整体煤气化联合循环发电(IGCC)由于其所拥有的环境友好性、经济型和高效性,在许多国家和地区内被广泛研究和工业化应用。然而,煤气化的产品气中含有的H2S,若不加脱除,直接用于发电会变成SO2污染大气,化工生产中用作合成氨、制氢、甲醇、合成油、合成天然气等的原料也会造成催化剂中毒失活。
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。
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。
煤中的硫在热解和气化中产生H2S、COS、CS2等有害有毒气体。不仅腐蚀设备,而且能使后续工段的催化剂中毒,严重的污染环境和危害人体健康。煤气净化油气是中高温脱硫剂的研究已成为洁净煤技术的一个重要环节。锌基脱硫剂不仅要具有良好的脱硫能力,还要易于再生。锌基脱硫剂的再生性能较差,低温再生时候易形成ZnSO4,高温下再生脱硫剂氧化锌脱硫剂其比表面积降低,当温度高于600℃时,单质锌会挥发,导致脱硫剂氧化锌脱硫剂大量损失,在其中添加一些其它金属,能很大的提高脱硫过程的稳定性和再生性能。煤炭是世界上储量最丰富的化石燃料资源,世界化石能源资源已探明储量大约为9842亿吨、石油约为1434亿吨、天然气约为14.640万亿立方米。如果没有新能源的补充,石油和天然气将在几十年内近于枯竭,而煤炭则可供使用169年。而为了提高煤炭的燃烧发电效率,为此提出了整体煤气化联合循环发电技术。而在大量使用煤炭的情况下,脱硫剂的作用起到相当重要的地位,为我们解决煤炭燃烧所排烟气的危害。 由于氧化锌脱硫剂其脱硫活性好、精度高,在我国化学工业中通常采用氧化锌作为脱硫剂,高效固体脱硫剂氧化锌脱硫剂与H2S发生化学反应生成ZnS,使气态硫固化,降低了H2S的毒性。脱硫后绝大部分的氧化锌已转换为硫化锌而失去活性。
脱硫剂氧化铁脱硫剂是一种脱硫剂固体脱硫剂,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脱硫剂的小孔中,改变其化学组成从而净化气体。当脱硫剂脱硫剂达到饱和后,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,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。废脱硫剂脱硫剂可以回收其中的活性成分。
目前高效烟气脱硫剂脱硫剂主要有三种方式:一是燃烧固硫法,是在煤中加入一定量的固硫齐U,使煤在燃烧时生成的高效二氧化硫与固硫剂反应,生成硫酸盐与炉渣一起排出,这种方法成本较高。另一种方法是湿法脱硫,主要采用喷淋法,用碱性水溶液吸收烟气中的二氧化硫,这种方法用水量大,脱硫后产物难处理,易产生二次污染,投资成本高,占地面积大,设备防腐要求高。还有一种方法是活性炭吸附法,该方法活性炭的使用周期较短,再生较为复杂,脱硫效率低,水洗耗水量大,易造成二次污染,活性炭价格较高,增加了成本。