鋼鐵行業(yè)是我國能源消耗的大戶,在“雙碳”政策逐步落實(shí)的情況下，節(jié)能降碳是當(dāng)前鋼鐵領(lǐng)域的重要抓手。2021年以來，國家部委相繼發(fā)布多份能效約束相關(guān)文件，對鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排及綠色低碳轉(zhuǎn)型提出明確目標(biāo)任務(wù)，2022年12月9日鋼鐵行業(yè)“能效標(biāo)桿三年行動方案”正式拉開帷幕，一項(xiàng)名為“極致能效”工程也進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性實(shí)施階段。
隨著“極致能效”工程的開展，高爐煉鐵成了其節(jié)能降碳的主戰(zhàn)場。高爐煉鐵工藝除其主產(chǎn)品外，還有兩個重要的副產(chǎn)物——高爐煤氣和爐渣，對副產(chǎn)物進(jìn)行綠色低碳的處理，也是“極致能效”工程中重要的一環(huán)。
高爐煤氣是鋼鐵企業(yè)最重要的二次能源，其主要成分有CO2、CO、H2、N2、CH4等[1]可被廣泛應(yīng)用于熱風(fēng)爐、加熱爐、電廠等工藝過程中。其本身具有大氣量、低熱值、低硫含量的特點(diǎn)。鋼鐵企業(yè)中每煉一噸鐵可產(chǎn)生1500～1800m3高爐煤氣[1]，硫含量一般均小于200mg/Nm3，不同于常規(guī)煙氣以無機(jī)硫（SO2、SO3）形式存在，高爐煤氣中硫以H2S和有機(jī)硫?yàn)橹鳎渲蟹肿咏Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有機(jī)硫占全硫含量的70%以上，相對活潑的H2S占比30%左右，所以，對高爐煤氣中硫的處理不能簡單通過酸堿中和完成其脫除的目的，需要對有機(jī)硫和無機(jī)硫進(jìn)行雙重治理。
2019年4月，生態(tài)環(huán)境部等五部委《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》中明確提出鋼鐵企業(yè)超低排放改造要加強(qiáng)源頭控制，高爐煤氣應(yīng)實(shí)施精脫硫，自“意見”發(fā)布以來相關(guān)政策逐步落實(shí)，2022年12月5日，生態(tài)環(huán)境部《鋼鐵/焦化建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)文件審批原則》中要求新建高爐、焦?fàn)t實(shí)施煤氣精脫硫，國家對高爐煤氣源頭治理的政策也日益明朗。
2021年5月26日，碳達(dá)峰、碳中和工作領(lǐng)導(dǎo)小組第一次全體會議在北京召開。2021年10月，《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》以及《2030年前碳達(dá)峰行動方案》的兩個重要文件相繼出臺，共同構(gòu)建了中國碳達(dá)峰、碳中和政策體系的頂層設(shè)計(jì)。同時(shí)，全國碳排放權(quán)交易將于2021年7月16日開市，我國也從沒有碳交易概念走向?qū)嵸|(zhì)性交易階段，國內(nèi)碳交易價(jià)格也一路高漲，歐盟的價(jià)格一直在600元/噸左右，我國的碳交易價(jià)格也將會和國際接軌。
隨著 “雙碳”和“源頭治理”政策的落地、第一套量20萬Nm3/h以上高爐煤氣精脫硫項(xiàng)目超三年的運(yùn)行（采用天立方“TFD綠色低碳”技術(shù)）、第一套規(guī)模化處理量超100萬Nm3/h精脫硫項(xiàng)目近兩年的運(yùn)行（采用天立方“TFD綠色低碳”技術(shù)），高爐煤氣精脫硫技術(shù)已經(jīng)由探索階段穩(wěn)步走向了工藝成熟階段。
天立方集團(tuán)采用全生命周期的綠色設(shè)計(jì)，采用信息化智能制造技術(shù)，通過設(shè)計(jì)制造一體化，實(shí)現(xiàn)了降本增效、提升產(chǎn)品附加值、綠色環(huán)保協(xié)同發(fā)展的要求，融合新一代數(shù)字化技術(shù)，形成了適應(yīng)于鋼鐵、焦化等行業(yè)的專項(xiàng)技術(shù)及高爐煤氣精脫硫超低排放的綜合治理解決方案，最終形成完整的“TFD綠色低碳”高爐煤氣精脫硫一體化工藝！
“TFD綠色低碳” 工藝采取兩段式處理：
第一段：預(yù)處理、催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)置于高爐與發(fā)電機(jī)組之間，利用其中溫中壓的性質(zhì)，將高爐煤氣中酸類、油類、烴類物質(zhì)去除，同時(shí)完成有機(jī)硫轉(zhuǎn)向無機(jī)硫的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化完成后，高爐煤氣中H2S含量為80～150mg/Nm3，其分氣壓不足十萬分之三，根據(jù)石化多年生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，此分氣壓下的H2S對管道和設(shè)備不會造成任何影響；去除了高爐煤氣中強(qiáng)酸類物質(zhì)，可以有效的防止發(fā)電裝置和管道的腐蝕老化，延長使用壽命、減少檢修頻次，同時(shí)也降低了設(shè)備管道的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
有機(jī)硫轉(zhuǎn)化原理：
COS+H2O=H2S+CO2
CS2+2H2O=2H2S+CO2
第二段：干法吸附脫硫工藝置于發(fā)電裝置后，利用其低溫低壓的性質(zhì)，將高爐煤氣中的硫吸附轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到精脫硫的工藝目標(biāo)。
干法吸附原理：
H2S＋MO→MS＋H2O（M代表金屬元素）
MS＋O2 →2S＋MO
“TFD綠色低碳”工藝的主要優(yōu)勢：
1) 可控：處理精度高且可控，滿足現(xiàn)階段超低排放要求，同時(shí)考慮到未來 “超超低”、“近零”排放的提標(biāo)需求，屆時(shí)皆有設(shè)計(jì)余量，不需對設(shè)備進(jìn)行改造，僅需改變控制方式即可實(shí)現(xiàn)；
2) 綠色：干法工藝，不消耗水、無廢水廢液排放，無二次污染；
3) 環(huán)保：復(fù)合脫硫劑更換后可用于燒結(jié)機(jī)配料，實(shí)現(xiàn)環(huán)保閉環(huán)；
4) 低碳：充分利用高爐煤氣自身溫度壓力，不需進(jìn)行調(diào)溫，系統(tǒng)運(yùn)行耗電僅有幾十千瓦時(shí)，符合綠色設(shè)計(jì)、低碳設(shè)計(jì)理念；
5) 智能：可實(shí)現(xiàn)無人值守、自動化操作；
6) 可靠：采用自行生產(chǎn)和合作生產(chǎn)的專利配方且性能可靠、經(jīng)過長達(dá)數(shù)年運(yùn)行檢驗(yàn)的三劑，質(zhì)量和使用周期有保障；
7) 保護(hù)：預(yù)處理、催化轉(zhuǎn)化放置在發(fā)電機(jī)組前，保護(hù)發(fā)電機(jī)組和管道，延長使用壽命；
8) 不變：高爐煤氣熱值和性質(zhì)沒有改變，下游用戶的使用不發(fā)生變化。
在“雙碳”和“源頭治理”政策背景下，隨著鋼鐵領(lǐng)域“極致能效”工程戰(zhàn)役的開展和正式落地，對高爐煤氣精脫硫的技術(shù)選擇也成為了此次戰(zhàn)役的重中之重。“TFD綠色低碳”高爐煤氣精脫硫工藝是在“雙碳”大背景下催生出的、是真正意義上源頭全煤氣治理的技術(shù)。無論從環(huán)保達(dá)標(biāo)、能效消耗上，還是綠色低碳技術(shù)上，“TFD綠色低碳”高爐煤氣精脫硫工藝均是鋼鐵領(lǐng)域“極致能效”工程戰(zhàn)役中最有利的武器。（江蘇天立方環(huán)保工程有限公司崔新明)
參考文獻(xiàn)：
[1]張殿印，李驚濤.冶金煙氣治理新技術(shù)手冊：356.
