CN107497283A - 一种大空速铁系脱硫剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于脱硫技术领域，具体涉及一种大空速铁系脱硫剂及其制备方法。本发明提供的脱硫剂，通过采用具有纳米微粒的小尺寸效应的活性氧化锌作为助剂，使得助剂充分发挥作用，当羟基氧化铁组分与硫化氢气体结合达到饱和而逸出硫化氢分子时，活性氧化锌能够及时与这些逸出的硫化氢反应，羟基氧化铁与活性氧化锌的这种相互配合形成了复合的活性中心，有效地提高了脱硫精度。同时，复合活性中心还有效地加快了脱硫剂与硫化氢分子的结合速度，使得脱硫剂的单位处理量增大。本发明的脱硫剂能够满足高空速的脱硫要求，且脱硫精度高，脱硫后的气体中硫化氢含量小于0.1ppm，室温下6000h‑1空速时的穿透硫容可达33％。

Description

一种大空速铁系脱硫剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于脱硫技术领域，具体涉及一种大空速铁系脱硫剂的制备方法及其应用。
背景技术
在众多工业领域如石油炼化、燃气生产、合成氨、污水处理等过程中均会产生硫化氢气体，硫化氢的存在不仅会对金属管线和设备造成严重的腐蚀，带来生产安全事故，还会造成催化剂中毒，增加催化剂的使用和再生成本。另外，这些硫化氢气体若排放至大气中，还会造成环境污染，并危害人类身体健康。所以，在生产过程中及时将硫化氢气体收集并分离是非常必要的。目前，普遍采用湿法脱硫和干法脱硫对气体中的硫化氢进行脱除。其中，干法脱硫又因其工艺简单，运行费用低的特点成为主要应用的技术。干法脱硫使用的脱硫剂可分为可再生脱硫剂和非可再生脱硫剂，可再生脱硫剂包括铁系脱硫剂、活性炭和分子筛，而非可再生脱硫剂主要为氧化锌。
铁系脱硫剂的脱硫机理如下，当H2S分子与脱硫剂颗粒表面接触时，会在氧化铁水合物表面的水膜中发生离解而生成HS-、S2-离子，接着生成的离子与水合氧化铁中的晶格氧OH-、O2-置换，从而生成Fe2S3·H2O。脱硫剂表层的硫化铁会与内层的氧化铁发生界面反应，使硫向脱硫剂内部扩散，这样表面的氧化铁就可以继续吸收H2S，达到持续的脱硫效果。然而传统铁系脱硫剂在达到饱和后会逸出硫化氢，脱硫精度有限。
为此，中国专利文献CN1704144A公开了一种常温氧化铁脱硫剂的制备方法，该技术将羰基氧化铁、助剂(包括氧化铜、氧化镍、氧化锌等)和成型剂混合后挤条，制备得到了净化度较高，硫容较大的干法脱硫剂，其中三种原料在脱硫剂中所占比例分别为80～95％、3～10％和2～10％，将此脱硫剂应用于干法脱硫在常温常压下脱除硫化氢，其脱硫精度有所提高，脱硫出口的硫含量仅为0.05×10-6。然而，羰基氧化铁在暴露于空气中时易发生自燃，若将其应用于实际的脱硫工业中，必将成为重大的安全隐患；另外，羰基氧化铁为配合物，其中的铁无法与硫化氢发生化学反应，结合不稳定；还有，由于羰基铁为Fe(CO)5或Fe2(CO)9，使得单位质量脱硫剂中活性铁中心较少；以上因素都将造成由羰基氧化铁制备得到的铁系脱硫剂脱硫效果较差。在脱硫运行过程中，当硫化氢分子与助剂氧化锌颗粒表面相遇时，会迅速反应生成硫化锌，从而在氧化锌颗粒表面形成一层致密的硫化锌硬膜，阻碍氧化锌颗粒内部与硫化氢的结合，使得脱硫剂中助剂无法达充分发挥脱硫功效，脱硫剂单位处理量较小，且材料被白白消耗。上述技术制得的脱硫剂适用的空速范围仅为800～1500h-1，若要在保证脱硫精度的同时提高脱硫速率，则需要增扩设备并增加脱硫剂的用量，这无疑又提高了脱硫的成本。
综上，如何提高助剂利用率，从而获得一种能够适用于高空速的，脱硫精度高的干法脱硫剂是目前本领域尚未解决的一个技术难题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的铁系脱硫剂用于提高脱硫精度的助剂利用率不高，使得脱硫剂不能适用于高空速气体脱硫的缺陷，从而提供一种可用于高空速条件下常温脱硫的高脱硫精度大空速铁系脱硫剂及其制备方法。
为此，本发明提供了一种大空速铁系脱硫剂及其制备方法，所述大空速铁系脱硫剂，以重量份计其原料组成为：
羟基氧化铁 60-90份；
活性氧化锌 5-30份；
粘结剂 10-40份。
优选的，所述大空速铁系脱硫剂，以重量份计其原料组成包括：
羟基氧化铁 80-90份；
活性氧化锌 10-20份；
粘结剂 25-35份。
所述羟基氧化铁的比表面积不小于300m2/g，粒度目数不小于80目。
所述活性氧化锌比表面积不小于50m2/g，粒径为10-100nm。
所述粘结剂为1wt％～10wt％的羧甲基纤维素钠溶液；
优选的，所述粘结剂为1wt％～5wt％的羧甲基纤维素钠溶液。
所述脱硫剂的颗粒的径向抗压碎力平均值不小于50N/cm。
一种制备所述大空速铁系脱硫剂的方法，包括如下步骤：
(1)将羟基氧化铁、活性氧化锌和粘结剂按照所述原料组成进行固液混捏；
(2)对步骤(1)中所得混合均匀的物料进行造粒并干燥，即得所述大空速铁系脱硫剂。
所述步骤(1)中还包括：将所述羟基氧化铁和所述活性氧化锌共同进行球磨处理4-6min，转速300～400转/min；
然后再将球磨后的混合物与所述粘结剂进行固液混捏。
所述步骤(1)中还包括：将所述羟基氧化铁、所述活性氧化锌和部分所述粘结剂共同进行球磨处理4-6min，转速300～400转/min；
然后再将球磨后的混合物与剩余部分粘结剂进行固液混捏。
所述干燥的温度为50-90℃，干燥时间为1-24h。
所述大空速铁系脱硫剂在脱除气体中的硫化氢中的应用。
所述气体的空速范围为3000-6000h-1。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的大空速铁系脱硫剂，采用具有纳米微粒的小尺寸效应的活性氧化锌作为助剂，能够充分发挥助剂的作用，当羟基氧化铁组分与硫化氢气体结合达到饱和而逸出硫化氢分子时，活性氧化锌能够及时与这些逸出的硫化氢反应，羟基氧化铁与活性氧化锌的这种相互配合形成了复合的活性中心，有效地提高了脱硫精度。同时，复合活性中心还有效地加快了脱硫剂与硫化氢分子的结合速度，使得脱硫剂的单位处理量增大。粘结剂的配比限定即保证脱硫剂活性中心充分暴露，同时还赋予了脱硫剂足够的强度使其能够承担高达6000h-1的空速。本发明的脱硫剂能够满足高空速的脱硫要求，且脱硫精度高，脱硫后的气体中硫化氢含量小于0.1ppm，室温下的穿透硫容即可达33％。
2.本发明提供的大空速铁系脱硫剂，通过采用比表面积不小于300m2/g的羟基氧化铁，可增大硫化氢分子与脱硫剂的有效接触面积，提高脱硫剂的单位结合效率。
3.本发明提供的大空速铁系脱硫剂的制备方法，通过将羟基氧化铁和活性氧化锌共同进行球磨处理，避免了活性氧化锌的团聚，使之均匀分散于脱硫剂颗粒中，达到羟基氧化铁与活性氧化锌充分接触的目的，使得从羟基氧化铁颗粒表面逸出的硫化氢能够通过最短的路径即与活性氧化锌接触，迅速被结合，避免硫化氢分子在脱硫剂中的反复被结合与被释放的无效循环过程，提高脱硫效率。
具体实施方式
以下通过具体实施例来说明本发明的实施方式，除非另外说明，本发明中所公开的实验方法均采用本技术领域常规技术。
下述实施例中所涉及的高比表面羟基氧化铁，可以通过对中国专利文献CN105800762中公开的方法进行改进而得到，具体步骤如下：
(1)称取钛白粉厂副产物并将其溶于水，配制得到摩尔浓度为1.7mol/L的硫酸亚铁溶液；
(2)向步骤(1)所述硫酸亚铁溶液中加入浓度为27wt％的硫酸，控制所述硫酸与硫酸亚铁的摩尔比为0.5:1，得到酸化的硫酸亚铁溶液，为下一步氧化提供一个酸性环境；
(3)在搅拌条件下，采用柱塞泵向步骤(2)所述酸化的硫酸亚铁溶液中加入浓度为30wt％的双氧水，所述柱塞泵的泵口伸到液面以下并控制所述双氧水和硫酸亚铁的摩尔比为0.75:1，控制加入速度为500mL/h，充分反应，使硫酸亚铁完全氧化为硫酸铁，得到硫酸铁溶液。
(4)向步骤(3)所述硫酸铁溶液中加入工业级碳酸氢铵，控制pH值为7，沉淀完全后进行陈化1小时，控制反应温度为30℃，之后经洗涤、50℃进行喷雾干燥5h，即得高比表面羟基氧化铁。
实施例1
本实施例提供的大空速铁系脱硫剂，其原料组成包括：高比表面羟基氧化铁60g、活性氧化锌30g、羧甲基纤维素钠的10wt％水溶液10g。
其由以下步骤制得：
(1)取高比表面羟基氧化铁80g、活性氧化锌20g、羧甲基纤维素钠的10wt％水溶液25g混合进行固液混捏。
(2)将步骤(1)所得混合物进行挤条造粒，然后在50℃下干燥1h，即得到大空速铁系脱硫剂。
所述脱硫剂的直径为4mm，经测定上述大空速铁系脱硫剂颗粒的径向抗压碎力平均值为51N/cm。
实施例2
本实施例提供的制备大空速铁系脱硫剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)取高比表面羟基氧化铁80g、活性氧化锌20g、羧甲基纤维素钠的10wt％水溶液25g混合进行固液混捏。
(2)将步骤(1)所得混合物进行挤条造粒，然后在90℃下干燥13h，即得到大空速铁系脱硫剂。
上述大空速铁系脱硫剂的直径为4mm，经测定上述大空速铁系脱硫剂颗粒的径向抗压碎力平均值为52N/cm。
实施例3
本实施例提供的制备大空速铁系脱硫剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)取5个球磨罐，在每个球磨罐中加入高比表面羟基氧化铁18g、活性氧化锌1g，然后开启球磨机进行球磨，转速300转/分钟，球磨4分钟，球磨完毕后静置沉降5分钟，而后将5个球磨罐中的混合物料取出。
(2)将上述取出的混合物料并在一起，然后加入羧甲基纤维素钠的5wt％水溶液40g混合进行固液混捏。
(3)将混捏得到的混合物进行挤条造粒，然后在60℃下干燥24h，即得到大空速铁系脱硫剂。
上述大空速铁系脱硫剂的直径为4mm，经测定上述大空速铁系脱硫剂颗粒的径向抗压碎力平均值为55N/cm。
实施例4
本实施例提供的制备大空速铁系脱硫剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)取5个球磨罐，在每个球磨罐中加入高比表面羟基氧化铁17g、活性氧化锌3g、羧甲基纤维素钠的8wt％水溶液3g，然后开启球磨机进行球磨，转速360转/分钟，球磨5分钟，而后将5个球磨罐中的混合物料取出。
(2)将上述取出的混合物料并在一起，然后加入羧甲基纤维素钠的8wt％水溶液20g混合进行固液混捏。
(3)将混捏得到的混合物进行挤条造粒，然后在50℃下干燥18h，即得到大空速铁系脱硫剂。
上述大空速铁系脱硫剂的直径为4mm，经测定上述大空速铁系脱硫剂颗粒的径向抗压碎力平均值为55N/cm。
实施例5
本实施例提供的制备大空速铁系脱硫剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)取4个球磨罐，在每个球磨罐中加入高比表面羟基氧化铁21g、活性氧化锌2.5g、羧甲基纤维素钠的8wt％水溶液7g，然后开启球磨机进行球磨，转速400转/分钟，球磨6分钟，而后将球磨罐中的混合物料取出。
(2)将上述取出的混合物料并在一起，然后加入羧甲基纤维素钠的8wt％水溶液20g混合进行固液混捏。
(3)将混捏得到的混合物进行挤条造粒，然后在90℃下干燥24h，即得到大空速铁系脱硫剂。
上述大空速铁系脱硫剂的直径为4mm，经测定上述大空速铁系脱硫剂颗粒的径向抗压碎力平均值为56N/cm。
对比例1
本对比例提供的铁系脱硫剂，其原料组成包括：高比表面羟基氧化铁60g、氧化锌30g、羧甲基纤维素钠的10wt％水溶液10g。
对比例2
本实施例提供的铁系脱硫剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)取4个球磨罐，在每个球磨罐中加入高比表面羟基氧化铁25g、活性氧化锌1g、羧甲基纤维素钠的8wt％水溶液10g，然后开启球磨机进行球磨，转速400转/分钟，球磨6分钟，而后将球磨罐中的混合物料取出。
(2)将上述取出的混合物料并在一起，然后加入羧甲基纤维素钠的8wt％水溶液20g混合进行固液混捏。
(3)将混捏得到的混合物进行挤条造粒，烘干后即得到大空速铁系脱硫剂。
对比例3
本实施例提供的铁系脱硫剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)取4个球磨罐，在每个球磨罐中加入羰基氧化铁21g、活性氧化锌2.5g、羧甲基纤维素钠的8wt％水溶液7g，然后开启球磨机进行球磨，转速400转/分钟，球磨6分钟，而后将球磨罐中的混合物料取出。
(2)将上述取出的混合物料并在一起，然后加入羧甲基纤维素钠的8wt％水溶液20g混合进行固液混捏。
(3)将混捏得到的混合物进行挤条造粒，烘干后即得到大空速铁系脱硫剂。
效果例1
本效果例比较了本发明制备的大空速铁系脱硫剂和对比例的脱硫剂的脱硫效果，具体步骤如下：
将上述各实施例和对比例中制得的脱硫剂各10g，在常温下用含硫化氢5000ppm的原料气进行接触反应，接触反应的条件为：含硫气体空速3000h-1。检测脱硫后气体中硫化氢的含量、穿透硫容，相应的测试结果如表1所示：
表1 3000h-1空速下脱硫效果评价
由上表可见，本发明实施例中制得的大空速铁系脱硫剂在3000h-1空速条件下对含硫气体脱硫精度高，穿透硫容高。
效果例2
将上述各实施例和对比例中制得的脱硫剂各10g，在常温下用含硫气体进行接触反应，接触反应的条件为：含硫气体空速4500h-1。检测脱硫后气体中硫化氢的含量、穿透硫容，相应的测试结果如表2所示：
表2 4500h-1空速下脱硫效果评价
由上表可见，本发明实施例中制得的大空速铁系脱硫剂在4500h-1空速条件下对含硫气体脱硫精度高，穿透硫容高。
效果例3
将上述各实施例和对比例中制得的脱硫剂各10g，在常温下用含硫气体进行接触反应，接触反应的条件为：含硫气体空速6000h-1。检测脱硫后气体中硫化氢的含量、穿透硫容，相应的测试结果如表3所示：
表3 6000h-1空速下脱硫效果评价
由上表可见，本发明实施例中制得的大空速铁系脱硫剂在6000h-1空速条件下对含硫气体脱硫精度高，穿透硫容高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种大空速铁系脱硫剂，其特征在于，以重量份计其原料组成包括：
羟基氧化铁 60-90份；
活性氧化锌 5-30份；
粘结剂 10-40份。
2.根据权利要求1所述的大空速铁系脱硫剂，其特征在于，以重量份计其原料组成包括：
羟基氧化铁 80-90份；
活性氧化锌 10-20份；
粘结剂 25-35份。
3.根据权利要求1或2所述的大空速铁系脱硫剂，其特征在于，所述羟基氧化铁的比表面积不小于300m2/g，粒度目数不小于80目。
4.根据权利要求1-3任一项所述的大空速铁系脱硫剂，其特征在于，所述活性氧化锌比表面积不小于50m2/g，粒径为10-100nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的大空速铁系脱硫剂，其特征在于，所述粘结剂为1wt％～10wt％的羧甲基纤维素钠溶液；
优选的，所述粘结剂为1wt％～5wt％的羧甲基纤维素钠溶液。
6.根据权利要求1-5任一项所述的大空速铁系脱硫剂，其特征在于，所述脱硫剂的颗粒的径向抗压碎力平均值不小于50N/cm。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述的大空速铁系脱硫剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将羟基氧化铁、活性氧化锌和粘结剂按照所述原料组成进行固液混捏；
(2)对步骤(1)中所得混合均匀的物料进行造粒并干燥，即得所述大空速铁系脱硫剂。
8.根据权利要求7所述的大空速铁系脱硫剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中还包括：将所述羟基氧化铁和所述活性氧化锌共同进行球磨处理4-6min，转速300～400转/min；
然后再将球磨后的混合物与所述粘结剂进行固液混捏。
9.根据权利要求7所述的大空速铁系脱硫剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中还包括：将所述羟基氧化铁、所述活性氧化锌和部分所述粘结剂共同进行球磨处理4-6min，转速300～400转/min；
然后再将球磨后的混合物与剩余部分粘结剂进行固液混捏。
10.根据权利要求7-9任一项所述的大空速铁系脱硫剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为50-90℃，干燥时间为1-24h。
11.权利要求1-6所述的大空速铁系脱硫剂在脱除气体中的硫化氢中的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述气体的空速范围为3000-6000h-1。
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