入转炉和/或高炉煤气之前需要对水解脱硫开工加热器305通过蒸汽加热将水解脱硫塔温度提温至60℃，然后将温度提温至180℃，控制进入脱氧反应器350的co含量，直至co的体积分率到3-4％并且进出口co含量未发生变化，还原结束。

c)还原好后将脱氧反应器温度降至80℃，调整原料气量，开始正常生产。

所述转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫装置停工时，逐步减少并直至停止转炉和/或高炉煤气进入装置，启动循环风机，加大循环量，脱氧反应器350改为循环流程，循环流程为转炉和/或高炉煤气循环压缩机360→转炉煤气换热器301→水解脱硫开工加热器305→水解脱硫塔→开工加热器302→脱氧反应器350→循环气水冷器303→循环气分液罐370后返回转炉和/或高炉煤气循环压缩机360，维持系统压力，然后将除氧催化剂温度逐步降至常温，停止循环风机。

优选的，步骤s1前，使用转炉和/或高炉煤气初净化装置对转炉和/或高炉煤气经过转炉和/或高炉煤气初净化，初净化前的转炉和/或高炉煤气的流量为28000-30000nm³/h，压力为0.003-0.005mpa，温度为18-22℃；有效成分中，一氧化碳的体积分率为40-60％，二氧化碳的体积分率为20-26％，氮气的体积分率为20-28％，氢气的体积分率为1-4％，氧气的体积分率为0.6-1％；磷化氢的含量为100-250mg/kg，焦油和灰尘的含量为0.01-0.02g/nm³，硫化物的含量为16-18mg/nm³。

所述转炉和/或高炉煤气初净化装置包括依次连接的除尘脱焦油装置，压缩机和tsa吸附装置；优选的，所述除尘脱焦油装置为电捕焦油器，所述压缩机为往复式压缩机，所述tsa吸附装置为变温碳吸附装置。

转炉和/或高炉煤气初净化包括如下步骤：

s01)、除尘脱焦油

使用除尘脱焦油装置，优选电捕焦油器对所述转炉和/或高炉煤气除尘和脱焦油，使所述转炉和/或高炉煤气中的灰尘和焦油总量不高于3mg/nm³。

s02)、压缩

使用压缩机，优选往复压缩机压缩经过步骤s01的转炉和/或高炉煤气至0.95-1mpa。

s03)、除杂

使用tsa吸附装置，优选变温碳吸附装置，对步骤s02的转炉和/或高炉煤气除杂，使所述转炉和/或高炉煤气中的杂质含量不高于0.1mg/nm³。所述杂质为焦油和/或灰尘。

实施例1

一种转炉和/或高炉煤气除氧精脱硫的方法，

包括如下步骤：

s0)、转炉和/或高炉煤气的初净化

初净化前的转炉和/或高炉煤气的流量为29000nm³/h，压力为0.005mpa，温度为20℃；有效成分中，一氧化碳的体积分率为48％，二氧化碳的体积分率为24.5％，氮气的体积分率为24.37％，氢气的体积分率为2％，氧气的体积分率为1％；磷化氢的含量为200mg/kg，焦油和灰尘的含量为0.015g/nm³，硫化物的含量为17.7mg/nm³。

转炉和/或高炉煤气初净化包括如下步骤：

s01)、除尘脱焦油

使用电捕焦油器对所述转炉和/或高炉煤气除尘和脱焦油，使所述转炉和/或高炉煤气中的灰尘和焦油总量不高于3mg/nm³。

s02)、压缩

使用往复压缩机压缩经过步骤s01的转炉和/或高炉煤气至1mpa。

s03)、除杂

使用变温碳吸附装置，对步骤s02的转炉和/或高炉煤气除杂，使所述转炉和/或高炉煤气中的杂质含量不高于0.1mg/nm³。

初净化后的转炉和/或高炉煤气的流量为29000nm³/h，压力为0.97mpa，温度为40℃；有效成分中一氧化碳的体积分率为48％；二氧化碳的体积分率为24.5％，氮气的体积分率为24.37％，氢气的体积分率为2％，氧的体积分率为1％，磷化氢的含量为200mg/kg，焦油和灰尘的含量为0.015g/nm³，硫化物的含量为17.7mg/nm³。

s01)、脱硫

所述转炉和/或高炉煤气经过转炉煤气换热器301与脱氧后氧气的体积分率不大于0.7％的脱氧煤气换热升温至60℃后进入水解脱硫塔脱除有机硫和无机硫。

s02)、混合

将经过步骤s01脱硫后的转炉和/或高炉煤气与氧气的体积分率为0.003％的脱氧循环煤气混合，控制混合后的混合煤气中，氧气的体积分率不大于0.7％。

s03)、脱氧

将经过步骤s02混合后的混合煤气脱氧，使脱氧后的脱氧煤气的氧气的体积分率为0.003％。

s04)、掺混和精脱硫

经过步骤s03脱氧后的脱氧煤气分流分为两步分，一部分脱氧后的脱氧煤气经过循环气水冷器303冷却降温至40℃后经过循环气分液罐370进行气液分离，气液分离后的气体经过转炉和/或高炉煤气循环压缩机增压至0.95mpa后作为步骤s02中的脱氧循环煤气与经过步骤s01脱硫后的转炉和/或高炉煤气掺混，保证混合后的混合煤气中，氧气的体积分率不大于0.7％，气液分离后的液体回收；另一部分脱氧后的脱氧煤气作为步骤s01中的氧气的体积分率为0.003％的脱氧煤气经过转炉煤气换热器301与转炉和/或高炉煤气换热降温至140℃后经过净化气水冷器304冷却至40℃后进入精脱硫塔脱硫，脱除气体中残余的硫醇及二甲基二硫化物，形成净化气，所述净化气的总硫含量不高于0.1mg/nm³。

经过步骤s04后的转炉和/或高炉煤气的流量为29000nm³/h，压力为0.82mpa，温度为40℃；有效成分中，一氧化碳的体积分率为48.48％，二氧化碳的体积分率为24.75％，氮气的体积分率为24.62％，氢气的体积分率为2.02％，氧气的体积分率为0.003％；磷化氢的含量为200mg/kg，焦油和灰尘的含量不高于0.1mg/nm³，总硫含量不高于0.1mg/nm³。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。