由于國內部分鋼廠在冶煉過程中采用進口礦、使用含CaCl2的燒結助劑等原因，其高爐煤氣中出現了以HCl為主的酸性成分。而目前國內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，導致后續(xù)煤氣管道及其附屬設備出現腐蝕失效的問題，形成煤氣泄漏隱患。這已經成為高爐煤氣干法除塵技術推廣和應用中最突出的矛盾。本文提出了新型的高爐煤氣干式除酸技術，可以全面解決包括TRT（高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置）在內的所有設備及用戶管網的腐蝕和積鹽問題。技術特點和經濟性分析表明，與濕法噴淋技術相比，干式除酸技術的除酸效果更好，并最大限度地保留了煤氣熱值，具有良好的經濟性和應用價值。
凈化技術一覽
除鋼鐵行業(yè)外，相近行業(yè)如石化、煤氣化、垃圾焚燒等都出現了因工業(yè)氣體中含HCl等酸性氣體而造成工業(yè)設備或管路腐蝕，影響工藝順行的報道。針對上述問題，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、半干法技術和干法技術3類技術。
由于HCl等酸性氣體極易溶于水，濕法技術可通過在洗滌塔內噴淋水或堿液達到去除酸性氣體的效果。該法最大的優(yōu)點是處理煙氣量大、設備數量少、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，氣體中氣態(tài)飽和水含量較高并攜帶有一定量的機械水，可能對工藝流程造成一定影響，如石化生產中，重整再生循環(huán)氣中水含量過大會影響催化劑的活性和使用壽命。
半干法技術采用噴霧吸收反應器塔，石灰漿在反應器內實現霧化，霧滴與煙氣相接觸產生傳質與化學反應，達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，但主要缺點是噴嘴易磨損、易阻塞和霧化要求高。
干法技術是通過堿式吸附劑脫除氣體中所含的HCl等酸性氣體。干法吸附設備結構較簡單，建設成本較低，操作簡單，無污水產生，凈化效果最好，但同等煙氣條件下，所需設備數量較多，占地面積較大，吸附劑投入量較大，運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。
從目前的應用情況看，干法技術因其穩(wěn)定的處理效果和無廢液排放的優(yōu)點，應用最為廣泛，在石化、煤氣化領域都有相應的工程實施案例。
創(chuàng)新的氣體干式除酸技術
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，達到脫除酸性物質的目的，其研究重點包括吸附劑和吸附設備的開發(fā)。
國內的堿性吸附劑開發(fā)始于20世紀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。
吸附設備按照操作時吸附劑的運動狀態(tài)，分為固定床、移動床、流化床等幾種類型，其中固定床因結構簡單、操作方便、操作彈性大，應用最為廣泛。固定床是一種較常見的氣體凈化裝置，是氣固反應中應用最為廣泛的一種基本反應器形式。氣體通過與固定床床層中吸附劑的傳質與反應，達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，如煤氣化領域高溫煤氣吸附除酸就只是在氣化爐后的某個反應器上簡單鋪上一層吸附劑。隨著技術的發(fā)展，業(yè)內出現了專用的固定床吸附裝置，如石化行業(yè)用于預加氫、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)內多采用濕法技術，即通過噴淋水或堿液來實現煤氣中酸性氣體的凈化。由于氣液接觸不充分，多數濕法噴淋的效果并不理想，HCl的脫除率較低，且系統布置于TRT之后，無法有效保護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)的相關經驗，高爐煤氣中HCl等酸性氣體的凈化更宜采用干式除酸技術。
工藝流程及技術特點。在吸收相近領域氣體干式除酸技術的基礎上，結合高爐干法除塵的特點，中冶賽迪開發(fā)了一種高爐煤氣干式除酸工藝技術及成套設備，其核心設備干式除酸吸附塔布置在干法除塵之后、TRT之前，塔內填裝專用的堿性吸附劑，煤氣中的HCl等酸性氣體經過吸附塔時被吸附到床層上，達到除酸的目的。
相較于目前廣泛采用的濕法工藝，干式除酸技術具有以下特點：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，能夠實現熱風爐、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在內的所有設備及用戶管網的腐蝕和積鹽問題；四是除酸過程無噴水，故無廢酸水或廢堿液處置問題；五是煤氣經過吸附劑床層產生低于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%。
全面對比 綜合分析
干式除酸和濕法噴淋工藝的經濟性分析中主要環(huán)節(jié)的收入與運行支出對比如下：
TRT發(fā)電。以2000m3級的高爐為例，煤氣溫度為150℃，TRT入口壓力為200kPa，煤氣經過干式除酸系統后有10kPa的壓損，對應TRT發(fā)電效率下降約2.5%~3%；但干式脫氯系統保證了TRT的有效防腐，其平均作業(yè)率至少提高5%。經核算，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。
熱風爐供熱收益。TRT后煤氣若經過濕法噴淋再供熱風爐，煤氣含濕量將達到飽和、機械含水量增加至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，對應熱風爐風溫可提高50℃以上、節(jié)約焦炭4kg/t以上。焦炭價格按照1500元/噸，干式除酸較濕法噴淋可增加約6元/噸節(jié)焦收益。
運行費用。干式除酸系統的運行費即吸附劑的消耗費用和設備折舊費用。按煤氣溫度150℃、煤氣HCl濃度10mg/Nm3、噸鐵煤氣產氣量1500Nm3考慮，吸附劑消耗量為100g/t。按目前吸附劑市場價1萬元/噸計算，則上述工況下吸附劑耗費約為1元/噸。此外，設備折舊費約為0.4元/噸，故總運行費用約為1.4元/噸。
濕法噴淋系統的運行費用主要由水耗、電耗、堿液消耗和設備折舊費構成，根據現有設備的運行數據估算，其新水耗費為0.3元/噸，堿液耗費0.1元/噸，水泵電費0.3元/噸，再加上設備折舊費用0.6元/噸，其總運行費用約為1.3元/噸。
綜合對比。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)電收益和運行費用均與之持平，但由于采用干法除酸最大限度地保留了煤氣熱值，帶來的熱風爐節(jié)焦效益比濕法噴淋多6元/噸，因此，其經濟效益優(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用；減輕煤氣對熱風爐、TRT、煤氣加壓機、鍋爐、加熱爐等用氣設備的腐蝕危害。據估算，未采用防腐措施的鋼廠每年用于上述幾項腐蝕治理的費用約為220萬元/1000立方米爐容。