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常溫氧化鐵脫硫劑在脫硫工藝過程中影響因素的

添加時間2022-03-22??錄入:adminfabu??來源:未知

能源是人類賴以生存和發展的基本物質基礎,在世界化石能源資源及消費結構中,煤炭所占的比重均較高。由于煤炭本身組成的復雜性,以及煤利用技術發展的相對落后,煤炭利用對大氣造成的污染也是最嚴重的。隨著世界環境保護意識的逐漸增強,煤炭氣化作為潔凈煤技術中的關鍵技術之一,備受關注,以煤氣化間接合成油、煤氣化制氫、燃料電池等技術得到全球廣泛關注,從而給煤炭氣化帶來前所未有的發展機遇。

隨著工業技術的迅速發展,煤氣廣泛應用于工業(機械、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,隨著先進的、高效煤氣化技術的開發和應用,煤炭氣化技術將在煤炭液化(直接和間接液化)、煤氣化聯合循環發電(IGCC)、燃料電池、現代大型煤化工(C1化工)和新型制氫技術等領域中發揮更加突出的作用。在煤炭氣化過程中,煤中的硫在氣化過程成中發生轉移,20%左右進入灰渣,其他大部分(約80%)轉到煤氣中并以H2S(占煤氣中總硫的90%以上)及少量的COS、有機硫等形態存在H2S由于含量最高,受到的關注較多,也是煤氣凈化研究的重點。給常溫氧化鐵脫硫劑產業帶來發展的契機。同時,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狀態的制備工藝配方、成型條件密切相關,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性的主要因素??账倥c硫容為反向關系,溫度、酸堿度、顆粒粒徑、脫硫劑含水量均存在一個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在因素,而空速、含水量、溫度、顆粒粒度、pH、進口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,因而應當將這兩類因素分別考察。脫硫劑的應用環境離不開一定的酸堿度支持。增大堿度有利于反應的進行,在工業應用結果中也可以看出脫硫劑工作循環過程中存在一定的堿耗。根據酸堿中和理論,堿性物質同H2S同樣可以反應達到脫除的目的,而在考察pH值對脫硫劑應用影響時,應綜合設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、進口H2S濃度5個工藝可變因素,進行了全面的考察試驗。

1、溫度的影響

我們通過熱力學計算得出隨溫度的升高,脫硫放熱反應向反應物方向,即正向進行的趨勢逐漸減弱?;钚栽u價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,當溫度在20℃左右時硫容Sw可達到12%,當升溫至80℃時只有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變化,最佳操作溫度為20℃左右,基本等于大部分地區的年平均溫度,大部分季節里不需要進行通高溫蒸汽,但東北地區脫硫槽體要采取保溫措施。

2、空速的影響

對于固定床反應器,空速Vsp(h-1,spaeeveloeity),指單位時間、單位體積的脫硫劑床層所處理的氣體體積。在等體積反應條件下,其倒數—空時在等容條件下物理意義是流體流過反應器時在床層中的平均停留時間。從而得出了空速與流量和脫硫劑裝填體積的關系:
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間短,進入床層的H2S分子來不及與活性氧化鐵反應即穿出;Vsp小則由于所需脫硫槽體積過大,占地面積大,相應的投資高。因此,選取適宜的Vsp是保證脫硫工藝既經濟又有效的必要條件。常溫脫硫劑的應用空速范圍大致為100~1000h-1。實驗室在脫硫活性評價裝置上考察常溫氧化鐵脫硫劑6種空速,6次循環的硫容情況進行。

脫硫劑的硫容隨循環次數的增多而減小,而對于每一次循環,總的趨勢是空速高硫容低,這是因為空速越高,H2S停留時間短,而反應轉化率主要取決于停留時間,反應越不充分,達到一定轉化率時床層工作區越長,必然導致硫容隨空速的增大而減小,至最大空速極限時,H2S來不及反應即穿過床層,工作區長度大于整個料層高度,硫容很小。另一方面由于高空速時每一次循環反應均不充分,空速越高,每一次循環的硫容逐漸降低,例如800h-1時,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,由于前一次硫容高,即反應進行充分,活性鐵被最大限度的轉化為Fe2S3或FeS,再生時產生的硫堵塞孔隙,使下一次硫容相對降低,從而再生次數減少??账賹τ诿摿騽眯Ч挠绊戇€由于帶出水分的不同而不同,將在下面說明??偟膩碇v應用范圍廣的脫硫劑應在各種空速下保證硫容大于10%,JNT-1型脫硫劑的實驗表征情況顯示這一點良好。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%,低空速下可達到60%,屬于脫硫劑市場前列水平。

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