一、研究的背景與問題

生態(tài)環(huán)境部等五部委發(fā)布的環(huán)大氣【2019】35號文，《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（以下簡稱“意見”）中明確提出鋼鐵企業(yè)超低排放改造要加強源頭控制，高爐煤氣應(yīng)實施精脫硫。

中冶賽迪研發(fā)課題組經(jīng)前期調(diào)研知，高爐煤氣中所含硫化物除了H2S和SO2這類無機硫外，還存在大量的有機硫（以COS為主），并且有機硫質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于無機硫。不同高爐所產(chǎn)煤氣含硫量差異較大，折算平均總H2S濃度在30 mg/m3~220 mg/m3，經(jīng)計算，燃燒后煙氣中SO2含量可達(dá)33 mg/m3~244 mg/m3（燃燒后煙氣與煤氣比按1.7計算），無法達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求的50 mg/m3（熱風(fēng)爐、加熱爐及焙燒等工序）和35 mg/m3（鍋爐及燃?xì)廨啓C）超低排放限值。

自《意見》發(fā)布以來，鋼鐵企業(yè)和科研院所開展了高爐煤氣精脫硫技術(shù)攻關(guān)，并開展了工程應(yīng)用，但由于早期工程案例對高爐煤氣的特性和工程設(shè)計細(xì)節(jié)考慮不周，存在脫硫效果差、運行效率衰減快、運行成本高、占地大等問題。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

為助力鋼企實現(xiàn)超低排放，中冶賽迪自主研發(fā)了一套高性能全干法高爐煤氣中溫精脫硫技術(shù)（Middle Temperature Desulfurization），簡稱MTD技術(shù)，采用的技術(shù)路線為：高爐煤氣布袋除塵系統(tǒng)→MTD脫硫→TRT→管網(wǎng)，如圖1所示，或者單獨進行熱風(fēng)爐煤氣脫硫，技術(shù)路線為：高爐煤氣布袋除塵系統(tǒng)→TRT→MTD脫硫→熱風(fēng)爐，如圖2所示。

圖1  全干法高爐煤氣中溫精脫硫技術(shù)路線

圖2  全干法熱風(fēng)爐煤氣中溫精脫硫技術(shù)路線

三、主要創(chuàng)新性成果

中冶賽迪研發(fā)團隊經(jīng)過三年多的潛心研究，打通了高性能全干法高爐煤氣中溫精脫硫工藝，形成了一系列創(chuàng)新性成果。

1、高爐煤氣全干法一體化中溫脫硫工藝技術(shù)

中冶賽迪首次提出將有機硫轉(zhuǎn)化和脫硫置于同一溫度段，相比其他脫硫工藝具有脫硫精度可控、TRT設(shè)備腐蝕大幅降低、TRT發(fā)電量影響小、更加節(jié)能等優(yōu)點，具體對比情況如下表1所示：

表1  高爐煤氣脫硫技術(shù)對比表

2、高性能中溫炭基脫硫催化劑

中冶賽迪研發(fā)出一款高性能中溫炭基脫硫催化劑，脫硫催化劑工作硫容已達(dá)40%以上，也就是說1g催化劑可以吸收0.4g以上的單質(zhì)硫，性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。由于工作硫容高，MTD技術(shù)可顯著降低脫硫系統(tǒng)的占地面積和運維成本。相比煙氣脫硫，賽迪MTD技術(shù)一次投資節(jié)省10~15%，運行成本低40%以上。

圖3  高性能中溫炭基脫硫催化劑脫硫機理示意圖

3、實現(xiàn)催化劑循環(huán)利用，固廢、副產(chǎn)物資源化

吸附飽和的脫硫劑通過高溫活化進行再生，達(dá)到重復(fù)利用的效果，有效降低脫硫運維成本。失效后無再生價值的脫硫劑可作為燃料燃燒處理，再生生成的硫磺還可作為產(chǎn)品外售用作工業(yè)原料。

四、應(yīng)用情況與效果

MTD技術(shù)已成功應(yīng)用于工業(yè)化試驗，各項性能指標(biāo)均滿足要求：在入口總硫32~124 mgS/m3波動的真實高爐煤氣環(huán)境下，出口總硫始終<15 mgS/m3，遠(yuǎn)低于超低排放限值。

圖4  工業(yè)化試驗裝置現(xiàn)場

此外，中冶賽迪還與寶鋼湛江鋼鐵建立了良好的合作關(guān)系，研發(fā)團隊在湛江鋼鐵現(xiàn)場長期開展高爐煤氣脫硫試驗，連續(xù)穩(wěn)定運行近一年。測試結(jié)果顯示MTD工藝對真實高爐煤氣適應(yīng)性好，在真實高爐煤氣入口含硫波動較大的情況下，脫硫出口平均濃度始終低于26mgS/m3，熱風(fēng)爐燃燒后SO2平均濃度＜30mg/m3，遠(yuǎn)低于熱風(fēng)爐超低排放限值的50 mg/m3。

隨著MTD脫硫技術(shù)的成熟應(yīng)用，以及催化劑性能的不斷提高，該技術(shù)必將會成為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)高爐煤氣精脫硫的首選工藝技術(shù)。