一种煤气干法净化用高效脱硫剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种煤气干法净化的高效脱硫剂及其制备方法和应用。该脱硫剂以具有发达孔隙结构的活性炭为载体，分别浸渍氧自由基活化剂及弱碱性促进剂而成。该脱硫剂能够将硫化氢气体转化成单质硫并存储于活性炭的孔中。与现有技术相比，本发明专利技术具有极高的脱硫容量(穿透容量可达70‑130％)和脱硫精度(尾气中硫化氢浓度低于0.1ppm)。此外，该脱硫剂对有机硫具有较强的吸附性能。该吸附剂具有较高的着火点(>350℃)，较高的工作温度宽口(5‑80℃)，适应于大空速煤气的高精度脱硫。

An efficient desulfurizer for dry gas purification and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种煤气干法净化用高效脱硫剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及煤气净化领域，尤其是涉及一种煤气干法净化用高效脱硫剂及其制备方法和应用。
技术介绍
煤气是在焦炭生产中经煤干馏而产生的气态产物，是位于焦炭之下的第二大炼焦产品。煤气的主要成分包括氢气(55-60％)和甲烷(25-30％)，既可作为钢铁企业所需的二次能源，也可作为民用煤气。为实现煤气的回收利用，煤气的净化是其作为产品利用前必不可少的环节。煤气中的杂质主要包含焦油、苯、萘、氨气、硫化氢和羰基硫。其中，硫化氢是一种无色具有臭鸡蛋气味的有毒气体，它的存在会严重腐蚀设备、造成催化剂中毒、危害人体健康；而羰基硫的存在会影响人体健康，同时是造成环境污染和水体污染的因素之一。因此，脱硫工艺是煤气净化工艺中重要的步骤之一。目前，煤气的脱硫工艺主要包括湿法脱硫与干法脱硫。湿法脱硫根据不同的脱硫原理可分为湿式吸收法和湿式氧化法，其中湿式吸收法主要通过碱性液体对混合气中的含硫物达到选择性吸收的效果，常用的吸收剂包括氨水溶液、醇胺溶液和碳酸盐溶液，湿式吸收法脱硫工艺处理量大，但溶液再生的时候会释放含硫气体，这部分气体需要用其他方法进行处理。而湿式氧化法中通过催化剂的作用能够将吸收的含硫物氧化成单质硫，如塔-希法、FRC法，但催化剂往往受制于进口。然而，总体上而言，湿法脱硫存在脱硫精度低、设备腐蚀严重等问题，其应用受到限制。干法脱硫由于较高的脱硫精度，越来越受到人们的关注。此外，其应用设备的占地面积小、对设备腐蚀性小，具有较高的经济效益。目前，常用的干法脱硫剂包括铁系脱硫剂和锌系脱硫剂。铁系脱硫剂的活性物质为氧化铁，它可以将含硫物气体转化成硫化铁、硫化亚铁、单质硫，脱硫精度可达99％以上，但实际硫容较低，只有20-30％，且再生操作困难，失活的催化剂基本靠填埋的方式处理，严重危害了土壤资源。锌系催化剂的脱硫精度相对更高，但它的低硫容、高成本、难再生等因素限制了它的进一步应用。据研究表明，炭基催化剂由于丰富的表面化学与发达的孔隙结构，其对硫化氢的脱除能力普遍高于铁系或锌系脱硫剂，且尾气中硫化氢的浓度低于0.1ppm，对羰基硫的脱除也具有较高的活性，且可通过常规的水蒸气活化对材料进行再生，适合低浓度高精度的脱硫应用。但是一般情况下，炭基材料对氧气活化的能力较弱，且对含硫物的解离能力较差，因此其应用受到限制。归纳起来，现有的煤气脱硫技术主要包括湿法脱硫与干法脱硫，湿法脱硫虽然处理能力大，但由于脱硫精度低、设备腐蚀严重、吸收剂再生困难等因素限制了其实际应用。干法脱硫中，铁系催化剂和锌系催化剂脱硫精度较高，但硫容相对较低，且失活的催化剂处理困难。而炭基催化剂脱硫精度高、再生方便，适用于煤气中低浓度含硫物气体的脱除，但对氧气活化的能力较弱，且对含硫物的解离能力较差，往往表现出较差的脱硫性能。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种脱硫能力强、硫容高、成本低、工艺简单、可大规模生产的煤气干法净化用高效脱硫剂及其制备方法和应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本领域技术人员熟知，一般的活性炭虽然具有一定的孔隙结构，但由于无法促进硫化氢解离或氧气活化，几乎不表现出脱硫性能。常规的技术中，倾向于在活性炭上负载一些组分，并进行碳化扩孔得到一系列脱硫催化剂，使得该催化剂具有一定的脱硫性能，或者将前驱体碳化后，除去模板剂，制备载体。由此可见，碳化步骤是现有技术中提高脱硫性能不可或缺的手段。本专利技术中，专利技术人经过长期的摸索和实践，从工业界角度思考，认为碳化是一个非常苛刻的耗能过程，不利于批量化生产，工业上的产量往往都是吨级别的，碳化这个过程根本不可能在工业上广泛应用。于是，专利技术人想要在负载物中进行一些改进和尝试，试图将复杂的碳化步骤省去，具体技术方案如下：一种煤气干法净化用高效脱硫剂，该脱硫剂包括以下质量份组分：载体100份、氧自由基活化剂1-5份和弱碱性促进剂5-20份。优选地，该脱硫剂包括以下质量份组分：载体100份、氧自由基活化剂1-2份和弱碱性促进剂5-10份。进一步地，所述的载体包括活性炭，优选具有发达孔隙结构的木质柱状活性炭。进一步地，所述的载体的颗粒尺寸为进一步地，所述的载体的堆积密度为350-600kg/m3，真密度约为1000kg/m3，堆积密度过大会导致孔隙过小，脱硫性能变差，堆积密度过小会导致脱硫剂整体力学性能变差，无法在吸附床层中正常使用。进一步地，所述的氧自由基活化剂为含氮的化合物，包括乙二胺、聚乙烯亚胺、尿素或三聚氰胺中的一种或多种。进一步地，所述的弱碱性促进剂包括碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、碳酸钾或碳酸氢钾中的一种或多种。优选地，所述的弱碱性促进剂由氯化钠和碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾中的一种或多种组成。更优选地，所述的氯化钠与碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾中的一种或多种之间的质量比为1:9。一种如上所述的煤气干法净化用高效脱硫剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)按质量份，将氧自由基活化剂及弱碱性促进剂溶于溶剂中，配成溶液；(2)按质量份，将溶液浸渍载体，形成含负载的载体；(3)将含负载的载体初步干燥；(4)将初步干燥的产品进一步干燥，得到煤气干法净化用高效脱硫剂。进一步地，所述的溶剂包括水，所述的氧自由基活化剂、弱碱性促进剂和溶剂的质量比为(1-5):(5-20):(50-100)。进一步地，步骤(2)中所述的浸渍的时间为12-24h，步骤(3)中所述的初步干燥的温度是20-80℃，干燥时间为1-24h，步骤(4)中所述的进一步干燥的温度为100-200℃，时间为1-5h。一种如上所述的煤气干法净化用高效脱硫剂的应用，其特征在于，该脱硫剂应用于脱除含硫化氢和/或羰基硫的混合气体中的硫元素。进一步地，所述的混合气体中包括以下体积含量的气体：硫化氢100-1000ppm，羰基硫100-1000ppm，氧气0.1-2％，余量为氮气。一般情况下，硫化氢气体与氧气难以直接发生反应，而本专利技术的作用是促进煤气中的氧气活化成氧自由基(O*)以及促进H2S的解离成HS-离子，从而让氧自由基(O*)与HS-离之间的发生氧化反应，形成单质硫并储存在活性炭发达的孔内，并可通过热气再生的方式将硫升华带走。其脱除硫化氢的反应机制主要包括以下几个步骤：①气相中的少量水汽首先被炭表面吸附，在炭表面形成一层水膜(H2O(g)→H2O(l))；②气相中的硫化氢扩散并吸附进入炭材料纳米孔内，硫化氢在存在水膜的碱环境作用下解离生成硫氢根离子(H2S+H2O(l)→HS-+H3O+)；③氧气被炭纳米孔吸附，在表面化学的作用下活化成活性氧自由基(O2(g)→2O*)；④硫氢根离子与氧自由基发生氧化还原反应，形成原子硫(2HS-+O*→S(a)+H2O)；⑤原子硫在水膜中受布朗运动，不断迁移并聚集成单质硫，并在炭纳米孔内沉积成较大的硫簇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤气干法净化用高效脱硫剂，其特征在于，该脱硫剂包括以下质量份组分：载体100份、氧自由基活化剂1-5份和弱碱性促进剂5-20份。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤气干法净化用高效脱硫剂，其特征在于，该脱硫剂包括以下质量份组分：载体100份、氧自由基活化剂1-5份和弱碱性促进剂5-20份。


2.根据权利要求1所述的一种煤气干法净化用高效脱硫剂，其特征在于，所述的载体的堆积密度为350-600kg/m3。


3.根据权利要求1所述的一种煤气干法净化用高效脱硫剂，其特征在于，所述的载体为活性炭。


4.根据权利要求1所述的一种煤气干法净化用高效脱硫剂，其特征在于，所述的载体的颗粒尺寸为


5.根据权利要求1所述的一种煤气干法净化用高效脱硫剂，其特征在于，所述的氧自由基活化剂为含氮的化合物，包括乙二胺、聚乙烯亚胺、尿素或三聚氰胺中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的一种煤气干法净化用高效脱硫剂，其特征在于，所述的弱碱性促进剂包括碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、碳酸钾或碳酸氢钾中的一种或多种。


7.一种如权利要求1所述的煤气干法净化用高效脱硫剂的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙东辉，叶帆，张亚运，初豪杰，潘燕凯，杜卫兵，
申请(专利权)人：华东理工大学，上海同助化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31