能源是人類賴以生存和發(fā)展的基本物質(zhì)基礎(chǔ)，在世界化石能源資源及消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭所占的比重均較高。由于煤炭本身組成的復(fù)雜性，以及煤利用技術(shù)發(fā)展的相對落后，煤炭利用對大氣造成的污染也是最嚴(yán)重的。隨著世界環(huán)境保護(hù)意識的逐漸增強(qiáng)，煤炭氣化作為潔凈煤技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，備受關(guān)注，以煤氣化間接合成油、煤氣化制氫、燃料電池等技術(shù)得到全球廣泛關(guān)注，從而給煤炭氣化帶來前所未有的發(fā)展機(jī)遇。

隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，煤氣廣泛應(yīng)用于工業(yè)(機(jī)械、冶金、建材、玻璃等)燃料氣、城市(民用)煤氣、化工合成氣(合成氨、甲醇)等行業(yè)，隨著先進(jìn)的、高效煤氣化技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，煤炭氣化技術(shù)將在煤炭液化(直接和間接液化)、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)、燃料電池、現(xiàn)代大型煤化工(C1化工)和新型制氫技術(shù)等領(lǐng)域中發(fā)揮更加突出的作用。在煤炭氣化過程中，煤中的硫在氣化過程成中發(fā)生轉(zhuǎn)移，20%左右進(jìn)入灰渣，其他大部分(約80%)轉(zhuǎn)到煤氣中并以H2S(占煤氣中總硫的90%以上)及少量的COS、有機(jī)硫等形態(tài)存在H2S由于含量最高，受到的關(guān)注較多，也是煤氣凈化研究的重點(diǎn)。給常溫氧化鐵脫硫劑產(chǎn)業(yè)帶來發(fā)展的契機(jī)。同時(shí)，也對脫硫劑提出了更高的要求，必須解決目前脫硫劑存在的各種不足。

二脫硫工藝影響因素研究

本文研究的主要目的是在常溫下成型氧化鐵脫硫劑脫除H2S的效果，不僅與影響其物理化學(xué)狀態(tài)的制備工藝配方、成型條件密切相關(guān)，而且隨脫硫工藝控制條件的不同而有明顯的變化，主要表現(xiàn)在硫容、脫硫精度、粉化程度上。常溫脫硫工藝中溫度、空速、酸堿度、顆粒粒徑、脫硫劑含水量、H2S濃度等是影響脫硫劑反應(yīng)性的主要因素。空速與硫容為反向關(guān)系，溫度、酸堿度、顆粒粒徑、脫硫劑含水量均存在一個(gè)有利于硫容的最佳值，而H2S濃度對硫容的影響不是很明顯。還在研究中得出各因素對工作硫容的影響程度為：氧化鐵含量>pH值>空速>水含量。我們認(rèn)為上述因素對脫硫劑的影響均不容忽視，但是氧化鐵含量是脫硫劑制備工藝的內(nèi)在因素，而空速、含水量、溫度、顆粒粒度、pH、進(jìn)口H2S濃度值則是在脫硫工藝可以控制的外在因素，為工藝可變參數(shù)，因而應(yīng)當(dāng)將這兩類因素分別考察。脫硫劑的應(yīng)用環(huán)境離不開一定的酸堿度支持。增大堿度有利于反應(yīng)的進(jìn)行，在工業(yè)應(yīng)用結(jié)果中也可以看出脫硫劑工作循環(huán)過程中存在一定的堿耗。根據(jù)酸堿中和理論，堿性物質(zhì)同H2S同樣可以反應(yīng)達(dá)到脫除的目的，而在考察pH值對脫硫劑應(yīng)用影響時(shí)，應(yīng)綜合設(shè)備防腐蝕能力量力而行。對于不同的脫硫劑，也因各種使用工藝條件的不同而異，因而探索脫硫劑可用工藝條件是必須的。由此，本文對脫硫工藝影響因素的研究選定空速、含水量、溫度、顆粒粒度、進(jìn)口H2S濃度5個(gè)工藝可變因素，進(jìn)行了全面的考察試驗(yàn)。

1、溫度的影響

我們通過熱力學(xué)計(jì)算得出隨溫度的升高，脫硫放熱反應(yīng)向反應(yīng)物方向，即正向進(jìn)行的趨勢逐漸減弱。活性評價(jià)裝置上考察了溫度對脫硫劑硫容的影響。其它條件相同，僅改變脫硫操作溫度，測定脫硫劑一次工作硫容%(Sw)。很明顯，隨著溫度的升高，脫硫劑的一次工作硫容先升高后降低，即存在脫硫最佳溫度的迭擇問題，當(dāng)溫度在20℃左右時(shí)硫容Sw可達(dá)到12%，當(dāng)升溫至80℃時(shí)只有6.5%，僅為20℃的一半左右。降低溫度Sw下降更為明顯，溫度降低5℃，其下降幅度達(dá)40%。

因此，溫度對于氧化鐵脫硫效果的影響非常顯著，這同其它研究者的結(jié)果相同。

但是，不同的脫硫劑適用范圍差別很大，對于常溫氧化鐵脫硫劑來講最佳溫度在20℃左右，這不同于其它脫硫劑最佳工作溫度為40℃左右，明顯增強(qiáng)了脫硫劑的適用性。由于常溫下脫硫劑槽基本上為露天放置，因而脫硫溫度主要受季節(jié)變化，最佳操作溫度為20℃左右，基本等于大部分地區(qū)的年平均溫度，大部分季節(jié)里不需要進(jìn)行通高溫蒸汽，但東北地區(qū)脫硫槽體要采取保溫措施。

2、空速的影響

對于固定床反應(yīng)器，空速Vsp(h-1，spaeeveloeity)，指單位時(shí)間、單位體積的脫硫劑床層所處理的氣體體積。在等體積反應(yīng)條件下，其倒數(shù)—空時(shí)在等容條件下物理意義是流體流過反應(yīng)器時(shí)在床層中的平均停留時(shí)間。從而得出了空速與流量和脫硫劑裝填體積的關(guān)系：
Vsp=Q/V                   h-1
其中，  Q—氣體流量，             m3/h
V—脫硫劑裝填料層體積，   m3，

由上式得出，空速取決與氣體流量和裝填料層的體積，對于一定原料氣流量的脫硫工藝，選取Vsp大意味著氣體在床層的停留時(shí)間短，進(jìn)入床層的H2S分子來不及與活性氧化鐵反應(yīng)即穿出;Vsp小則由于所需脫硫槽體積過大，占地面積大，相應(yīng)的投資高。因此，選取適宜的Vsp是保證脫硫工藝既經(jīng)濟(jì)又有效的必要條件。常溫脫硫劑的應(yīng)用空速范圍大致為100～1000h-1。實(shí)驗(yàn)室在脫硫活性評價(jià)裝置上考察常溫氧化鐵脫硫劑6種空速，6次循環(huán)的硫容情況進(jìn)行。

脫硫劑的硫容隨循環(huán)次數(shù)的增多而減小，而對于每一次循環(huán)，總的趨勢是空速高硫容低，這是因?yàn)榭账僭礁撸琀2S停留時(shí)間短，而反應(yīng)轉(zhuǎn)化率主要取決于停留時(shí)間，反應(yīng)越不充分，達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率時(shí)床層工作區(qū)越長，必然導(dǎo)致硫容隨空速的增大而減小，至最大空速極限時(shí)，H2S來不及反應(yīng)即穿過床層，工作區(qū)長度大于整個(gè)料層高度，硫容很小。另一方面由于高空速時(shí)每一次循環(huán)反應(yīng)均不充分，空速越高，每一次循環(huán)的硫容逐漸降低，例如800h-1時(shí)，一次硫容為15%，二次10%，三次7%，六次累積39%。這種情況適合于氣源含H2S不高、氣體處理量大、脫硫劑需要多次再生使用的工藝脫硫;而對于低空速下操作時(shí)，由于前一次硫容高，即反應(yīng)進(jìn)行充分，活性鐵被最大限度的轉(zhuǎn)化為Fe2S3或FeS，再生時(shí)產(chǎn)生的硫堵塞孔隙，使下一次硫容相對降低，從而再生次數(shù)減少。空速對于脫硫劑應(yīng)用效果的影響還由于帶出水分的不同而不同，將在下面說明。總的來講應(yīng)用范圍廣的脫硫劑應(yīng)在各種空速下保證硫容大于10%，JNT-1型脫硫劑的實(shí)驗(yàn)表征情況顯示這一點(diǎn)良好。各種空速下一次硫容均大于12%，二次硫容仍然均在10%以上，(氧化鐵脫硫劑一般再生2次)，六次累積硫容大于35%，低空速下可達(dá)到60%，屬于脫硫劑市場前列水平。

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