低碳减排背景下高炉煤气干法精脱硫NSAD技术路线的应用-江苏省钢铁行业协会

低碳减排背景下高炉煤气干法精脱硫NSAD技术路线的应用

中琉科技有限公司

一直以来，节能减排工作是钢铁行业转型发展的重要任务之一，既是钢铁行业绿色发展的核心内涵，也是钢铁企业奠定生存基础、赢得市场竞争、谋划长远发展的具体抓手。正如中国钢铁工业协会党委书记、执行会长何文波在2022（第十三届）中国钢铁节能减排论坛上指出的，钢铁行业要时刻以习近平生态文明思想为指引，牢牢把握绿色发展重要主题，坚定不移地推动超低排放改造，坚定不移地实施节能降耗，坚定不移地促进低碳转型。

在污染物防治方面，钢铁行业自2012年以来实现了一系列历史性变革，蓝天保卫战取得阶段性胜利，促进了钢铁行业的绿色发展。如烧结、焦炉、自备电厂等烟气脱硫脱硝除尘设施已成为标配，污染物排放标准远超日韩欧美等发达国家；无组织排放精细化管控与治理使钢企面貌焕然一新；公转铁、新能源重卡的大力推进有效提升了钢铁行业物流环节的清洁运输水平。据不完全统计，全国钢企超低排放改造累计投资额已超过1500亿元。通过持续不断的努力，钢铁行业涌现出了一批环境绩效A级企业和一批4A、3A级旅游工厂，为地方生态文明建设奠定了坚实基础，也让华夏大地的蓝天更加深邃、透彻、持久。

为进一步提升钢铁行业污染治理水平，深化钢铁行业供给侧结构性改革,通过技术手段补齐钢铁行业环保短板，引领钢铁行业高质量发展，本文梳理了硫化物治理技术中NSAD脱硫技术的具体原理、工艺流程、治理效益和减排潜力，力求探索解决钢铁企业污染治理技术存在的问题，并提出合理的改进建议。

一、基本背景

目前，钢铁行业污染物排放面临更高要求，重点地区超低排放改造工作预计2022年底基本完成。近日，钢铁大省河北率先提出在已完成12家钢企创A的基础上，利用3年时间实现河北省钢企全面创A。同时，超低排放改造的整体要求也在逐步提高。《河北省钢铁行业环保绩效创A最优实用技术指南》（冀环应急[2022]128号）对四类14项治理技术的原理、工艺流程、治理效益和减排潜力进行了详细分析,为钢铁企业创A工作提供技术指导。其中，在硫化物治理技术大类中，NSAD干法高炉煤气精脱硫技术，具有源头集中治理，减少设备占地和投资、运行费用低等多项优势。据不完全统计，目前国内约有50家钢铁企业采用煤气源头脱硫净化技术，其中，干法脱硫工艺具有运行费用低、脱硫效果好、运行操作简单、没有废水外排等诸多优点。NSAD干法高炉煤气脱硫技术采用可再生的吸附材料，避免了填料更换对炼铁主工艺的影响，是目前领先的源头煤气脱硫治理技术。

二、技术原理

NSAD干法高炉煤气精脱硫技术采用具有纳米级孔径的特殊材料，实现对高炉煤气中的含硫物质的特异性吸附，从脱除煤气中的硫化物。

（一）技术流程

该工艺包括预处理、硫转化、吸附、再生等四个步聚，如图1所示:

1、从TRT出来的高炉煤气进入预处理模块，除去煤气中的气态水、氯离子以及粉尘（NH₄Cl）等杂质;

2、煤气进入转化塔，将有机硫转化成无机硫；

3、煤气进入吸附塔，煤气中的硫被吸附剂吸附;

4、吸附饱和的材料通过升温，将吸附的含硫物质解吸，吸附材料实现再生。

图1 NSAD工艺流程

技术装备的主要参数、技术经济指标如下：

煤气处理量：0.1~90万Nm³/h；

系统压力损失：可小于5kPa；

运行成本：＜8元/吨铁；

吸附剂寿命：3-5年。

（二）与同类技术相比的特点和优势

与同类技术相比，本技术采用的更为严格的预处理措施，除可实现脱硫系统稳定运行外，还有以下优点：

1、煤气冷凝水统一收集处理；

2、脱湿过程中NH₄Cl随冷凝水排出，降低了燃烧用户氮氧化物排放；

3、对高炉煤气脱湿除氯，可以保护煤气管网、燃料用户；

4、高炉煤气含水量降低，同时经煤气复温后，热风炉燃烧温度升高，降低焦比；

5、降低用户排烟损失、引风机功率。

表1 NSAD技术与同类技术对比

项目	NSAD	子筛吸附	催化水解+活性炭吸收	催化水解+ 氧化铁吸收	催化水解+ 碱液吸收
预处理方式	冷凝脱湿	喷水降温	喷碱脱氯	干法脱氯剂
预处理特点	可脱粉尘、降低煤气含水量	煤气含水量大，温度、湿度不易控制，氯离子去除不彻底	引入碱金属离子、易形成结垢和碱金属腐蚀；耗水量大、废水量大。	阻力大、脱氯剂易粉化、不易监测脱氯效果、更换频繁
水解方式	常温（＜100℃）水解	无	常温（＜100℃）水解	低温（100~200℃）水解
水解特点	预处理得当，水解剂寿命长	无	易被未脱除的碱液堵塞载体孔道；水解剂寿命短	水解剂易堵、易中毒、寿命短
吸附方式	干法吸附	干法吸附	干法吸收	干法吸收	湿法吸收
吸附特点	可再生，解吸气送烧结或制硫磺	可再生，但解吸频繁、吸附剂易堵塞、易中毒	不可再生，饱和后送烧结处理	不可再生，饱和后送烧结处理	煤气中的CO₂会消耗大量碱液，碱液饱和后需要后处理手段

（三）本技术应用条件

1、煤气条件

因系统预处理有对煤气温度、湿度调节手段，同时去除了粉尘、HCl，可适用于各种高炉煤气条件。

2、能源介质条件

本技术中有多组换热器、制冷机组，如有富余的低温烟气、蒸汽余热资源可降低运行成本。

3、场地

采用固定床吸附反应器，对场地适应性强。

三、企业应用典型案例及实施效果

（一）河北某某钢铁集团（A类企业）高炉煤气精脱硫项目

某该钢铁现有8座加热炉共计16个排放末端，采用未净化高炉煤气作为燃料，所排放烟气不满足钢铁行业超低排放要求。2021年初，企业采用NSAD干法煤气精脱硫技术，建设煤气量25万、50万Nm³/h两套脱硫系统，25万Nm³/h项目于2021年10月底投产、50万Nm³/h项目于2021年11月投产。

（二）河北某某钢铁集团有限公司海港项目配套2x43万Nm³/h高炉煤气精脱硫项目

某某钢铁海港项目建设1780m³高炉2座，按最新政策要求同步建设高炉煤气精脱硫设施。2021年中，企业选定NSAD干法煤气精脱硫技术，建设煤气量2x43万Nm³/h脱硫系统，2号高炉煤气脱硫项目与2022年2月投产，1号高炉煤气脱硫项目与2022年7月投产。

运行后两家企业四个项目的煤气脱硫后的煤气燃烧烟气中的二氧化硫均小于35mg/m，满足超低排放要求，且因为煤气脱硫预处理得当、氮氧化物、颗粒物排放也达标。

以某项目50万Nm³/h项目为例，在环保效益方面:投产后，每年可减少19575吨二氧化硫排放。在经济效益方面:相较于采用末端治理技术，烟气治理年运行成本减少15%-20%。此外，由于本技术具有脱湿功能，可有延长厂区煤气管网使用寿命5-10年。同时，可提高热风炉燃烧温度，减少高炉焦比6-10kg/tFe。

四、结语

干法脱硫工艺具有适应性强、运行费用低、脱硫效果好、运行操作简单、没有废水外排、并可协同脱除多种污染物（粉尘、铵盐、HCl）、提高高炉煤气热值、降低焦比等诸多优点。NSAD干法高炉煤气脱硫技术采用可再生的吸附材料，避免了填料更换对炼铁主工艺的影响，是目前领先的源头煤气脱硫治理技术，具有广阔的应用前景。

脱硫技术的进步和具体应用是钢铁行业大气污染治理的关键举措之一，钢铁行业如何实现减污降碳协同发展，高质量完成低碳转型任务，对于如期实现我国“双碳”目标和钢铁行业由大到强的历史转变具有重要意义。超低排放功在当代利在千秋，NSAD干法脱硫技术运行费用较低，且可以带来一定的经济效益，并实现碳减排，可以平衡钢铁企业环保投资与经济性考量。因此，在市场下行的大背景下，合理选择先进的源头治理技术有助于钢铁企业转化压力为发展动力，扩大企业竞争优势。