从20世纪中期至今,关于羟基脱硫剂脱硫剂的制备工作已经有世界范围内的众多科研机构和学者进行了不计其数的试验和研究。如今被用在中羟基脱硫剂高温煤气脱硫剂中的活性组分主要可以为两类:单一金属氧化物和复合金属氧化物。虽然羟基脱硫剂煤气高温脱硫剂的研制已经取得了一定的成果,但是与工业要求还有一定的差距。本文针对目前高温羟基脱硫剂脱硫剂存在的优缺点进行了系统的总结,并对今后脱硫剂的研究进行了分析。
羟基脱硫剂高硫容氧化铁脱硫剂是一种固体脱硫剂,有无氧气存在均可脱硫。其原理是将废气中的含硫化合物化学吸附到羟基脱硫剂脱硫剂的小孔中,改变其化学组成从而净化气体。当羟基脱硫剂高硫容氧化铁脱硫剂达到饱和后,即其不再具有脱硫能力需要对其进行再生,如采用水蒸汽进行汽提再生。但是,高硫容氧化铁脱硫剂在长时间使用后,其活性会不断下降,如其中的小孔被一些杂质物所堵塞,这时脱硫剂就失活了,但当反应体系有微量氧存在时可提高其脱硫活性,延长使用寿命。废脱硫剂可以回收其中的活性成分。大大降低了对环境的污染。
煤炭的清洁、高效利用既会对我国的能源战略产生重要影响,也是我国经济、资源、生态可持续发展的关键手段。本文对以单一金属氧化物和复合金属氧化物为活性组分的高温羟基脱硫剂煤气脱硫剂的研究进展进行了综述,同时,对多样化的复合金属羟基脱硫剂脱硫剂制备、硫化及再生等方面的研究状况进行了综述。目前,我国雾霾频发,大气污染状况严重,而燃煤排放被当作造成雾霾的罪魁祸首,大量的低阶煤由于热值太低得不到充分利用。基于这一国情,有限煤炭等化石能源的高效转化与清洁利用成为我国亟待解决的重要问题。
因此,羟基脱硫剂氧化锌脱硫剂用于中、高温脱硫时,硫容较高,而低温脱硫时硫容较低,但脱硫精度更高。根据水蒸气含量、温度和H2S平衡浓度间的关系,若操作温度和水蒸气含量均较高时,H2S的平衡浓度将会超过对脱硫净化度指标的要求。实际应用羟基脱硫剂氧化锌脱硫时,工艺气体中水蒸气含量较高(如在低温变换前),则采用较低的操作温度,以保证脱硫精度,工艺气体中基本不含水时,则采用较高的操作温度,以便在保证脱硫精度的前提下充分发挥羟基脱硫剂脱硫剂的效能,达到尽可能高的硫容。当原料中有氢存在时,羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚等会在反应温度下发生转化反应,生成的硫化氢进一步被氧化锌吸收。噻吩及其衍生物在氧化锌上与氢发生转化反应的能力很低,因此,单独用氧化锌不能脱除噻吩类硫化物,需借助钴钼催化剂的加氢,转化成硫化氢后才能被羟基脱硫剂氧化锌脱硫剂脱除。
1 单一金属氧化物脱硫剂作为目前世界范围内研究和工业化最广泛的中高温羟基脱硫剂煤气脱硫剂,氧化铁脱硫剂具有活性组分Fe2O3储量丰富、价格合理以及热力学性能优良、硫容大和反应活性高等优点。Lin等在脱硫剂制备过程中,以铁元素含量为考察因素,发现通过增加脱硫剂中的铁含量可以显著提高脱硫剂的性能,且羟基脱硫剂氧化铁脱硫剂的高反应活性归因于纳米铁颗粒在脱硫剂孔隙结构中的高度分散。Mi等通过使用紫砂土作为载体制备氧化铁脱硫剂并进行了多次硫化-再生循环测试,结果表明在第一次硫化-再生循环之后,脱硫剂的硫容下降了约10%,但是在循环2次之后,硫容维持在一个固定数值不再降低,Mi等也因此认为该脱硫剂具有可被用于高温煤气脱硫的能力。Fan等采用胶晶模板法制得三维有序大孔羟基脱硫剂氧化铁脱硫剂(图1),并且在固定床反应器上对其进行了穿透动态评价实验。表征及实验结果证实,该脱硫剂大孔结构整齐有序,三维空间相互贯通,活性组分高度分散在载体上。对比传统方法制备的脱硫剂具有比表面积大和穿透硫容高的优点。
羟基脱硫剂脱硫剂加湿装置:在脱硫箱顶部布置3组喷水管,每组喷水管上布置5个水雾化喷淋喷头。3组喷水管由垂直穿过脱硫箱箱体的水管统一供水。为保持脱硫反应所需床层温度环境温度较低时使用蒸汽加湿、其余时间使用循环水加湿。此外,煤气是一种有毒有害的气体,日常使用中为防止煤气的倒窜至循环水或蒸汽中,此水管使用柔性连接与循环水或蒸汽连接,当检测到硫化氢含量有明显上升趋势时,将此脱硫箱从系统中分离出来,通过柔性连接对脱硫剂进行加湿,加水量或蒸汽量一般为羟基脱硫剂脱硫剂质量的5%--10%,而后断开柔性连接,将此脱硫箱静置待脱硫剂充分浸湿,气表面再次形成水膜,重新并入系统使用。