1、一、技術背景和發展趨勢石爐氣凈化及綜合利化工工業造紙行業材料車輛零件行業電用3鋼鐵廣泛用于化工、食品、石油、原子能等工業，以及車輛、家用電器各類零部件我國是世界第一鋼鐵大國、造紙、廚具、2017年生鐵產量達到7.1億噸占世界總產量的60%。煉鐵行業一直是我國國民的污染大戶，綠色發展是鋼鐵產業實現健康可持續發展的必由之中路，對我國國民發展, 對人民健康的生活都有著極為重要的意義。的可持續性煉鐵行業前景1.1 煉鐵行業情況一、技術背景和發展趨勢電石爐氣凈化及綜合利用41.2 煉鐵行業生產問題計委、經貿委、科委頒發的節能技術大綱中要求, 冶金重點企業高爐煤氣排放損失率分別為4%以下，進一步提升高爐煤

2、氣廢能回收效率成為了鋼鐵企業將來發展的趨勢。每生產一噸生鐵,產生高爐煤氣13001600m3其中含CO 25%，還有少量碳氫化合物，其余的不可燃成分中氮約占55%高爐煤氣既是低熱值氣體 重要的二次能源，又是典型 有害工業廢氣高爐煤氣的主要成分高爐煤氣其他組分（mg/m3）組 分濃 度SO2/H2S 8001000有機硫粉塵組 分濃 度HCN20010003500-30000粉塵（除塵后）50以下1.3 高爐煤氣資源化潛能由于高爐煤氣的熱值較低，不能滿足工業爐理論燃燒溫度對熱值的要求。大部分鋼鐵廠高爐煤氣富余， 不同程度的放散現象。鋼鐵工業會員企業(105家) 高爐煤氣產生量為8312億Nm3/

3、年電石爐氣凈化及綜合利用5 高爐煤氣利用率為98.10%，放散率1.04%， 放散總量達89. 21億Nm3/年一、技術背景和發展趨勢圖 高爐煤氣主要利用途徑1.4 高爐煤氣凈化利用高爐煤氣由于熱值和燃燒效率低而導致大量放散，若能將高爐煤氣中的有效組分提濃后加以利用，不僅能大大降低放散率，而且可以節省費用，甚至作為化工的生產原料。8電石爐氣凈化及綜合利用粉塵濃度高組成復雜性1.5 高爐煤氣資源利用難氣體性高爐煤氣是典型的含中低濃度CO（約25%）的工業廢氣，由于凈化分離成本高，長期以來化利用一氧化碳含量低粉塵濃度高，顆粒多熱值低，產氣量高多種類硫共存，組成復雜 催化毒物有多種，尾氣難凈化凈化氣

4、體用途多樣高粉塵下中低濃度CO氣體提純低壓低能耗凈化，滿足高熱值燃料和優質碳一化工原料氣強抗毒能力催化劑同步凈化：多種雜質同時凈化催化劑毒性綜合利用性處理 的主要問題：爐頂均壓煤氣放散組分復雜，管道 易腐蝕1.6 回收效果決定綜合利用水平高爐煤氣凈化程度越高，CO資源化利用程度越高34苯乙酸丙烯酸甲酸鈉甲醇醋酸草酸CO衍生高附加值碳一化學品12光 氣叔碳醇甲酰胺二甲醚碳酸酯草酸酯經深度凈化后的高爐煤氣可作為高熱值 和碳一化工原料氣提升傳統煉鐵高爐煤氣凈化及資源化利用產業產值一、技術背景和發展趨勢1.7重點研發計劃本研究是2018年重點研發計劃“大氣污染成因與 技術研究”專項“ 高爐煤氣高效凈化

5、及低濃度CO低壓提純”課題（課題編號：2018YFC0213406），研發適用于煉鐵高爐煤氣高效凈化及低濃度CO低壓提純技術，以提升企業綜合競爭力。9高爐煤氣資源化高效治理二、技術2.1 技術總體化分離成本高，長期以來氣資源化高效治理。高爐煤氣是典型的含中低濃度CO（約25%）的工業廢氣，凈化利用，本技術致力于高爐煤本技術以煉鐵高爐煤氣為對象，高爐煤氣深度凈化、度凈化、硫的資源化、低壓低能耗脫氮、優質碳一化工原料氣制備研究，形成高爐煤氣高效凈化及中低濃度CO低壓提純新工藝。CO及N2分離能耗高、低濃度CO資源浪費嚴重，開展高爐煤氣深10高爐煤氣資源化高效治理二、技術2.2 解決的關鍵問題13高

6、爐煤氣資源化高效治理高爐煤氣深度凈化 、無機硫、 化氫催化凈化技術，凈化后氣體同時滿足變壓吸附及碳一化工原料氣要求；高N2低CO高爐煤氣提純 N2含量高而CO 含量低的特點，開發CO分離與提純工藝技術，在保持CO 高回收率同時獲得 CO氣；低壓變壓吸附脫N2、脫CO2關鍵材料 通過低壓變壓吸附劑及匹配工藝的開發，實現高爐煤氣中低濃度CO氣體高效、低能耗高值資源化利用。技術原理CS + H2O COS + H2SCOS + H2O CO2 + H2SCS + 2H O 2H S + CO22222H S + O 2S + 2H O222HCN + H2O NH3 + CO4NH33O2 2N2

7、+ 6H2O技術特點l 低常溫催化水解脫硫脫l 載硫催化劑化學再生回收硫磺l 基于吸附材料的低壓變壓吸附分離技術路線高爐煤氣除塵催化劑再生催化凈化硫資源回收低壓變壓吸附脫氮N2CO提純CO2高濃度CO2.3 技術路線和原理2.4 技術目標理論研究n 有機硫催化水解原理n 化氫催化凈化機理n 碳、氮梯級分離機制n 硫的深度凈化與資源化n 的定向轉化技術n 低濃度CO低壓變壓吸附技術重點n 高爐煤氣中碳、氮、硫定向分離與資源化利用n 優質碳一化工原料氣 目標n 高爐煤氣 化， 氣CO純度大于98%n CO資源化率大于95%n 運行成本降低60%三、技術內容3.1 主要技術內容高爐煤氣深度凈化硫、催

8、化凈化技術研究硫、催化反應機理硫、深度凈化催化劑開發硫的資源化技術多組分硫的催化轉化機制載硫催化劑再生硫的資源化利用工藝優化與調控低壓低能耗脫氮低壓變壓吸附脫氮機理及動力學低壓變壓吸附脫氮吸附劑開發 低壓變壓吸附脫氮新工藝低壓變壓吸附脫CO2CO2吸附劑開發變壓吸附脫CO2高爐煤氣CO資源化利用工藝14高爐煤氣資源化高效治理三、技術內容3.2 高爐煤氣深度凈化（1） 多雜質低溫微氧同步催化氧化原理催化原理研發強還原氣氛下的低溫微氧同步催化氧化 設計具同時有儲氧、催化氧化兩種功能的催化劑低溫微氧同步催化氧化催化劑設計思路18高爐煤氣資源化高效治理低一氧化碳吸附活性高極性雜質吸附活性高化學及水熱

9、性兼具酸堿活性中心低一氧化碳活化性低溫催化氧化活性高氧氣吸附容量強氧氣活化能力氧化還原可逆性高催化反應選擇性低一氧化碳消耗高氧化產物富集性有利于磷硫回收 高性、長催化劑不易高效催化酸堿性雜質低一氧化碳氧化效率低溫凈化，無需加熱提高微量氧氣利用率不補充氧氣安全凈化尾氣中抗 能力強3.2 高爐煤氣深度凈化低溫凈化：起活溫度100微氧凈化：氧含量要求低于0.5% 選擇性凈化：不消耗CO高效凈化： H2S、CS2，COS凈化效率99%，HCN凈化效率90%長：大于36000小時（2） 催化劑特點及優勢3.2 高爐煤氣深度凈化 吸附能力好 機械強度高 生產成本低過程簡單（2）催化劑特點及優勢活性炭木質來

10、源生物質煤性好竹煙桿椰殼.核桃殼.云南省年產40萬噸核桃生物炭3.2 高爐煤氣深度凈化（2）催化劑特點及優勢不同催化劑的水解活性-1（反應條件：不同催化劑的氧化活-性1（反應條件：20 ppm CS2；500 ppm COS；空速10000 h ；反應溫度70；相對濕度49%；氧含量0%）500 ppm H2S；空速10000 h ；反應溫度70；氧含量0.5%）新鮮、失活和再生催化劑的XPS結果樣品元素鍵能 (eV)原子含量 (%)化學形態Fe2p711.062.88Fe2O3新鮮催化劑C1s-78.86CCu2p-0.34CuOFe2p711.091.31Fe2O3S2p164.040.5

11、3S失活催化劑S2p168.731.57SulfateC1s-55.37CCu2p-0.15CuOFe2p711.092.41Fe2O3再生催化劑S2p-0-C1s-76.10CCu2p-0.15CuOCS2在Fe2O3(001)表面催化水解過程中的反應通道和反應能壘COS在Fe2O3(001)表面催化水解過程中的反應通道和反應能壘CS2在CuO(110)表面催化水解過程中的反應通道和反應能壘CS2在CuO(110)表面催化水解過程中的反應通道和反應能壘三、技術內容3.3 硫的資源化技術（1）多組分硫的催化轉化機制HCNCOS CS2HCN+H2OCOS+H2O CS2+2H2O水解活性組分

12、NH3+CONH34NH +3O氧化活性組分322N2+6H2ON2水解活性組分H2S+CO22H2S+CO2H2S氧化活性組分水解活性組分2H2S+O22S+2H2OS多組分硫的得到無機硫、有機硫在催化劑表面的轉化機制；催化轉化機制研究揭示硫產物的形成途徑及形態；闡明有機硫、無機硫催化轉化過程中的相互影響規律。23高爐煤氣資源化高效治理3.3 硫的資源化技術（2）催化劑再生及硫的資源化有機硫、無機硫催化氧化后以單質硫吸附在催化劑表面，用多硫化銨溶液化學再生回收硫資源。載硫催化劑再：(NH4 )2S + nS (NH4 )2 Sn+1多硫化銨溶液蒸汽加熱再生為(NH4)2S和硫磺三、技術內容3

13、.4 低壓低能耗脫氮低壓變壓吸附脫氮由于氮氣的吸附能力在氫氣與一氧化碳之間，因此，分離氮氣可以提濃CO與CO2。變壓吸附脫N2后得到含CO 2 的高濃度CO傳統變壓吸附N2分離工藝能耗高的問題，研究N2在特定吸附劑上吸附-解吸規于0.05MPa變壓吸附分離N2新技術律，開發低低壓變壓吸附脫氮技術能耗降低為現有變壓吸附脫氮技術的1/3。25高爐煤氣資源化高效治理變壓吸附脫CO2n 開發脫CO2 特種吸附劑，研制吸附容量大、酸性環境長、機械強度高的CO2 新型吸附劑。變壓吸附提純CO工藝路線n 開發CO2變壓吸附新工藝，改變現有CO2變壓吸附（0.31 MPa）工藝CO氣損高于30%的現狀，將CO氣損降低至1%以下。四、預