由于國內(nèi)部分鋼廠在冶煉過程中采用進(jìn)口礦、使用含CaCl2的燒結(jié)助劑等原因，其高爐煤氣中出現(xiàn)了以HCl為主的酸性成分。而目前國內(nèi)高爐廣泛采用的干法除塵工藝并不能有效去除高爐煤氣中所含的HCl等酸性氣體，導(dǎo)致后續(xù)煤氣管道及其附屬設(shè)備出現(xiàn)腐蝕失效的問題，形成煤氣泄漏隱患。這已經(jīng)成為高爐煤氣干法除塵技術(shù)推廣和應(yīng)用中最突出的矛盾。本文提出了新型的高爐煤氣干式除酸技術(shù)，可以全面解決包括TRT（高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置）在內(nèi)的所有設(shè)備及用戶管網(wǎng)的腐蝕和積鹽問題。技術(shù)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性分析表明，與濕法噴淋技術(shù)相比，干式除酸技術(shù)的除酸效果更好，并最大限度地保留了煤氣熱值，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用價(jià)值。
凈化技術(shù)一覽
除鋼鐵行業(yè)外，相近行業(yè)如石化、煤氣化、垃圾焚燒等都出現(xiàn)了因工業(yè)氣體中含HCl等酸性氣體而造成工業(yè)設(shè)備或管路腐蝕，影響工藝順行的報(bào)道。針對(duì)上述問題，將氣體中的酸性氣體去除和凈化是最常見的防腐措施，主要有濕法技術(shù)、半干法技術(shù)和干法技術(shù)3類技術(shù)。
由于HCl等酸性氣體極易溶于水，濕法技術(shù)可通過在洗滌塔內(nèi)噴淋水或堿液達(dá)到去除酸性氣體的效果。該法最大的優(yōu)點(diǎn)是處理煙氣量大、設(shè)備數(shù)量少、占地面積小，但存在除酸不充分、耗水量較大等缺陷，且伴有氣體降溫過程。同時(shí)，氣體中氣態(tài)飽和水含量較高并攜帶有一定量的機(jī)械水，可能對(duì)工藝流程造成一定影響，如石化生產(chǎn)中，重整再生循環(huán)氣中水含量過大會(huì)影響催化劑的活性和使用壽命。
半干法技術(shù)采用噴霧吸收反應(yīng)器塔，石灰漿在反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)霧化，霧滴與煙氣相接觸產(chǎn)生傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到脫除酸性氣體的目的。該方法凈化效率高，除酸過程無廢水排放，但主要缺點(diǎn)是噴嘴易磨損、易阻塞和霧化要求高。
干法技術(shù)是通過堿式吸附劑脫除氣體中所含的HCl等酸性氣體。干法吸附設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡單，建設(shè)成本較低，操作簡單，無污水產(chǎn)生，凈化效果最好，但同等煙氣條件下，所需設(shè)備數(shù)量較多，占地面積較大，吸附劑投入量較大，運(yùn)行成本和廢渣處理量較大，因此，單塔煙氣處理效率較前面兩種方法低。
從目前的應(yīng)用情況看，干法技術(shù)因其穩(wěn)定的處理效果和無廢液排放的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛，在石化、煤氣化領(lǐng)域都有相應(yīng)的工程實(shí)施案例。
創(chuàng)新的氣體干式除酸技術(shù)
干式除酸工藝，即通過吸附劑有效吸附廢氣中濃度很低的酸性組分，達(dá)到脫除酸性物質(zhì)的目的，其研究重點(diǎn)包括吸附劑和吸附設(shè)備的開發(fā)。
國內(nèi)的堿性吸附劑開發(fā)始于20世紀(jì)80年代初，近年來開發(fā)的吸附劑大多以堿金屬或堿土金屬為活性組分，以天然黏土為黏結(jié)劑，多用于吸附以HCl為主的酸性氣體，常稱為脫氯劑，常見的體系有CaO-ZnO系、CaO-Al2O3系、Na2O-Al2O3系等。
吸附設(shè)備按照操作時(shí)吸附劑的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分為固定床、移動(dòng)床、流化床等幾種類型，其中固定床因結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、操作彈性大，應(yīng)用最為廣泛。固定床是一種較常見的氣體凈化裝置，是氣固反應(yīng)中應(yīng)用最為廣泛的一種基本反應(yīng)器形式。氣體通過與固定床床層中吸附劑的傳質(zhì)與反應(yīng)，達(dá)到氣體中某些特定成分被吸附分離的目的。最初的固定床吸附裝置比較簡單，如煤氣化領(lǐng)域高溫煤氣吸附除酸就只是在氣化爐后的某個(gè)反應(yīng)器上簡單鋪上一層吸附劑。隨著技術(shù)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了專用的固定床吸附裝置，如石化行業(yè)用于預(yù)加氫、重整再生煙氣的脫氯罐。
干式除酸用于高爐煤氣
高爐煤氣中HCl等酸性氣體的脫除，目前業(yè)內(nèi)多采用濕法技術(shù)，即通過噴淋水或堿液來實(shí)現(xiàn)煤氣中酸性氣體的凈化。由于氣液接觸不充分，多數(shù)濕法噴淋的效果并不理想，HCl的脫除率較低，且系統(tǒng)布置于TRT之后，無法有效保護(hù)TRT。此外，濕法噴淋用水量較大，干法除塵的部分節(jié)水作用被抵消，煤氣洗滌之后形成的大量酸性廢水還需另行處理，且水洗后煤氣溫度降低導(dǎo)致煤氣熱能部分耗散，煤氣能源得不到高效利用。因此，借鑒其他行業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，高爐煤氣中HCl等酸性氣體的凈化更宜采用干式除酸技術(shù)。
工藝流程及技術(shù)特點(diǎn)。在吸收相近領(lǐng)域氣體干式除酸技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合高爐干法除塵的特點(diǎn)，中冶賽迪開發(fā)了一種高爐煤氣干式除酸工藝技術(shù)及成套設(shè)備，其核心設(shè)備干式除酸吸附塔布置在干法除塵之后、TRT之前，塔內(nèi)填裝專用的堿性吸附劑，煤氣中的HCl等酸性氣體經(jīng)過吸附塔時(shí)被吸附到床層上，達(dá)到除酸的目的。
相較于目前廣泛采用的濕法工藝，干式除酸技術(shù)具有以下特點(diǎn)：一是除酸效果好，出口凈煤氣氯含量低于5mg/Nm3，煤氣HCl脫除率優(yōu)于濕法噴淋，除酸后煤氣冷凝水的pH值為6~7；二是不噴水、不降溫，全干法流程除酸，可最大限度地保留采用干法除塵工藝所帶來的節(jié)能環(huán)保效益，能夠?qū)崿F(xiàn)熱風(fēng)爐、干燥爐等較高煤氣熱值用戶的能源高效利用，節(jié)焦降耗效益明顯；三是干式除酸塔布置在布袋后、TRT前，能夠一次性解決包括TRT在內(nèi)的所有設(shè)備及用戶管網(wǎng)的腐蝕和積鹽問題；四是除酸過程無噴水，故無廢酸水或廢堿液處置問題；五是煤氣經(jīng)過吸附劑床層產(chǎn)生低于10kPa的壓力降，但得益于解決了TRT防腐問題，TRT作業(yè)率可提高5%~10%。
全面對(duì)比 綜合分析
干式除酸和濕法噴淋工藝的經(jīng)濟(jì)性分析中主要環(huán)節(jié)的收入與運(yùn)行支出對(duì)比如下：
TRT發(fā)電。以2000m3級(jí)的高爐為例，煤氣溫度為150℃，TRT入口壓力為200kPa，煤氣經(jīng)過干式除酸系統(tǒng)后有10kPa的壓損，對(duì)應(yīng)TRT發(fā)電效率下降約2.5%~3%；但干式脫氯系統(tǒng)保證了TRT的有效防腐，其平均作業(yè)率至少提高5%。經(jīng)核算，與濕法噴淋相比，采用干式除酸后的煤氣TRT發(fā)電效益略有盈余或與之持平。
熱風(fēng)爐供熱收益。TRT后煤氣若經(jīng)過濕法噴淋再供熱風(fēng)爐，煤氣含濕量將達(dá)到飽和、機(jī)械含水量增加至7g/Nm3，其熱值損失約200kJ~290kJ；若采用干式除酸，則干法除塵后煤氣高熱值特性將保留，對(duì)應(yīng)熱風(fēng)爐風(fēng)溫可提高50℃以上、節(jié)約焦炭4kg/t以上。焦炭價(jià)格按照1500元/噸，干式除酸較濕法噴淋可增加約6元/噸節(jié)焦收益。
運(yùn)行費(fèi)用。干式除酸系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)即吸附劑的消耗費(fèi)用和設(shè)備折舊費(fèi)用。按煤氣溫度150℃、煤氣HCl濃度10mg/Nm3、噸鐵煤氣產(chǎn)氣量1500Nm3考慮，吸附劑消耗量為100g/t。按目前吸附劑市場價(jià)1萬元/噸計(jì)算，則上述工況下吸附劑耗費(fèi)約為1元/噸。此外，設(shè)備折舊費(fèi)約為0.4元/噸，故總運(yùn)行費(fèi)用約為1.4元/噸。
濕法噴淋系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用主要由水耗、電耗、堿液消耗和設(shè)備折舊費(fèi)構(gòu)成，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)估算，其新水耗費(fèi)為0.3元/噸，堿液耗費(fèi)0.1元/噸，水泵電費(fèi)0.3元/噸，再加上設(shè)備折舊費(fèi)用0.6元/噸，其總運(yùn)行費(fèi)用約為1.3元/噸。
綜合對(duì)比。綜上所述，在上述工況條件下，相較于濕法噴淋，干式除酸的發(fā)電收益和運(yùn)行費(fèi)用均與之持平，但由于采用干法除酸最大限度地保留了煤氣熱值，帶來的熱風(fēng)爐節(jié)焦效益比濕法噴淋多6元/噸，因此，其經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于濕法噴淋。
此外，干式除酸裝置所帶來的顯性效益包括：減少管道腐蝕，延長管線壽命，減少管道折損；減少煤氣管道和波紋管的維修費(fèi)用；減輕煤氣對(duì)熱風(fēng)爐、TRT、煤氣加壓機(jī)、鍋爐、加熱爐等用氣設(shè)備的腐蝕危害。據(jù)估算，未采用防腐措施的鋼廠每年用于上述幾項(xiàng)腐蝕治理的費(fèi)用約為220萬元/1000立方米爐容。