本發(fā)明屬于高爐煤氣凈化，更具體的說是涉及一種高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)及工藝。
背景技術：
1、我國鋼鐵生產(chǎn)主要采用高爐-轉(zhuǎn)爐長流程工藝，高爐煤氣氣量較大且碳排放占比高，其主要成分為co2(15～20％)、co(28～33％)、h2(1～4％)、n2(40～50％)及硫化物(總硫含量150～350mg/m3，以羰基硫cos為主)。其中，硫化物易導致設備腐蝕及大氣污染，而高濃度co2制約煤氣熱值提升，因此同步脫硫脫碳是實現(xiàn)高爐煤氣清潔化與資源化利用的關鍵。高爐煤氣精脫硫是推動行業(yè)從末端治理轉(zhuǎn)向源頭控制的重要環(huán)節(jié)。
2、然而，現(xiàn)有技術通常采用“先脫碳后脫硫”的溶劑吸收法，通過胺液吸收co2后采用吸附劑脫硫。然而，煤氣中硫化物(如cos)在脫碳階段未被去除，導致后續(xù)胺液中毒失效，脫碳劑需頻繁更換，運行成本顯著增加，且煤氣無法得到資源化利用。還有通過濕法噴淋脫硫脫碳的方法，該工藝依賴水解塔將有機硫轉(zhuǎn)化為h2s后，通過多級水洗塔和吸收塔處理。該工藝雖能同步脫硫脫碳，但產(chǎn)生大量含硫廢水，需配套廢水處理設施，且設備投資成本高昂。
3、綜上，現(xiàn)有技術難以兼顧脫硫脫碳效率、運行成本及環(huán)境友好性，亟需開發(fā)一種集成化、低能耗且無二次污染的高爐煤氣凈化工藝。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)及工藝，以解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，實現(xiàn)集成化、低能耗且無二次污染的高爐煤氣的高效凈化。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：
3、本發(fā)明技術方案之一：提供一種高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)，包括：預除水干燥單元、變壓吸附單元、脫硫凈化單元、co2收集單元和凈化煤氣收集單元；
4、所述預除水干燥單元、變壓吸附單元、脫硫凈化單元和co2收集單元順次連接；所述變壓吸附單元的高爐煤氣入口與脫附氣出口設置于同一側，該側為頂部或底部，分別與預除水干燥單元和脫硫凈化單元連接；所述凈化氣出口設置于與高爐煤氣入口和脫附氣出口相對的一側，并與凈化煤氣收集單元連接；
5、所述變壓吸附單元分為p級，每一級獨立的包含n個吸附塔，其中，p為1～3，2≤n≤30；所述吸附塔分為兩部分，上部分裝填脫碳吸附劑，下部分裝填脫硫吸附劑；所述脫碳吸附劑和脫硫吸附劑的裝填體積比獨立的為1:2～10。
6、進一步地，所述預除水干燥單元包括一種以上除水設備采取串聯(lián)形式連接；所述除水設備包括換熱式冷凝器和/或變溫吸附除水設備。
7、優(yōu)選地，所述脫碳吸附劑包括改性活性炭、硅膠、13x沸石、mofs及相應氨基功能化材料(如tepa、depa、dpa、deta等)中的至少一種；所述脫硫吸附劑包括改性活性炭、改性分子篩和硅膠中的至少一種；所述脫碳吸附劑和脫硫吸附劑的比表面積獨立的為800～2000m2/g，孔徑獨立的為0.3～2mm。
8、進一步地，所述脫硫吸附劑還可進行親水改性處理，由于高爐煤氣在吸附塔的底部進入會依次經(jīng)過脫硫吸附劑和脫碳吸附劑，對脫硫吸附劑進行親水改性處理可以吸附高爐煤氣中部分水分，防止上層脫碳吸附劑吸水導致性能下降。
9、優(yōu)選地，每級所述變壓吸附單元采取串聯(lián)形式連接，每級所述變壓吸附單元中的吸附塔通過并聯(lián)形式連接。
10、優(yōu)選地，所述脫硫凈化單元包含m個脫硫塔，其中，2≤m≤5；所述吸附塔和脫硫塔的直徑比為1:0.5～1，高度比為1:0.2～1。
11、本發(fā)明技術方案之二：提供一種高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法，所述高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法通過上述高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)實現(xiàn)，包括如下步驟：
12、經(jīng)所述預除水干燥單元處理后的高爐煤氣在所述變壓吸附單元交替進行吸附和脫附，吸附后獲得凈化煤氣通入所述凈化煤氣收集單元進行收集，脫附后獲得含硫氣體與co2混合氣，將其通入所述脫硫凈化單元進行脫硫，獲得co2產(chǎn)品氣通入所述co2收集單元進行收集。
13、本發(fā)明所述高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法的核心在于：在變壓吸附單元內(nèi)同步脫硫脫碳，脫附階段混合氣(含硫氣體+co2)統(tǒng)一輸送至后端脫硫凈化單元集中處理；所述變壓吸附單元的變壓吸附過程包含連續(xù)的吸附、脫附階段；
14、具體為：所述吸附階段從吸附塔的塔底進入壓力為100～800kpa、溫度20～120℃的高爐煤氣，脫硫吸附劑優(yōu)先物理吸附h2s/cos等含硫氣體，脫碳吸附劑層選擇性吸附co2，凈化煤氣(co2≤2vol％、h2s≤20ppm)由頂部排出。所述脫附階段將壓力降低至10～80kpa，含硫氣體(h2s濃度≥300ppm)與co2混合氣由底部脫附氣出口排出。
15、優(yōu)選地，所述變壓吸附單元中每個吸附塔進行吸附的參數(shù)設置獨立的為：壓力100～800kpa，溫度20～120℃，吸附劑體積空速150～300h-1。
16、進一步地，當吸附塔出口氣體中co2或含硫氣體濃度達到進氣濃度的5％時，視為吸附飽和，并隨即進行脫附操作。
17、優(yōu)選地，所述變壓吸附單元中每個吸附塔進行脫附的參數(shù)設置獨立的為：壓力10～80kpa，溫度20～120℃，時間1～30min。
18、優(yōu)選地，所述脫硫采用濕法脫硫、干法催化氧化脫硫或膜分離脫硫。
19、優(yōu)選地，所述脫硫凈化單元中每個脫硫塔進行脫硫的參數(shù)設置獨立的為：溫度25～65℃，壓力10～200kpa，氣體處理空速800～3000h-1。
20、進一步地，經(jīng)所述脫硫后h2s的脫除率≥99％，剩余co2產(chǎn)品氣的純度≥90％，可以直接進行資源化利用，如尿素合成或驅(qū)油。
21、優(yōu)選地，所述含硫氣體與co2混合氣中co2的體積濃度≥15％；所述凈化煤氣中h2s含量≤10ppm，co2含量≤2vol％。
22、本發(fā)明通過分層裝填物理吸附型脫硫劑與高選擇性脫碳劑，在變壓吸附單元內(nèi)同步脫除高爐煤氣中含硫氣體與co2，并對脫附混合氣進行集中脫硫處理的集成化系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于鋼鐵行業(yè)高爐煤氣的清潔化與資源化利用，能夠簡化傳統(tǒng)分步脫硫脫碳流程，降低設備投資與運行成本。
23、相較于現(xiàn)有的高爐煤氣的處理方法，本發(fā)明在脫碳前進行硫的去除，有效避免了脫碳吸附劑需要頻繁更換的問題，同時本發(fā)明的所需設備和處理工藝簡便，不會產(chǎn)生處理廢液和廢氣，實現(xiàn)了高爐煤氣的清潔化與資源化利用。
24、本發(fā)明公開了以下技術效果：
25、本發(fā)明提供一種高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)及工藝，取消了前端脫硫裝置，同步吸附硫碳組分并轉(zhuǎn)移至后端集中處理，有效降低設備投資成本；吸附劑壽命延長至24個月以上；最終混合脫附氣中co2純度≥90％，可直接用于尿素合成或驅(qū)油，硫回收率≥98％，實現(xiàn)煤氣資源化利用。
1.一種高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：預除水干燥單元、變壓吸附單元、脫硫凈化單元、co2收集單元和凈化煤氣收集單元；
2.根據(jù)權利要求1所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)，其特征在于，所述脫碳吸附劑包括改性活性炭、硅膠、13x沸石、mofs及相應的氨基功能化材料中的至少一種；和/或，所述脫硫吸附劑包括改性活性炭、改性分子篩和硅膠中的至少一種；和/或，所述脫碳吸附劑和脫硫吸附劑的比表面積獨立的為800～2000m2/g，孔徑獨立的為0.3～2mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)，其特征在于，每級所述變壓吸附單元采取串聯(lián)形式連接，每級所述變壓吸附單元中的吸附塔通過并聯(lián)形式連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)，其特征在于，所述脫硫凈化單元包含m個脫硫塔，其中，2≤m≤5；和/或，所述吸附塔和脫硫塔的直徑比為1:0.5～1，高度比為1:0.2～1。
5.一種高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法，其特征在于，所述高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法通過權利要求1～4任一項所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理系統(tǒng)實現(xiàn)，包括如下步驟：
6.根據(jù)權利要求5所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法，其特征在于，所述變壓吸附單元中每個吸附塔進行吸附的參數(shù)設置獨立的為：壓力0.1～0.8mpa，溫度20～100℃，吸附劑體積空速150～300h-1。
7.根據(jù)權利要求5所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法，其特征在于，每次吸附至吸附飽和后進行脫附；所述變壓吸附單元中每個吸附塔進行脫附的參數(shù)設置獨立的為：壓力10～80kpa，溫度20～120℃，時間1～30min。
8.根據(jù)權利要求5所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法，其特征在于，所述脫硫采用濕法脫硫、干法催化氧化脫硫或膜分離脫硫。
9.根據(jù)權利要求5所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法，其特征在于，所述脫硫凈化單元中每個脫硫塔進行脫硫的參數(shù)設置獨立的為：溫度25～65℃，壓力10～200kpa，氣體處理空速800～3000h-1。
10.根據(jù)權利要求5所述的高爐煤氣一體化脫硫脫碳處理方法，其特征在于，所述含硫氣體與co2混合氣中co2的體積濃度≥15％；和/或，所述凈化煤氣中h2s含量≤10ppm，co2含量≤2vol％。