小荷才露尖尖角 2021北京市新技术新产品认定系列之禧德®煤气精脱硫技术

一、背景

近日，2021年度第二批（总第十六批）北京市新技术新产品（服务）认定发布，中晶环境科技股份有限公司（以下简称“中晶环境”）高炉热风炉烟气固定床脱硫系统、高炉煤气精脱硫技术、烟气治理副产物及工业固废制备的胶凝材料荣获认定证书。北京市新技术新产品（服务）认定，是由北京市科学技术委员会、北京市发展和改革委员会等部门根据北京市委市政府发布的《北京市新技术新产品（服务）认定管理办法》要求，在北京市重点发展的战略性新兴产业中遴选出的技术先进、产权明晰、质量可靠、市场前景广阔的创新型产品（服务），目的是推动新技术新产品（服务）应用，提升全社会自主创新能力。中晶环境凭借禧德®煤气精脱硫技术的先进性与突破性，赢得了专家组的一致认可。

高炉煤气是由钢铁生产过程中的炼铁高炉生成的钢铁行业的重要资源，可作为热风炉、轧钢加热炉、燃气发电等设备的燃料使用。随着钢铁行业正式进入“超低排放”时代，钢铁企业各生产环节的大气污染物排放得到了更加严格的控制，高炉煤气燃烧产物中SO2的减排也受到了广泛关注。

高炉煤气下游用气点较多且相对分散，采用末端脱硫方式需要较多数量的环保设备，处理的烟气量也更大，会造成企业环保成本的明显增加，因此对于高炉煤气宜采用前端精脱硫的方式，即在进入下游用户前进行硫的去除。目前高炉煤气前端精脱硫处理的主要流程是：煤气自高炉出来后先经过重力除尘器除尘，经过TRT余压发电后，再通过碱洗去除H2S，然后送往各个用气单元作为燃料使用。此法对于无机硫的脱除效果较好，但难以有效去除煤气中的有机硫成分，造成后续燃烧烟气中的SO2仍高于超低排放标准。针对排放要求进一步提升的现状，急需一种可以同时脱除高炉煤气中无机硫和有机硫的新技术，以保证钢铁企业的可持续发展。

二、禧德Ⓡ煤气精脱硫技术（CGD）

为助力钢企实现超低排放，中晶环境首创全干法禧德Ⓡ煤气精脱硫技术，采用自主研发新型材料，作用于预处理、催化水解、吸收脱硫等单元中，并结合拥有特殊结构的专有吸收塔设备实现低温、无废水、低阻力的高炉煤气超净排放工艺。它是一种低温低压状态下的全干式、预处理脱氯、有机硫催化水解、可抗CO2影响的干法脱除硫化氢的综合高效煤气精脱硫技术。该系统设置在高炉煤气TRT系统后（压力≤20KPa，70℃≤温度≤90℃)，不会影响原TRT系统的高效运行。系统总阻力小于4000Pa，可以保证在不升压条件下完成高炉煤气到各用气点或煤气柜的正常输送，有效地解决了高炉煤气燃烧后造成的诸多问题，如：排放点分散、煤气中氯化氢（HCL）易造成水解催化剂寿命低、CO2浓度高造成的传统湿法脱除硫化氢工艺碱液消耗量大、有废水排放、含水量增加造成的热值下降、系统阻力大造成需要设置升压装置等。

工艺原理：煤气自高炉出来后先经过重力除尘器除尘，经过TRT余压发电后，首先进入预处理塔脱除氯化氢（HCL)，再通过水解塔将有机硫转化为无机硫，再进入脱硫塔脱硫去除H2S，然后送往各个用气单元作为燃料使用。

图1：禧德Ⓡ煤气精脱硫工艺（CGD）流程图

禧德Ⓡ煤气精脱硫技术采用自主知识产权的三种新型材料，分别为：具备高效脱除氯化氢（HCL）的预处理剂，可抵抗硫化氢转化的具备特殊晶型的高效水解催化剂，以及硫化氢脱除效率高且硫容高的颗粒型吸收剂。

预处理剂：此技术增添了预处理剂可以保护水解催化剂不受前端高温布袋损坏尘超标和氯化氢（HCL）的双重影响。

水解催化剂：采用自主研制的催化剂利用煤气中少量气态水分子将以羰基硫（COS）、二硫化碳（CS2）为代表的有机硫完成水解转化为无机硫硫化氢（H2S）。该水解催化剂材料具有特殊的活性组分及配比，且已申请自主知识产权；选用特殊晶型可降低硫化氢生成后对催化剂的影响，保障了水解催化剂的寿命。有机硫的水解反应过程见下列典型化学反应方程式。

（式1）

图2：禧德Ⓡ水解催化剂外观照片

图3：禧德Ⓡ水解催化剂微观电镜照片

吸收剂：禧德Ⓡ煤气精脱硫技术采用自主研制铁基负载活性组分的硫化氢脱除剂，选用特殊晶型可提高硫化氢脱硫效率且具有较高的硫容，该脱除剂材料具有特殊活性组分且已申请自主知识产权。硫化氢脱除反应见下列化学反应方程式。

（式2）

图4：禧德Ⓡ硫化氢脱除剂外观照片

图5：禧德Ⓡ硫化氢脱除剂微观电镜照片

三、禧德®煤气精脱硫技术主要创新型成果

中晶环境研发团队经过两年的潜心研究，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.低温低压状态下的全干式脱硫工艺

中晶环境首创全干法禧德Ⓡ煤气精脱硫技术，采用自主研发新型材料，作用于预处理、催化水解、吸收脱硫等单元中，并结合拥有特殊结构的专有吸收塔设备实现低温、无废水、低阻力的高炉煤气超净排放工艺。

2.预处理脱氯减少催化剂中毒

高炉煤气中的灰分、碱性金属和氯化氢（HCL）含量较高，容易造成吸附剂和水解剂的堵塞和失活。禧德®煤气精脱硫技术设置了预处理单元，添加预处理剂可以保护水解催化剂不受前端高温布袋损坏尘超标和氯化氢（HCL）的双重影响，有效地降低了硫化氢生成，保证了水解催化剂的寿命。

3. 将对TRT系统影响更小的低碳治理技术

目前，多数水解催化剂需要在烟温较高的条件下才能实现较高的水解催化效率，所以水解催化装置多设置在烟温较高的TRT之前，但会造成高炉煤气压力及热能的损失，对后面TRT的发电量造成较大影响，进而间接造成企业碳配额的浪费。禧德®煤气精脱硫技术设置在高炉煤气TRT系统后（压力≤20KPa，70℃≤温度≤90℃)，不会影响原TRT系统的高效运行。系统总阻力小于4000Pa，可以保证在不升压条件下完成高炉煤气到各用气点或煤气柜的正常输送。

四、应用情况与效果

禧德Ⓡ煤气精脱硫技术目前已成功应用在紫竹集团等多个煤气精脱硫项目中，治理效果得到了业主的充分认可。辽宁紫竹集团海城恒盛铸业1350m³高炉煤气精脱硫项目使用的H2S脱除剂是利用一定数量的工业固废，通过多道工序制成的高硫容煤气净化材料。该项目在煤气净化前H2S实测浓度为95-135mg/Nm³，入口压力20KPa；净化后H2S实测浓度4.63-6.75mg/Nm³，入口压力18KPa。该项目于2021年11月17日顺利通过168小时试运行，验收期间设备运转稳定，出口硫化氢浓度远低于燃烧后烟气的超低排放标准。