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。
随着工业的发展和人们生活水平的提高,对能源的消耗也在不断增加,燃煤锅炉优质烟气中的SO2已经成为大气污染的主要原因。减少SO2污染已成为当今大气环境治理的当务之急。不少锅炉烟气脱硫工艺已经在工业生产中得到了广泛应用,其对各类锅炉和焚烧炉尾气的治理也具有重要的现实意义。锅炉烟气脱硫剂批发脱硫剂是工业行业大规模应用的、有效的脱硫剂批发脱硫剂。按照硫化物吸收剂及副产品的形态,脱硫技术可分为干法、半干法和湿法三种。优质干法烟气脱硫工艺主要是利用固体吸收剂去除烟气中的SO2,一般把石灰石细粉喷入炉膛中,使其受热分解成CaO,吸收烟气中的SO2,生成CaSO3,与飞灰一起在除尘器收集或经烟囱排出。优质湿法烟气脱硫是采用液体吸收剂在离子条件下的气液反应,进而去除烟气中的SO2,系统所用设备简单,运行稳定可靠,脱硫效率高。干法脱硫的大优点是治理中无废水、废酸的排出,减少了二次污染;缺点是脱硫效率低,设备庞大。湿法脱硫采用液体吸收剂洗涤烟气以除去SO2,所用设备比较简单,操作容易,脱硫效率高;但脱硫后烟气温度较低,设备的腐蚀较干法严重。
活性炭又名碳分子筛,是一种多孔性物质,主要是利用其的催化和吸附作用,可用于脱除沼气中H2S气体。活性炭法也是由脱硫和再生两个过程组成。其反应式为:脱硫:2H2S+O2→2S+2H2O……(1)再生:nS+(NH4)2S→(NH4)2Sn+1……(2)(NH4)2Sn+1→nS+(NH4)2S……(蒸汽加热)(3)活性炭具有储存氧气的能力,在脱硫过程中,活性炭催化H2S与其中储存的氧气反应生成S后被吸附于活性炭表面。当活性炭吸附饱和时(活性炭上H2S的浓度超过3ppm),脱硫效率明显下降,必须进行再生。这时可用质量分数为12%~14%的硫化铵溶液对其进行再生,而反应生成的多硫化铵进行蒸汽加热后可分解为硫化铵与S,硫化铵继续循环利用,S便从活性炭中析出,析出的硫流入硫回收池,水冷后形成固态硫。
目前国内外对脱硫剂批发脱硫剂性能的选择标准主要集中在以下几点:(1)热力学性质:脱硫剂制备材料必须是热力学性能较优的,这样有利于在需要的温度下脱除99%以上的H2S;(2)硫容:高温脱硫剂批发煤气脱硫剂应具有优良的硫吸附能力,这将有助于减少脱硫剂批发脱硫剂的用量和体积上的要求;(3)脱硫剂硫化与再生动力学:硫化与再生动力学应维持较高速率以减少硫化-再生循环所需时间;(4)稳定性:脱硫剂应具有较高的机械与热稳定性,以抵御多次硫化-再生循环中的反复与长时间高温加热;(5)可再生性:金属硫化物完全转化回到金属氧化物而不产生副产物(例如硫酸盐)的能力,一般来说,再生反应是放热的,温度控制是防止烧结的必要条件之一;(6)低成本:脱硫剂批发脱硫剂材料应以低成本获得。
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批发煤气脱硫剂,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,且脱硫剂批发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批发氧化铁脱硫剂(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。