?低碳減排背景下高爐煤氣干法精脫硫NSAD技術(shù)路線的應(yīng)用-江蘇省鋼鐵行業(yè)協(xié)會

低碳減排背景下高爐煤氣干法精脫硫NSAD技術(shù)路線的應(yīng)用

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一直以來，節(jié)能減排工作是鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要任務(wù)之一，既是鋼鐵行業(yè)綠色發(fā)展的核心內(nèi)涵，也是鋼鐵企業(yè)奠定生存基礎(chǔ)、贏得市場競爭、謀劃長遠(yuǎn)發(fā)展的具體抓手。正如中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會黨委書記、執(zhí)行會長何文波在2022（第十三屆）中國鋼鐵節(jié)能減排論壇上指出的，鋼鐵行業(yè)要時(shí)刻以習(xí)近平生態(tài)文明思想為指引，牢牢把握綠色發(fā)展重要主題，堅(jiān)定不移地推動超低排放改造，堅(jiān)定不移地實(shí)施節(jié)能降耗，堅(jiān)定不移地促進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型。

在污染物防治方面，鋼鐵行業(yè)自2012年以來實(shí)現(xiàn)了一系列歷史性變革，藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)取得階段性勝利，促進(jìn)了鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展。如燒結(jié)、焦?fàn)t、自備電廠等煙氣脫硫脫硝除塵設(shè)施已成為標(biāo)配，污染物排放標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)超日韓歐美等發(fā)達(dá)國家；無組織排放精細(xì)化管控與治理使鋼企面貌煥然一新；公轉(zhuǎn)鐵、新能源重卡的大力推進(jìn)有效提升了鋼鐵行業(yè)物流環(huán)節(jié)的清潔運(yùn)輸水平。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國鋼企超低排放改造累計(jì)投資額已超過1500億元。通過持續(xù)不斷的努力，鋼鐵行業(yè)涌現(xiàn)出了一批環(huán)境績效A級企業(yè)和一批4A、3A級旅游工廠，為地方生態(tài)文明建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也讓華夏大地的藍(lán)天更加深邃、透徹、持久。

為進(jìn)一步提升鋼鐵行業(yè)污染治理水平，深化鋼鐵行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,通過技術(shù)手段補(bǔ)齊鋼鐵行業(yè)環(huán)保短板，引領(lǐng)鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，本文梳理了硫化物治理技術(shù)中NSAD脫硫技術(shù)的具體原理、工藝流程、治理效益和減排潛力，力求探索解決鋼鐵企業(yè)污染治理技術(shù)存在的問題，并提出合理的改進(jìn)建議。

一、基本背景

目前，鋼鐵行業(yè)污染物排放面臨更高要求，重點(diǎn)地區(qū)超低排放改造工作預(yù)計(jì)2022年底基本完成。近日，鋼鐵大省河北率先提出在已完成12家鋼企創(chuàng)A的基礎(chǔ)上，利用3年時(shí)間實(shí)現(xiàn)河北省鋼企全面創(chuàng)A。同時(shí)，超低排放改造的整體要求也在逐步提高?！逗颖笔′撹F行業(yè)環(huán)?？冃?chuàng)A最優(yōu)實(shí)用技術(shù)指南》（冀環(huán)應(yīng)急[2022]128號）對四類14項(xiàng)治理技術(shù)的原理、工藝流程、治理效益和減排潛力進(jìn)行了詳細(xì)分析,為鋼鐵企業(yè)創(chuàng)A工作提供技術(shù)指導(dǎo)。其中，在硫化物治理技術(shù)大類中，NSAD干法高爐煤氣精脫硫技術(shù)，具有源頭集中治理，減少設(shè)備占地和投資、運(yùn)行費(fèi)用低等多項(xiàng)優(yōu)勢。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)約有50家鋼鐵企業(yè)采用煤氣源頭脫硫凈化技術(shù)，其中，干法脫硫工藝具有運(yùn)行費(fèi)用低、脫硫效果好、運(yùn)行操作簡單、沒有廢水外排等諸多優(yōu)點(diǎn)。NSAD干法高爐煤氣脫硫技術(shù)采用可再生的吸附材料，避免了填料更換對煉鐵主工藝的影響，是目前領(lǐng)先的源頭煤氣脫硫治理技術(shù)。

二、技術(shù)原理

NSAD干法高爐煤氣精脫硫技術(shù)采用具有納米級孔徑的特殊材料，實(shí)現(xiàn)對高爐煤氣中的含硫物質(zhì)的特異性吸附，從脫除煤氣中的硫化物。

（一）技術(shù)流程

該工藝包括預(yù)處理、硫轉(zhuǎn)化、吸附、再生等四個(gè)步聚，如圖1所示:

1、從TRT出來的高爐煤氣進(jìn)入預(yù)處理模塊，除去煤氣中的氣態(tài)水、氯離子以及粉塵（NH₄Cl）等雜質(zhì);

2、煤氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化塔，將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成無機(jī)硫；

3、煤氣進(jìn)入吸附塔，煤氣中的硫被吸附劑吸附;

4、吸附飽和的材料通過升溫，將吸附的含硫物質(zhì)解吸，吸附材料實(shí)現(xiàn)再生。

圖1 NSAD工藝流程

技術(shù)裝備的主要參數(shù)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：

煤氣處理量：0.1~90萬Nm³/h；

系統(tǒng)壓力損失：可小于5kPa；

運(yùn)行成本：＜8元/噸鐵；

吸附劑壽命：3-5年。

（二）與同類技術(shù)相比的特點(diǎn)和優(yōu)勢

與同類技術(shù)相比，本技術(shù)采用的更為嚴(yán)格的預(yù)處理措施，除可實(shí)現(xiàn)脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、煤氣冷凝水統(tǒng)一收集處理；

2、脫濕過程中NH₄Cl隨冷凝水排出，降低了燃燒用戶氮氧化物排放；

3、對高爐煤氣脫濕除氯，可以保護(hù)煤氣管網(wǎng)、燃料用戶；

4、高爐煤氣含水量降低，同時(shí)經(jīng)煤氣復(fù)溫后，熱風(fēng)爐燃燒溫度升高，降低焦比；

5、降低用戶排煙損失、引風(fēng)機(jī)功率。

表1 NSAD技術(shù)與同類技術(shù)對比

項(xiàng)目	NSAD	子篩吸附	催化水解+活性炭吸收	催化水解+ 氧化鐵吸收	催化水解+ 堿液吸收
預(yù)處理方式	冷凝脫濕	噴水降溫	噴堿脫氯	干法脫氯劑
預(yù)處理特點(diǎn)	可脫粉塵、降低煤氣含水量	煤氣含水量大，溫度、濕度不易控制，氯離子去除不徹底	引入堿金屬離子、易形成結(jié)垢和堿金屬腐蝕；耗水量大、廢水量大。	阻力大、脫氯劑易粉化、不易監(jiān)測脫氯效果、更換頻繁
水解方式	常溫（＜100℃）水解	無	常溫（＜100℃）水解	低溫（100~200℃）水解
水解特點(diǎn)	預(yù)處理得當(dāng)，水解劑壽命長	無	易被未脫除的堿液堵塞載體孔道；水解劑壽命短	水解劑易堵、易中毒、壽命短
吸附方式	干法吸附	干法吸附	干法吸收	干法吸收	濕法吸收
吸附特點(diǎn)	可再生，解吸氣送燒結(jié)或制硫磺	可再生，但解吸頻繁、吸附劑易堵塞、易中毒	不可再生，飽和后送燒結(jié)處理	不可再生，飽和后送燒結(jié)處理	煤氣中的CO₂會消耗大量堿液，堿液飽和后需要后處理手段

（三）本技術(shù)應(yīng)用條件

1、煤氣條件

因系統(tǒng)預(yù)處理有對煤氣溫度、濕度調(diào)節(jié)手段，同時(shí)去除了粉塵、HCl，可適用于各種高爐煤氣條件。

2、能源介質(zhì)條件

本技術(shù)中有多組換熱器、制冷機(jī)組，如有富余的低溫?zé)煔?、蒸汽余熱資源可降低運(yùn)行成本。

3、場地

采用固定床吸附反應(yīng)器，對場地適應(yīng)性強(qiáng)。

三、企業(yè)應(yīng)用典型案例及實(shí)施效果

（一）河北某某鋼鐵集團(tuán)（A類企業(yè)）高爐煤氣精脫硫項(xiàng)目

某該鋼鐵現(xiàn)有8座加熱爐共計(jì)16個(gè)排放末端，采用未凈化高爐煤氣作為燃料，所排放煙氣不滿足鋼鐵行業(yè)超低排放要求。2021年初，企業(yè)采用NSAD干法煤氣精脫硫技術(shù)，建設(shè)煤氣量25萬、50萬Nm³/h兩套脫硫系統(tǒng)，25萬Nm³/h項(xiàng)目于2021年10月底投產(chǎn)、50萬Nm³/h項(xiàng)目于2021年11月投產(chǎn)。

（二）河北某某鋼鐵集團(tuán)有限公司海港項(xiàng)目配套2x43萬Nm³/h高爐煤氣精脫硫項(xiàng)目

某某鋼鐵海港項(xiàng)目建設(shè)1780m³高爐2座，按最新政策要求同步建設(shè)高爐煤氣精脫硫設(shè)施。2021年中，企業(yè)選定NSAD干法煤氣精脫硫技術(shù)，建設(shè)煤氣量2x43萬Nm³/h脫硫系統(tǒng)，2號高爐煤氣脫硫項(xiàng)目與2022年2月投產(chǎn)，1號高爐煤氣脫硫項(xiàng)目與2022年7月投產(chǎn)。

運(yùn)行后兩家企業(yè)四個(gè)項(xiàng)目的煤氣脫硫后的煤氣燃燒煙氣中的二氧化硫均小于35mg/m，滿足超低排放要求，且因?yàn)槊簹饷摿蝾A(yù)處理得當(dāng)、氮氧化物、顆粒物排放也達(dá)標(biāo)。

以某項(xiàng)目50萬Nm³/h項(xiàng)目為例，在環(huán)保效益方面:投產(chǎn)后，每年可減少19575噸二氧化硫排放。在經(jīng)濟(jì)效益方面:相較于采用末端治理技術(shù)，煙氣治理年運(yùn)行成本減少15%-20%。此外，由于本技術(shù)具有脫濕功能，可有延長廠區(qū)煤氣管網(wǎng)使用壽命5-10年。同時(shí)，可提高熱風(fēng)爐燃燒溫度，減少高爐焦比6-10kg/tFe。

四、結(jié)語

干法脫硫工藝具有適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行費(fèi)用低、脫硫效果好、運(yùn)行操作簡單、沒有廢水外排、并可協(xié)同脫除多種污染物（粉塵、銨鹽、HCl）、提高高爐煤氣熱值、降低焦比等諸多優(yōu)點(diǎn)。NSAD干法高爐煤氣脫硫技術(shù)采用可再生的吸附材料，避免了填料更換對煉鐵主工藝的影響，是目前領(lǐng)先的源頭煤氣脫硫治理技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

脫硫技術(shù)的進(jìn)步和具體應(yīng)用是鋼鐵行業(yè)大氣污染治理的關(guān)鍵舉措之一，鋼鐵行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)減污降碳協(xié)同發(fā)展，高質(zhì)量完成低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)，對于如期實(shí)現(xiàn)我國“雙碳”目標(biāo)和鋼鐵行業(yè)由大到強(qiáng)的歷史轉(zhuǎn)變具有重要意義。超低排放功在當(dāng)代利在千秋，NSAD干法脫硫技術(shù)運(yùn)行費(fèi)用較低，且可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，并實(shí)現(xiàn)碳減排，可以平衡鋼鐵企業(yè)環(huán)保投資與經(jīng)濟(jì)性考量。因此，在市場下行的大背景下，合理選擇先進(jìn)的源頭治理技術(shù)有助于鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)化壓力為發(fā)展動力，擴(kuò)大企業(yè)競爭優(yōu)勢。