氧化鋅脫硫劑脫硫性能的改善

李艦　李迅羽

摘 要：在現(xiàn)有的化工生產(chǎn)系統(tǒng)中，以煤炭氣化和焦化技術(shù)為主的技術(shù)體系是實(shí)現(xiàn)煤炭可持續(xù)利用的有效途徑，而在煤氣運(yùn)用過(guò)程中，以硫化氫為主的硫化物是影響其利用效果的主要因素。對(duì)此，通過(guò)選取氧化鋅作為脫硫劑活性組分，借助硫酸鉀、氧化鋁等材料作為輔助用劑，以干混法制備氧化鋅脫硫劑，同時(shí)對(duì)其脫硫性能進(jìn)行改善。

關(guān)鍵詞：氧化鋅;脫硫劑;脫硫性能;轉(zhuǎn)化吸收

在現(xiàn)有我國(guó)化學(xué)燃料資源體系中，煤炭消費(fèi)量始終呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而傳統(tǒng)煤炭利用技術(shù)落后，導(dǎo)致煤炭利用率相對(duì)較低，且存在較為嚴(yán)重的污染問(wèn)題，因此，為提高煤炭資源的利用價(jià)值，潔凈煤技術(shù)的應(yīng)用成為了我國(guó)資源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵途徑。然而，圍繞潔凈煤技術(shù)，其雖然能夠進(jìn)一步提高煤炭資源的利用率，但因其技術(shù)生產(chǎn)所致的含硫氣體往往會(huì)造成一定的催化劑中毒、儀器設(shè)備腐蝕、生態(tài)環(huán)境破壞等問(wèn)題。因此，需就氧化鋅脫硫劑的脫硫性能進(jìn)行進(jìn)一步研究，在探索脫硫性能提高有效改善路徑的基礎(chǔ)上確保煤炭利用行業(yè)的健康發(fā)展和持續(xù)進(jìn)步。

1 氧化鋅脫硫劑的脫硫性能分析

1.1 氧化鋅前驅(qū)物對(duì)脫硫劑脫硫性能的影響

針對(duì)工業(yè)活性氧化鋅和堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的兩種不同氧化鋅脫硫劑，其對(duì)于硫化氫的穿透曲線如圖一所示。其中，由工業(yè)活性氧化鋅制備的脫硫劑對(duì)于硫化氫的穿透曲線相對(duì)較陡，且在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，而當(dāng)反應(yīng)達(dá)到1h時(shí)，出口硫化氫的濃度達(dá)到1.1ppm，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到2h時(shí)，出口硫化氫的濃度達(dá)到2.96ppm。此外，針對(duì)由堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑，其對(duì)于硫化氫的穿透曲線相對(duì)平緩，且穿透時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且呈現(xiàn)出明顯的前期反應(yīng)速度緩慢后期增長(zhǎng)速度緩慢變化趨勢(shì)。

1.2 堿性助劑碳酸鉀對(duì)脫硫劑脫硫性能的影響

考慮到硫化氫為酸性氣體，因此在采用氧化鋅進(jìn)行脫除時(shí)，表面吸附往往是極為關(guān)鍵的過(guò)程，其中，通常情況下氧化鋅的脫硫速率與脫硫劑表面價(jià)電子數(shù)和原子數(shù)的比值有關(guān)，即當(dāng)脫硫劑堿性較強(qiáng)時(shí)，氧化鋅脫硫劑表面的電子越多，越有利于硫化氫的去除和吸附。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)將作為堿性物質(zhì)的碳酸鉀導(dǎo)入氧化鋅脫硫劑內(nèi)，能夠顯著提高氧化鋅脫硫劑的表面堿性，并最終增強(qiáng)氧化鋅脫硫劑的脫硫性能。其中，為研究?jī)煞N不同類(lèi)型氧化鋅脫硫劑在堿性碳酸鉀導(dǎo)入后的脫硫性能變化，形成圖二的變化曲線。

一方面，在添加碳酸鉀后，該堿性助劑能夠?qū)I(yè)活性碳酸鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑產(chǎn)生較大影響，且硫化氫的產(chǎn)生濃度明顯降低，穿透時(shí)間由原本的1h延長(zhǎng)至5h，在大幅增加穿透硫容的同時(shí)提升了氧化鋅脫硫劑的整體脫硫性能;另一方面，針對(duì)堿式碳酸鋅分解活性制備而成的氧化鋅脫硫劑，其硫化氫濃度在堿式助劑碳酸鉀的影響下發(fā)生變化不大，硫化氫的穿透時(shí)間由原本的12h轉(zhuǎn)變?yōu)?4h，穿透硫容略微發(fā)生了0.61%的變化。由此可見(jiàn)，雖然堿性助劑碳酸鉀的使用可能會(huì)增加脫硫劑的表面堿性位，但其對(duì)于提升硫化氫吸附效率有著明顯的幫助。同時(shí)，不同氧化鋅脫硫劑在碳酸鉀作用下去除硫化氫性能的變化存在一定差異，究其原因，同樣與脫硫劑的表面積和孔結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系。因此，合理就堿性助劑碳酸鉀進(jìn)行使用，是提升氧化鋅脫硫劑脫硫性能的關(guān)鍵所在。

1.3 結(jié)構(gòu)助劑γ-Al2O3前驅(qū)物對(duì)脫硫劑脫硫性能的影響

圍繞活性氧化鋁，其是一種多孔、分散度較高的物質(zhì)，且其具有較大的比表面積，滿足催化作用的基本要求。在此基礎(chǔ)上，活性氧化鋁多作用于干燥劑、吸附劑、催化劑或催化劑載體，而在硫化氫去除過(guò)程中，采用氫氧化鋁與擬薄水鋁石作為γ-Al2O3的前驅(qū)物，能夠顯著提高氧化鋅脫硫劑的硫化氫去除性能。其中，在加入氫氧化鋁分解而成的γ-Al2O3結(jié)構(gòu)助劑后，工業(yè)活性氧化鋅制備而成與堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑分別呈現(xiàn)圖三的曲線變化。

一方面，通過(guò)使用氫氧化鋁分解而成的γ-Al2O3結(jié)構(gòu)助劑，能夠以其獨(dú)特的表面酸性物質(zhì)減少脫硫劑的表面堿性，而這對(duì)于緩解工業(yè)活性氧化鋅制備而成氧化鋅脫硫劑的表面堿性位問(wèn)題有著巨大的幫助，同時(shí)，在導(dǎo)入該結(jié)構(gòu)助劑后，氧化鋅脫硫劑的脫硫性能未發(fā)生明顯變化，但與圖三相比仍存在較大差異，這說(shuō)明氫氧化鋁分解而成的γ-Al2O3結(jié)構(gòu)助劑確實(shí)會(huì)對(duì)脫硫劑的脫硫性能造成一定影響;另一方面，針對(duì)堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑，其在加入氫氧化鋁分解而成的γ-Al2O3結(jié)構(gòu)助劑后脫硫曲線發(fā)生明顯變化，不僅脫硫時(shí)間由14h延長(zhǎng)到16.5h，同時(shí)穿透硫容也增加到了9.12%。

2 氧化鋅脫硫劑脫硫性能的改善策略

基于上述比較研究，通過(guò)于氧化鋅脫硫劑前驅(qū)物、堿式助劑碳酸鉀以及由氫氧化鋁分解而成γ-Al2O3結(jié)構(gòu)助劑三個(gè)方面開(kāi)展脫硫性能分析，發(fā)現(xiàn)三者均會(huì)對(duì)氧化鋅脫硫劑的脫硫性能造成一定影響，因此可著手于三方面就氧化鋅脫硫性能進(jìn)行改善。

首先，針對(duì)不同前驅(qū)物獲得的活性組分氧化鋅，由其制備而成的氧化鋅脫硫劑脫硫性能存在較大差異，因此，通過(guò)可采用由堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑，進(jìn)而規(guī)避工業(yè)活性氧化鋅存在的雜質(zhì)多、孔隙結(jié)構(gòu)小等問(wèn)題;其次，在就堿式助劑碳酸鉀加入氧化鋅脫硫劑后，脫硫劑的表面堿性發(fā)生較大變化，同樣有利于提高脫硫劑的脫硫性能，但需要注意的是，堿式助劑碳酸鉀會(huì)對(duì)脫硫劑的孔隙結(jié)構(gòu)造成不利影響，因此應(yīng)合理就堿式助劑碳酸鉀的加入含量進(jìn)行控制;最后，γ-Al2O3結(jié)構(gòu)助劑會(huì)對(duì)氧化鋅脫硫劑的脫硫性能造成一定影響，而在通常情況下，應(yīng)采用效果更加明顯地由擬薄水鋁石分解制備而成的γ-Al2O3結(jié)構(gòu)助劑，此外，在實(shí)際試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)助劑γ-Al2O3前驅(qū)物的不同，其對(duì)于氧化鋅基脫硫劑脫除硫化氫的性能也會(huì)造成不同的影響，而在通常情況下，可借助擬薄水鋁石分解的γ-Al2O3改性氧化鋅基脫硫劑進(jìn)行工藝改造，能夠達(dá)到12.18%的穿透硫容。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上，圍繞氧化鋅脫硫劑脫硫性能分析，分別指出了氧化鋅脫硫劑前驅(qū)物、堿式助劑碳酸鉀以及由氫氧化鋁分解而成γ-Al2O3結(jié)構(gòu)助劑對(duì)于氧化鋅脫硫劑脫硫性能的影響，其中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步圍繞三種影響因素就氧化鋅脫硫劑的制造方案進(jìn)行優(yōu)化，在盡可能提升脫硫性能的基礎(chǔ)上保障煤氣運(yùn)用的較高效益。

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