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脱硫剂技术煤气脱硫剂,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,且脱硫剂技术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脱硫剂技术氧化铁脱硫剂(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。
高效干法脱硫的具体反应过程是首先通过物流吸附将H2S吸附在吸附剂的表面,然后是吸附剂与H2S发生化学反应生成单质硫的过程。因为高效干法脱硫所使用的脱硫剂大多数是粉末状或颗粒状,其整个过程是在完全干燥的环境下进行的,所以脱硫过程不会对设备和管道等产生腐蚀和结垢的影响。干法脱硫的适用范围是含较低浓度的H2S的气体,其优点在于脱硫工艺设备比较简单及工艺技术方面比较成熟。目前,最常用的干法脱硫方法有氧化铁法、氧化锌法、活性炭吸附法和膜分离法等。这四种脱硫方法中只有氧化铁与活性炭是可以再生的,而参与脱硫失去活性并不可再生废氧化铁和活性炭已被列为国家危废名录,因此,采用氧化铁法与活性炭法的企业单位还会碰到到后续脱硫废弃物的回收处理问题。
气体脱硫剂技术脱硫剂的方法,可分为干法脱硫与湿法脱硫。高效干法脱硫是利用固体吸附剂吸附法脱除硫化氢,常用的吸附剂有氧化锌、活性炭和分子筛。湿法脱硫是用液体吸收剂洗涤气体,以除去气体中的硫化氢。其中最常用的是醇胺法脱硫。现在国家不提倡此法;半干法烟气脱硫工艺是以循环流化床烟气脱硫工艺为代表,具有造价低、运行费用少、占地少、脱硫效率较高等优点。高效干法脱硫工艺主要是通过向炉内喷脱硫剂进行脱硫。其缺点是脱硫剂利用率低、脱硫效率低等。
压力数据在实验过程中不断波动,故图中给出的是时均值,由图中可以看出时均值基本保持稳定说明床内状态是稳定的。压力沿床高均匀递减,变化平缓表明床内高效固体物料基本均匀分布。没有明显的下浓上稀的情况,说明对于所用的床料颗粒而言,5m/s的床内气速偏高,使床内接近气力输送状态。但最高点处压力骤增,表示床料在此处浓集。这是因为该点位于床上部的端头结构内,并高过床的出口,使床料在该区域内聚集所致。1)脱硫效率随时间有一定的波动,这主要来自于床内速度和物料量的波动。2)蒸汽活化前脱硫效率处于较低水平,只有30%,而且由于进料Ca/S较小,床内处于较稀的状态,使脱硫剂技术脱硫剂易于变成乏吸收剂,而使脱硫效率呈下降趋势。但是经蒸汽活化处理后脱硫效率明显上升,且高达50%,说明蒸汽处理有明显的效果,必然是以某种方式提高了脱硫剂技术脱硫剂的固硫活性,其内在机理需要进一步研究。
脱硫剂技术脱硫剂一般指脱除燃料、原料或其他物料中的游离硫或硫化合物的药剂;在污染物的控制和处理中主要指能去除废气中硫氧化物(包括SO2和SO3)所用的药剂。各种碱性化合物都可作为脱硫剂技术脱硫剂。去除烟道废气中二氧化硫的脱硫剂技术脱硫剂,采用最多的是廉价的石灰、石灰石和用石灰质药剂配制的碱性溶液。脱硫剂技术脱硫剂能吸收烟气中大部分的二氧化硫固定在燃料渣内。化工厂、冶炼厂等常采用碳酸钠、碱性硫酸铝等溶液作为脱硫剂处理含二氧化硫的尾气,并可解吸回收利用。
脱硫剂技术氧化铁脱硫剂是广泛使用的干法脱硫剂,通过构建两种硫化的脱硫剂技术氧化铁脱硫剂表面在O2气氛下发生再生过程的气固模型,得到了硫化的脱硫剂技术氧化铁脱硫剂的再生机理。得出以下主要结论:关于H2S与氧化铁脱硫剂的脱硫过程,主要存在生成H2和生成H2O两条脱硫路径。研究表明:这两条脱硫路径是竞争性的。在脱硫过程中,脱硫剂技术氧化铁脱硫剂起到了两种作用:一方面,在H2S的解离过程中,脱硫剂技术氧化铁脱硫剂起催化剂作用并生成H2;另一方面,在生成H2O的路径中,两个氢原子夺去了脱硫剂技术氧化铁脱硫剂表面的O原子,同时S原子填补了被夺取的O原子所在的位置,氧化铁脱硫剂参与了反应,起到了反应物的作用。经过两条不同的脱硫路径会产生两种硫化表面,在生成H2的路径中,S原子吸附在表面的Fe顶位,我们称之为“硫吸附表面”,在生成H2O的路径中,表面的O原子的替代导致脱硫剂的降解,我们称之为“含硫表面”。无论脱硫过程生成的产物是H2还是H2O,H2S在表面的解离是脱硫过程中所经历的共同步骤。在脱硫过程中含硫表面的形成会导致H2S脱硫剂表面的解离活化能垒升高,对脱硫过程不利。在脱硫剂表面掺杂第二金属Co、Cu和Zn可以有效的降低H2S在氧化铁脱硫剂表面解离的活化能,有利于脱硫过程的进行。氧化铁表面的原子空缺会影响其脱硫性能。表面Fe空缺的存在可以有效的降低H2S解离的活化能,有利于脱硫过程的进行,而表面O空缺的存在导致表面金属活性位消失,对脱硫过程不利;O2气氛不仅可以再生硫化的脱硫剂,还可以修补脱硫剂表面的O空缺。氧化铁脱硫剂两种硫化表面都存在两条相互竞争的再生路径,且其决速步骤都是O2的解离。因此,降低O2解离。因此,降低O2解离的活化能有利于再生过程的进行。另外在O2的气氛下,表面O空缺的修补很容易。因而在O2气氛下再生,可有效的改善氧化铁脱硫剂的脱硫性能。