李凌澍

摘要：由于目前煤氣應(yīng)用越來(lái)越多，常溫煤氣脫硫劑研發(fā)工作也越來(lái)越受到重視。本文對(duì)于高效常溫氧化鐵脫硫劑相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，全面分析考察脫硫工藝因素對(duì)其應(yīng)用的影響，為解決脫硫劑存在的各種不足提供一些思路。

關(guān)鍵詞：脫硫劑氧化鐵影響因素

0 引言

H2S脫除技術(shù)研究在工業(yè)氣體凈化領(lǐng)域中占重要地位。隨著化學(xué)合成工業(yè)的日益發(fā)展，工業(yè)原料氣各種煤氣、天然氣、合成原料氣的消費(fèi)量大幅增加。近代工業(yè)的迅猛發(fā)展及日益嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于各種工業(yè)以及民用氣源提出了更為嚴(yán)格的要求，即在工藝氣體實(shí)現(xiàn)工業(yè)和民用應(yīng)用前必須進(jìn)行有效凈化，尤其是含硫氣體的脫除，其中H2S雜質(zhì)的脫除尤為重要。因此，品目繁多的脫硫方法及脫硫劑應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)氣體凈化作出了重大的貢獻(xiàn)[1，2]。本文對(duì)于高效常溫氧化鐵脫硫劑相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，全面分析考察脫硫工藝因素對(duì)其應(yīng)用的影響，為解決脫硫劑存在的各種不足提供一些思路。

1 脫硫工藝概述

煤氣的化學(xué)組成根據(jù)氣化煤種、氣化方法和用戶要求的不同而定。因此，其中H2S含量也不同。一般對(duì)于焦化廠干餾煤氣、水煤氣和兩段爐煤氣站等均需設(shè)有脫硫裝置進(jìn)行脫硫操作。圖1給出了目前焦化廠煤氣常用的常溫脫硫工藝。該工藝適用于大規(guī)模的干餾制煤氣廠，對(duì)于產(chǎn)量較小的煤氣廠可以直接干法脫除煤氣中H2S，不必在前面串連濕法脫硫裝置。對(duì)于煤氣中H2S含量較高的場(chǎng)合，干法裝置前同樣也應(yīng)設(shè)濕法脫硫裝置，以提高脫硫精度。目前所用的干法脫硫設(shè)備，對(duì)于成型脫硫劑一般使用脫硫塔。

2 氧化鐵脫硫劑概述

氧化鐵系脫硫劑由于原料廉價(jià)、制備工藝簡(jiǎn)單、脫硫精度高、硫容高、適用范圍寬等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)及民用氣源的脫硫。

2.1 氧化鐵原料的開(kāi)發(fā) 氧化鐵原料的開(kāi)發(fā)和利用從早期以煉鋁赤泥到以鐵渣、天然含鐵礦、鋼廠赤泥等為原料，發(fā)展到今天以合成鐵為主經(jīng)過(guò)了上百年的歷程。最早的氧化鐵脫硫劑是由德國(guó)的Luxmasse公司以煉鋁工業(yè)赤泥為原料開(kāi)發(fā)制成的。1975年，日本的島田則喜采用煉鋼轉(zhuǎn)爐赤泥制備常溫氧化鐵脫硫劑，并申請(qǐng)了一項(xiàng)專利，后秋野友治制備成了用于中溫的顆粒狀赤泥脫硫劑。至今，在常溫?zé)o定形氧化鐵脫硫劑的制備中，赤泥(約含60～70％的氧化鐵)仍然是主要原料。但是，以赤泥、沼鐵礦及礦渣為原料制備的脫硫劑，存在一個(gè)致命的缺點(diǎn)，初始硫容較低，甚至經(jīng)過(guò)多次再生活化后，硫容仍得不到提高。因此，人們的目標(biāo)轉(zhuǎn)向直接以鐵為原料合成氧化鐵。起初，以廢鐵屑噴水放置空氣中氧化，在添加其他輔助成份制備成脫硫劑，效果得到改善。然而，此法生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，一般一個(gè)月以上，而且在鐵屑氧化過(guò)程中需要經(jīng)常翻動(dòng)以充分氧化，使得工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，目前沒(méi)有得到普及應(yīng)用。

發(fā)展到目前，常溫氧化鐵脫硫劑的制備主要以合成活性氧化鐵為主要路線。以工業(yè)廢料硫酸亞鐵或廢鐵屑酸解后添加石灰水或燒堿等堿性物質(zhì)，生成水合氧化鐵沉淀，再加以其他助劑，成型烘干，然后進(jìn)行其他深加工即成。不同路線制備出的脫硫劑各種性能差異較大。但是，此法制備的脫硫劑活性鐵含量高，硫容明顯提高，添加各種助劑后其他性能也得到明顯改善。合成氧化鐵的成本比以上幾種稍高，而且制作過(guò)程復(fù)雜。但是這種定向合成活性氧化鐵的成本較高，目前其用途主要是輔以其他有利于脫除有機(jī)硫的助劑，用來(lái)制備價(jià)格昂貴的精脫硫劑。以下將介紹國(guó)內(nèi)外鐵系脫硫劑的開(kāi)發(fā)研究情況，提出其下一步發(fā)展方向。

2.2 國(guó)內(nèi)外氧化鐵脫硫劑產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制 國(guó)外常溫氧化鐵脫硫劑的研制比我國(guó)要早一百年左右。日本是氧化鐵脫硫劑開(kāi)發(fā)應(yīng)用較早的國(guó)家，鐵系干法脫硫劑應(yīng)用較多，但是由于廢脫硫劑再利用技術(shù)的不成熟，加上資源的不充足以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的提高，氧化鐵脫硫劑己經(jīng)逐步被的濕法取代。在印度、俄羅斯及德國(guó)，脫硫劑的仍有市場(chǎng)。

國(guó)內(nèi)，由于技術(shù)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)落后，因而對(duì)H2S脫除的研究起步較晚。太原理工大學(xué)是最早進(jìn)行常溫氧化鐵脫硫劑的開(kāi)發(fā)及推廣應(yīng)用的。煤炭科學(xué)研究總院從1995年至今，先后開(kāi)發(fā)了以沼鐵礦、鋼廠赤泥、合成氧化鐵為原料的JT、BM系列常溫煤氣脫硫劑，成功應(yīng)用于本溪鋼廠等單位。2002年開(kāi)始，又申請(qǐng)了科研院所技術(shù)開(kāi)發(fā)專項(xiàng)基金用于常溫脫硫原有技術(shù)的改進(jìn)。

3 脫硫工藝影響因素研究

常溫下成型氧化鐵脫硫劑脫除H2S的效果，不僅與影響其物理化學(xué)狀態(tài)的制備工藝配方、成型條件密切相關(guān)，而且隨脫硫工藝控制條件的不同而有明顯的變化，主要表現(xiàn)在硫容、脫硫精度、粉化程度上。常溫脫硫工藝中溫度、空速、酸堿度、顆粒粒徑、脫硫劑含水量、H2S濃度等是影響脫硫劑反應(yīng)性的主要因素。

3.1 溫度影響。溫度對(duì)于氧化鐵脫硫效果的影響非常顯著，但是，不同的脫硫劑適用范圍差別很大，對(duì)于BMC型常溫煤氣脫硫劑來(lái)講最佳溫度在20℃左右，這不同于其它脫硫劑最佳工作溫度為40℃左右，明顯增強(qiáng)了脫硫劑的適用性。由于常溫下脫硫劑箱基本上為露天放置，因而脫硫溫度主要受季節(jié)變化，最佳操作溫度為20℃左右，基本等于大部分地區(qū)的年平均溫度，大部分季節(jié)里不需要進(jìn)行通高溫蒸汽和箱體保溫等措施，另一方面也大大降低了脫硫工藝投資。

3.2 空速的影響。溫脫硫劑的應(yīng)用空速范圍大致為100-1000h-1。任何一種空速下，脫硫劑的硫容隨循環(huán)次數(shù)的增

多而減小，而對(duì)于每一次循環(huán)，總的趨勢(shì)是空速高硫容低，這是因?yàn)榭账僭礁?，H2S停留時(shí)間短，而反應(yīng)轉(zhuǎn)化率主要取決于停留時(shí)間，反應(yīng)越不充分，達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率時(shí)床層工作區(qū)越長(zhǎng)，必然導(dǎo)致硫容隨空速的增大而減小，至最大空速極限時(shí)，H2S來(lái)不及反應(yīng)即穿過(guò)床層，工作區(qū)長(zhǎng)度大于整個(gè)料層高度，硫容很小。另一方面由于高空速時(shí)每一次循環(huán)反應(yīng)均不充分，空速越高，每一次循環(huán)的硫容差距越小。

3.3 水分的影響。對(duì)于一定的氧化鐵脫硫劑必須要確定其最佳含水量，需要注意的是此含水量會(huì)因不同的空速而改變，這主要是由于氣流的流動(dòng)會(huì)帶出部分水分，流速大帶出的水分會(huì)越多，因而在確定最佳水分含量時(shí)必須注意工藝空速的大小。

3.4 顆粒粒度的影響。對(duì)于成型脫硫劑工業(yè)應(yīng)用，對(duì)硫容的要求必須是原粒度下的硫容，因此不論脫硫劑用戶或研制單位應(yīng)當(dāng)在此前提下考察、對(duì)比脫硫劑性能。一般脫硫劑的粒徑為2～10mm較適宜，其阻力小于98Pa/m。BMC脫硫劑在原粒度下的硫容21％完全可以保證其壽命，而且阻力降每米床層僅20Pa，對(duì)氣源壓力幾乎沒(méi)有影響。

3.5 氣源H2S含量的影響。隨著氣源中H2S濃度的增加，H2S分壓P增加，其平衡吸附量也隨之增大。因而硫容隨HZS濃度的增加而呈上升趨勢(shì)，但不會(huì)升高過(guò)大。應(yīng)該指出，當(dāng)氣源H2S濃度過(guò)高時(shí)，由于表面反應(yīng)的迅速，使床層表面呈現(xiàn)出“飽和”的狀態(tài)，而實(shí)際上床層內(nèi)部尤其是顆粒內(nèi)部并沒(méi)有達(dá)到反應(yīng)完全，即“飽和區(qū)”未達(dá)到充分飽和，工作區(qū)長(zhǎng)，脫硫劑過(guò)早穿透，出現(xiàn)“尾氣不凈”現(xiàn)象。因此，對(duì)于氣源含硫量過(guò)高應(yīng)先考慮進(jìn)行濕法脫硫。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在介紹氧化鐵脫硫劑研究進(jìn)展基礎(chǔ)上，主要分析溫度、水分、煤氣H2S含量、顆粒粒徑以及空速五種脫硫工藝條件對(duì)脫硫劑應(yīng)用的影響，為開(kāi)發(fā)新型、高效脫硫劑，提高脫硫性能和應(yīng)用技術(shù)水平，并進(jìn)行工業(yè)放大生產(chǎn)提供積極建議。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾華星，何祝英. 改性粉煤灰脫硫劑增濕脫硫工藝[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究.2007.Z1.

[2]劉雪波，王睿，米杰.鐵酸鋅脫硫劑脫硫性能的研究進(jìn)展[J].山西化工. 2009.01.