氧化铁煤气脱硫剂相关问题分析

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　　摘要：由于目前煤气应用越来越多，常温煤气脱硫剂研发工作也越来越受到重视。本文对于高效常温氧化铁脱硫剂相关问题进行分析，全面分析考察脱硫工艺因素对其应用的影响，为解决脱硫剂存在的各种不足提供一些思路。
　　关键词：脱硫剂氧化铁影响因素
　　
　　0 引言
　　
　　H2S脱除技术研究在工业气体净化领域中占重要地位。随着化学合成工业的日益发展，工业原料气各种煤气、天然气、合成原料气的消费量大幅增加。近代工业的迅猛发展及日益严格的环境保护标准，对于各种工业以及民用气源提出了更为严格的要求，即在工艺气体实现工业和民用应用前必须进行有效净化，尤其是含硫气体的脱除，其中H2S杂质的脱除尤为重要。因此，品目繁多的脱硫方法及脱硫剂应运而生，对气体净化作出了重大的贡献[1，2]。本文对于高效常温氧化铁脱硫剂相关问题进行分析，全面分析考察脱硫工艺因素对其应用的影响，为解决脱硫剂存在的各种不足提供一些思路。
　　
　　1 脱硫工艺概述
　　
　　煤气的化学组成根据气化煤种、气化方法和用户要求的不同而定。因此，其中H2S含量也不同。一般对于焦化厂干馏煤气、水煤气和两段炉煤气站等均需设有脱硫装置进行脱硫操作。图1给出了目前焦化厂煤气常用的常温脱硫工艺。该工艺适用于大规模的干馏制煤气厂，对于产量较小的煤气厂可以直接干法脱除煤气中H2S，不必在前面串连湿法脱硫装置。对于煤气中H2S含量较高的场合，干法装置前同样也应设湿法脱硫装置，以提高脱硫精度。目前所用的干法脱硫设备，对于成型脱硫剂一般使用脱硫塔。
　　
　　2 氧化铁脱硫剂概述
　　
　　氧化铁系脱硫剂由于原料廉价、制备工艺简单、脱硫精度高、硫容高、适用范围宽等特点而广泛应用于各种工业及民用气源的脱硫。
　　
　　2.1 氧化铁原料的开发 氧化铁原料的开发和利用从早期以炼铝赤泥到以铁渣、天然含铁矿、钢厂赤泥等为原料，发展到今天以合成铁为主经过了上百年的历程。最早的氧化铁脱硫剂是由德国的Luxmasse公司以炼铝工业赤泥为原料开发制成的。1975年，日本的岛田则喜采用炼钢转炉赤泥制备常温氧化铁脱硫剂，并申请了一项专利，后秋野友治制备成了用于中温的颗粒状赤泥脱硫剂。至今，在常温无定形氧化铁脱硫剂的制备中，赤泥(约含60～70％的氧化铁)仍然是主要原料。但是，以赤泥、沼铁矿及矿渣为原料制备的脱硫剂，存在一个致命的缺点，初始硫容较低，甚至经过多次再生活化后，硫容仍得不到提高。因此，人们的目标转向直接以铁为原料合成氧化铁。起初，以废铁屑喷水放置空气中氧化，在添加其他辅助成份制备成脱硫剂，效果得到改善。然而，此法生产周期较长，一般一个月以上，而且在铁屑氧化过程中需要经常翻动以充分氧化，使得工人的劳动强度较大，目前没有得到普及应用。
　　发展到目前，常温氧化铁脱硫剂的制备主要以合成活性氧化铁为主要路线。以工业废料硫酸亚铁或废铁屑酸解后添加石灰水或烧碱等碱性物质，生成水合氧化铁沉淀，再加以其他助剂，成型烘干，然后进行其他深加工即成。不同路线制备出的脱硫剂各种性能差异较大。但是，此法制备的脱硫剂活性铁含量高，硫容明显提高，添加各种助剂后其他性能也得到明显改善。合成氧化铁的成本比以上几种稍高，而且制作过程复杂。但是这种定向合成活性氧化铁的成本较高，目前其用途主要是辅以其他有利于脱除有机硫的助剂，用来制备价格昂贵的精脱硫剂。以下将介绍国内外铁系脱硫剂的开发研究情况，提出其下一步发展方向。
　　
　　
　　2.2 国内外氧化铁脱硫剂产品开发研制 国外常温氧化铁脱硫剂的研制比我国要早一百年左右。日本是氧化铁脱硫剂开发应用较早的国家，铁系干法脱硫剂应用较多，但是由于废脱硫剂再利用技术的不成熟，加上资源的不充足以及经济发展的提高，氧化铁脱硫剂己经逐步被的湿法取代。在印度、俄罗斯及德国，脱硫剂的仍有市场。
　　国内，由于技术和环境保护意识落后，因而对H2S脱除的研究起步较晚。太原理工大学是最早进行常温氧化铁脱硫剂的开发及推广应用的。煤炭科学研究总院从1995年至今，先后开发了以沼铁矿、钢厂赤泥、合成氧化铁为原料的JT、BM系列常温煤气脱硫剂，成功应用于本溪钢厂等单位。2002年开始，又申请了科研院所技术开发专项基金用于常温脱硫原有技术的改进。
　　
　　3 脱硫工艺影响因素研究
　　
　　常温下成型氧化铁脱硫剂脱除H2S的效果，不仅与影响其物理化学状态的制备工艺配方、成型条件密切相关，而且随脱硫工艺控制条件的不同而有明显的变化，主要表现在硫容、脱硫精度、粉化程度上。常温脱硫工艺中温度、空速、酸碱度、颗粒粒径、脱硫剂含水量、H2S浓度等是影响脱硫剂反应性的主要因素。
　　
　　3.1 温度影响。温度对于氧化铁脱硫效果的影响非常显著，但是，不同的脱硫剂适用范围差别很大，对于BMC型常温煤气脱硫剂来讲最佳温度在20℃左右，这不同于其它脱硫剂最佳工作温度为40℃左右，明显增强了脱硫剂的适用性。由于常温下脱硫剂箱基本上为露天放置，因而脱硫温度主要受季节变化，最佳操作温度为20℃左右，基本等于大部分地区的年平均温度，大部分季节里不需要进行通高温蒸汽和箱体保温等措施，另一方面也大大降低了脱硫工艺投资。
　　
　　3.2 空速的影响。温脱硫剂的应用空速范围大致为100-1000h-1。任何一种空速下，脱硫剂的硫容随循环次数的增
　　多而减小，而对于每一次循环，总的趋势是空速高硫容低，这是因为空速越高，H2S停留时间短，而反应转化率主要取决于停留时间，反应越不充分，达到一定转化率时床层工作区越长，必然导致硫容随空速的增大而减小，至最大空速极限时，H2S来不及反应即穿过床层，工作区长度大于整个料层高度，硫容很小。另一方面由于高空速时每一次循环反应均不充分，空速越高，每一次循环的硫容差距越小。
　　
　　3.3 水分的影响。对于一定的氧化铁脱硫剂必须要确定其最佳含水量，需要注意的是此含水量会因不同的空速而改变，这主要是由于气流的流动会带出部分水分，流速大带出的水分会越多，因而在确定最佳水分含量时必须注意工艺空速的大小。
　　
　　3.4 颗粒粒度的影响。对于成型脱硫剂工业应用，对硫容的要求必须是原粒度下的硫容，因此不论脱硫剂用户或研制单位应当在此前提下考察、对比脱硫剂性能。一般脱硫剂的粒径为2～10mm较适宜，其阻力小于98Pa/m。BMC脱硫剂在原粒度下的硫容21％完全可以保证其寿命，而且阻力降每米床层仅20Pa，对气源压力几乎没有影响。
　　
　　3.5 气源H2S含量的影响。随着气源中H2S浓度的增加，H2S分压P增加，其平衡吸附量也随之增大。因而硫容随HZS浓度的增加而呈上升趋势，但不会升高过大。应该指出，当气源H2S浓度过高时，由于表面反应的迅速，使床层表面呈现出“饱和”的状态，而实际上床层内部尤其是颗粒内部并没有达到反应完全，即“饱和区”未达到充分饱和，工作区长，脱硫剂过早穿透，出现“尾气不净”现象。因此，对于气源含硫量过高应先考虑进行湿法脱硫。
　　
　　4 结语
　　
　　本文在介绍氧化铁脱硫剂研究进展基础上，主要分析温度、水分、煤气H2S含量、颗粒粒径以及空速五种脱硫工艺条件对脱硫剂应用的影响，为开发新型、高效脱硫剂，提高脱硫性能和应用技术水平，并进行工业放大生产提供积极建议。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1]曾华星，何祝英. 改性粉煤灰脱硫剂增湿脱硫工艺[J].有色冶金设计与研究.2007.Z1.
　　[2]刘雪波，王睿，米杰.铁酸锌脱硫剂脱硫性能的研究进展[J].山西化工. 2009.01.

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