原油中的硫化物已鉴定的有百余种,主要可分为三类:第一类为酸性含硫化合物,主要包括硫化氢和硫醇;第二类为中性硫化合物,主要为硫醚和二硫化物;第三类为热稳定性好的硫化物,主要为噻吩和四氢化噻吩、苯硫酚等。硫化物通常具有恶臭、剧毒和强腐蚀性,对原油的集输、加工及成品油的品质有不良影响。溶解在原油中的硫化物会严重腐蚀管道、设备,威胁人身安全,在原油炼制过程中硫化物会导致设备腐蚀、催化剂失活、成品油硫含量不合格等一系列问题。钢铁脱硫剂脱硫剂的研制及各种脱硫技术的开发成为解决上述问题的重要手段。目前,脱硫方法按脱除方法的特点可分为吸收法、吸附法、氧化法、生物法、脉冲电晕法等;按工艺可分为再生溶剂吸收脱硫、固定床吸附脱硫、膜分离方法脱硫、生物脱硫、以及物理场脱硫等;依据物质所处的状态又可分为高效湿法和高效干法两大类。
干混法特点:此制造方法简单、生产能力大、操作费用低,最大的缺点是这种工艺脱硫剂不易使钢铁脱硫剂脱硫剂组分高度分散,均匀一致,同样的化学组分,其活性、热稳定性都不及沉淀法制得钢铁脱硫剂脱硫剂好。沉淀法是以金属锌为原料,用硫酸溶解后再用纯碱沉淀为ZnCO3,过滤洗涤后,干燥并部分焙烧成氧化锌,然后与添加剂混合成型,在经干燥和焙烧后即为成品脱硫剂。沉淀法特点:干混法将逐渐被均匀沉淀法、溶胶凝胶法取代。均匀沉淀法区别于直接沉淀法在于加入的沉淀剂不直接与被沉淀物反应沉淀而是先将沉淀剂在不饱和容易中缓慢释放均匀分散。未来国内外钢铁脱硫剂氧化锌脱硫剂发展趋势是降低产品堆密度和使用温度、提高脱硫精度,在保证低温高硫容、高脱硫精度下进一步提高抗压碎力,以降低阻力、扩大使用领域。
高硫容钢铁脱硫剂氧化铁脱硫剂是以化学合成的羟基氧化铁粉为主要脱硫活性组分,添加适量的粘结剂及成型助剂加工制成,具有活性氧化铁含量高、脱硫反应速度快、穿透硫容高、脱硫精度高等特点;针对用户所需净化处理气体的工况差异,钢铁脱硫剂脱硫剂产品的抗压强度及硫容量均可调整。
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钢铁脱硫剂煤气脱硫剂,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,且钢铁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钢铁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。
高效常温钢铁脱硫剂氧化铁脱硫原理是用水合氧化铁常温氧化铁脱硫原理是用水合氧化铁(Fe₂O₃・H₂O)脱除H₂S,其反应为:脱硫反应::Fe₂O₃・H₂O+3H2S→Fe₂S3・H₂O+3H₂OFe₂O₃・H₂O+3H₂S→2FeS+S+4H₂O再生反应:Fe₂S3・H₂O+3/2O₂→Fe₂O3・H₂O+3S₂FeS+3/2O₂+H₂O→Fe₂O₃・H₂O+2S反应机理为硫化氢首先溶解于脱硫剂表面的水膜中并离解为HS-、S2-离子,然后HS-、S2-离子同氧化铁相互作用生成硫化铁和硫化亚铁。同时,脱硫反应自身是放热反应,Fe₂O₃・H₂O在与H2S反应的同时生产水,被反应放出的热量带走,水合氧化铁常温氧化铁的水缺失,钢铁脱硫剂脱硫剂表面的水膜不能完整形成,对H2S的溶解及离解能力变弱,脱硫效果降低。随着钢铁脱硫剂脱硫剂中水的流失,脱硫剂颗粒状物资越来越干燥,在气流的冲击及带动作用下颗粒间摩擦产生的细小粉尘随着气流逐渐被带至后段工序。综上所述,脱硫剂粉尘含量增大、脱硫效果下降均与脱硫剂中水分在反应过程中被反应放出的热量所带走有一定关系,而进入脱硫箱的经过粗净化脱水煤气中机械水含量较小,不能弥补反应过程损失的水分。