铁系脱硫剂脱除硫化氢的研究实验

单红飞，李晓凡

（沈阳三聚凯特催化剂有限公司，辽宁 沈阳 110144）

随着工业技术的迅速发展，煤气广泛应用于工业(机械、冶金、建材、玻璃等)燃料气、城市(民用)煤气、化工合成气(合成氨、甲醇)等行业[1-2],随着先进的、高效煤气化技术的开发和应用，随着世界环保要求越来越严格，煤炭洁净利用在世界经济发展中非常重要。

在煤炭气化过程中，煤中的硫在气化过程中发生转移，大部分以H2S 形式转移到煤气中，硫化氢(H2S)是一种无色、有毒气体，对人类神经系统具有严重的伤害性，由于其在煤气的含量高，受到的关注较多，也是煤气净化研究的重点[3-4]。

煤气净化可以采用湿法和干法，湿法脱硫虽技术成熟，但是需增设换设备，投资大[5-7]。干法同常温湿法相比具有以下优点：

1）设备简单，投资少。

2）操作平稳，脱硫精度高[8-9]。

铁系脱硫剂作为一种常用的金属脱硫剂，其来源广泛，如铁矿石，赤泥等脱硫剂。铁系脱硫剂硫容较高，并且容易再生；铁系脱硫剂在常温和高温条件均可实现对硫化氢的脱除，随着铁系脱硫剂应用工况逐渐增加，关于影响铁系脱硫剂精度和硫容因素越来越受到关注[10]。

本实验以廉价的铁化合物，制备脱硫剂，考察空速、粒度对脱硫剂脱硫精度及硫容的影响，确定了脱硫剂脱除硫化氢的扩散规律、反应影响因素，更好的指导反应设计、优化与过程监控。

1 实验过程

1.1 脱硫剂的制备

脱硫剂M-1 的实验室制备过程，主要包括混料、捏合、挤条、干燥等步骤，具体如图1所示。

图1 脱硫剂制备方框图

1）混料：将所需原料在大研钵中充分干混均匀。

2）捏合：在研钵中放入适量纯水，进一步混合均匀，转入双螺杆挤条机中充分捏和。

3）挤条：在双螺杆挤条机中使用φ4 或φ2、φ3 模具进行挤条。

4）晾晒：将湿条置于阳光下晾晒24 h 即为成品。

1.2 性能评价

1.2.1 评价流程图

评价装置的流程如图2所示。

图2 评价装置图

如图2所示，原料气经转子流量计进入反应管反应，反应后气体依次经过0.1 mol·L-1硝酸银溶液，湿式流量计以及氢氧化钠溶液。硝酸银溶液变色视为穿透，同时以微量硫分析仪检测出口。

1.2.2 评价条件

评价条件见表1。

表1 评价条件表

1.3 硫容计算

根据脱硫剂消耗的原料气体积来计算脱硫容，计算公式为：

式中：S—硫容，%；

V—原料气通过脱硫剂的流量，L；

m—脱硫剂装剂质量，g；

C—硫化氢浓度，%。

1.3 出口硫分析

试验中，出口尾气中硫含量采用TY-2000 型微量硫分析仪进行分析。该仪器对H2S 的最小检测量为0.02×10-6。

2 结果与讨论

2.1 原料气浓度的影响

从表2 的结果可知，随着原料气浓度的提高，硫容明显提高。当原料气浓度提高10 倍，硫容由24%缓慢上升至48.70%。分析原因是由于H2S 浓度的升高使脱硫剂床层内浓度梯度加大，传质扩散推动力大，深入颗粒孔隙内部的概率越高，此方面影响使硫容增大，并且穿透快；另一方面，高浓度的H2S 使大量H2S 分子在未进入颗粒内部即在颗粒外与表面活性铁反应生成硫化铁，分子体积增大从而阻塞孔隙通道，减少H2S 分子进入颗粒内部的机会，此方面影响使硫容存在降低的趋势。综合两方面的影响，由于颗粒孔隙大孔较多，从而使后一方面的影响相对较弱。

表2 原料气浓度对硫容的影响

2.2 空速的影响

以M-1 脱硫剂为研究对象，原料气浓度为1.2%H2S，考察空速对硫容的影响。在保证脱硫精度的前提下，不同空速对硫容的影响结果表3。

表3 原料气浓度对硫容的影响

由表3 结果可知，随着空速提高，脱硫剂的硫容逐渐减小，随着空速变大，硫化氢与铁合物接触时间少，硫化氢没有扩散到脱硫剂内部，只与脱硫剂表面反应，当空速为2 000 h-1时，M-1 的硫容仅为12.00%，说明该铁系脱硫剂不适用于大空速工况。

2.3 粒度的影响

原料气浓度为1.2%H2S，空速为500 h-1，其他评价条件不变，在保证脱硫精度的前提下，考察粒度对硫容的影响，结果见表4。

表4 原料气浓度对硫容的影响

由表4 结果可知，随着粒度的增加，硫容呈现出降低的趋势。颗粒度越细，暴露出的活性位越多，硫化氢与铁化物反应越充分，硫容大。

2.4 高径比对硫容的影响

以微量硫分析仪为检测出口，在不同空速条件下，对M-1 进行脱硫评价，评价结果如表5。

表5 空速对硫容的影响

从结果看出，高径比对脱硫精度的影响较大，高径比由 2.4∶1～4∶1，硫容由 15.51%升高到57.15%，随着高径比升高，原料气的硫化氢与脱硫剂接触时间长，有助于硫化氢在脱硫剂表面的内扩散，进而提高脱硫剂的脱硫效果。

3 结论

制备M-1 脱硫，考察了原料气浓度、空速、粒度对脱硫效果的影响，通过实验，空速越大，硫容越大，粒度越小，硫容越大；空速及装剂的高径比对脱硫精度的影响大于粒度，为脱硫剂实际应用提供理论支撑，更好的指导反应设计、优化与过程监控。