活性炭對(duì)石腦油脫硫效果的研究

金燚翥

（哈爾濱電碳廠，哈爾濱 150025）

0 前言

活性炭是以含碳物質(zhì)為主要原料經(jīng)高溫炭化和活化制得的顆粒狀物質(zhì)，物理形態(tài)上具有良好的洞孔結(jié)構(gòu)因而比表面積大、物理吸附性能良好，表面基團(tuán)豐富，也具有化學(xué)吸附性能，還有很好的負(fù)載性能、復(fù)原脫氧能力等，因此具有吸附劑和催化劑的雙重性能，既可以當(dāng)作還原劑參與反應(yīng)，也可以作為載體制得高分散的催化體系?；钚蕴恳唤?jīng)問世便得到了環(huán)保工作者們的青睞，在解決大氣污染、水污染等問題中發(fā)揮了重要作用，而活性炭聯(lián)合脫硫工藝亦在煤煙處理領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，近年來也取得了很大進(jìn)展[1-4]。

隨著對(duì)活性炭研究的不斷深入與拓展，活性炭去除污染物的機(jī)理也需要進(jìn)一步研究。環(huán)境中的污染物種類繁多，與活性炭之間相互作用復(fù)雜，只有對(duì)污染物與活性炭之間的作用關(guān)系有更為深入的研究，才能夠在此基礎(chǔ)上對(duì)改性的手段進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新[5-8]。生物本身獨(dú)有的性質(zhì)與活性炭性能的結(jié)合，在工業(yè)廢水、固廢處理等方面具有一定的應(yīng)用潛能。把同樣具有吸附能力的材料（常見的有納米零價(jià)鐵、鈦酸鹽納米管等）與活性炭通過一定的手段結(jié)合，達(dá)到協(xié)同作用，也將會(huì)是研究的熱點(diǎn)[9-11]。石腦油作為汽油生產(chǎn)的原料之一，控制其硫含量對(duì)生產(chǎn)環(huán)境友好的油品，滿足日益苛求的市場(chǎng)需求具有重要意義。由于煤焦油加氫生產(chǎn)的石腦油含硫高達(dá)500mg/kg 左右，需要進(jìn)一步降低硫含量，部分企業(yè)亟待解決的難題之一?；钚蕴烤哂休^好的吸附脫硫能力，活性炭中的孔隙部分對(duì)石腦油中含量較高、分子尺寸較大的硫化物起著重要的吸附作用，活性炭表面含有的酸性含氧基團(tuán)能促進(jìn)其對(duì)石腦油中噻吩硫的吸附。而活性炭的高度發(fā)達(dá)的孔隙構(gòu)造為其提供了大量的表面積，讓其能與被吸附物質(zhì)充分接觸，而活性炭孔壁上的大量分子可以產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，讓其對(duì)石腦油中難以脫除含硫化合物具有了良好的吸附性能。本文以石腦油為研究對(duì)象，采用不同吸附劑脫硫，確定脫硫效果較佳的吸附劑，用此吸附劑單因素方法進(jìn)一步脫硫，確定較佳吸附劑用量。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器和材料

（1）實(shí)驗(yàn)儀器：水浴恒溫振蕩器（WSZ-100-A江蘇省金壇市漢康電子有限公司）電子天平（FA2004上海力衡儀器儀表有限公司）真空干燥箱（DZF-6050上海一恒科技有限公司）磁力攪拌器（JB-3 江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司）紫外熒光定硫儀（THA 2000-S 上海一凱儀器有限公司）

（2）實(shí)驗(yàn)材料：石腦油（七臺(tái)河寶泰隆煤化工股份有限公司）氫氧化鈉（分析純天津市津北精細(xì)化工有限公司）乙醇胺（分析純天津福晨化學(xué)試劑廠）杏仁殼活性炭（4-8 目 鄭州永坤環(huán)保科技有限公司）硅藻土（天津恒興化學(xué)試劑有限公司）、HZSM-5 分子篩（天津市正源昊業(yè)化工科技有限公司）、γ-Al2O3（天津津精城商貿(mào)有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法與表征

（1）測(cè)試方法：:使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的氫氧化鈉溶液與石腦油以體積比1：1 振蕩處理，再經(jīng)體積分?jǐn)?shù)10%乙醇胺溶液與石腦油以體積比1：1 振蕩處理初步脫硫，最后用吸附劑與石腦油以1：10 的配比進(jìn)一步吸附脫硫，測(cè)試結(jié)果。

（2）硫含量的測(cè)定方法：用紫外熒光定硫儀進(jìn)行石腦油中的硫含量的測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 四種不同吸附劑進(jìn)一步脫硫?qū)嶒?yàn)結(jié)果

活性炭、硅藻土、HZSM-5 分子篩、γ-Al2O3吸附劑對(duì)石腦油脫硫結(jié)果影響見表1 和圖1。

表1 四種吸附劑對(duì)石腦油脫硫的影響Table 1 Effect of four adsorbents on naphtha desulfurization

圖1 四種吸附劑對(duì)石腦油脫硫的影響Fig.1 Effect of four adsorbents on naphtha desulfurization

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表1 和圖1，可以看出不同吸附劑對(duì)石腦油中的硫吸附效果差別很大，其中活性炭的吸附效果最好?；钚蕴课胶蟮氖X油硫含量降低至90.42mg/kg，小于100mg/kg?；钚蕴渴且环N主要由含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大，吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不到的微孔，1g 活性炭材料中的微孔，將其展開后表面積可高達(dá)800～1000 平方米。這樣的孔裝結(jié)構(gòu)為活性炭提供了吸附的可能性，也使活性炭的吸附能力大大增強(qiáng)。從本論文的實(shí)驗(yàn)中也可以看出，活性炭的吸附脫硫能力比其他3 中吸附劑的吸附脫硫能力強(qiáng)，能較好的脫除初步脫硫后的石腦油中所含有的硫。而硅藻土、HZSM-5 分子篩、γ-Al2O3在吸附脫硫方面相對(duì)活性炭就較弱。

2.2 活性炭進(jìn)一步脫硫單因素結(jié)果

不同質(zhì)量活性炭對(duì)石腦油脫硫結(jié)果影響見表2 和圖2。

表2 不同質(zhì)量活性炭對(duì)石腦油脫硫的影響Table 2 Effect of activated carbon with different quality on naphtha desulfurization

圖2 不同質(zhì)量活性炭對(duì)石腦油脫硫的影響Fig.2 Effect of activated carbon with different quality on naphtha desulfurization

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表2 和圖2，可以看出，不同硫含量對(duì)石腦油的吸附效果不同，其中當(dāng)活性炭質(zhì)量為2.0g 時(shí)，吸附脫硫后的石腦油硫含量最低，只有91.42mg/kg。而活性炭質(zhì)量為2.5g、3.0g 時(shí)，吸附脫硫后的石腦油硫含量和2.0g 活性炭吸附脫硫后的石腦油硫含量相差不大。因而確定活性炭用量2.0g 為最佳。

2.3 平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果

平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 parallel experiment results

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果表3 可以看出，石腦油原料經(jīng)過氫氧化鈉溶液和乙醇胺溶液的初步脫硫以及吸附劑活性炭的進(jìn)一步脫硫后，石腦油中平均硫含量降低至91.09mg/kg。因此，本次石腦油脫硫?qū)嶒?yàn)的最佳脫硫方案為：氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%與石腦油原樣體積比為1:1、乙醇胺體積分?jǐn)?shù)為10%與石腦油原樣體積比為1:1、活性炭質(zhì)量與石腦油原樣質(zhì)量比約為1:10時(shí)，脫硫效果最好。

3 結(jié)論

本文先用氫氧化鈉脫硫，再用乙醇胺脫硫，最后用活性炭脫硫的方法能夠較好地脫除石腦油中的硫。使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的氫氧化鈉溶液與石腦油以體積比1：1 振蕩處理，再經(jīng)體積分?jǐn)?shù)10%乙醇胺溶液與石腦油以體積比1：1 振蕩處理初步脫硫，最后用活性炭作為吸附劑，與石腦油以1：10 的配比進(jìn)一步吸附脫硫，通過紫外熒光測(cè)硫儀測(cè)定石腦油硫含量，經(jīng)檢測(cè)此脫硫方法可將石腦油中的硫含量由原來的457.82 mg/kg 降低至91.09mg/kg 。