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四川省江油市龍光凈化有限公司


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ZDE-01 活性碳脫硫劑 江油市龍光脫硫凈化有限公司

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產品簡介

詳細介紹

活性炭脫硫劑是zui早使用的干法脫硫劑之一,至今已有70多年的使用歷史.早先的活性炭脫硫技術設備龐大,再生和硫回收過程較復雜,操作煩鎖.在20世紀50年代逐漸被濕法所取代.近年來由于再生方法得以改進和簡化,又開發了精脫硫用的活性炭脫硫劑和常溫精脫硫技術,有不少中、小型合成氨廠、尿素廠、聯醇生產廠利用活性炭脫硫劑干法脫除原料氣中的    及部分有機硫.此法具有硫容大,適應性強,操作溫度低,并可再生反復使用且能回收硫磺等優點,而且活性炭脫硫劑的價格比較便宜.但活性炭脫硫劑*于有氧的情況,無氧時吸硫能力很低.就耐水性而言,活性炭脫硫劑優于氧化鐵脫硫劑.

脫硫機理
活性炭脫硫機理是利用活性炭表面活性基團的催化作用加速氣體中的H2S和O2發生下述反應:
2H2S+ O2   →2H2O+2S   ΔH= -434.3kJ/mol
H2S與O2在活性炭表面的反應實際上分兩步進行,首先是活性炭表面吸附氧,形成活性中心的表面氧化物,然后氣體中的H2S分子與化學吸附的氧發生反應,生成的硫磺沉積在活性炭發灰的微孔中.為了加速反應的進行,提高脫硫效果,實際O2/H2S之比需大于理論值0.5,其比值以大于3為好.
活性炭脫硫劑可能過浸漬法引入活性金屬如銅、堿金屬劃堿土金屬等,以改性提高其催化活性.
脫硫劑的性能
普通粗脫硫用活性炭脫硫劑性能見表5-22,常用精脫硫活性炭脫硫劑性能見表5-23.
          表5-22   普通粗脫硫用活性炭脫硫劑性能

型號
RS-1
RS-2
RS-3
新華5#
TA-1
TA-2
BRS-2
防凈2#
規格/mm
Φ3.5
Φ3~3.2
Φ3~4
Φ3~10
Φ2.5
~5.5
Φ2.5
~5.5
Φ2~6
Φ0.8
~2.4
堆密度/kg/L
0.6~0.7
0.5~0.7
0.4~0.45
0.45~0.55
0.55
0.50
0.50
0.22
比表面積/ m2/g
150
900
 
 
>250
 
900
1300
總孔容/mL/g
0.4~0.5
0.6~0.7
0.65~0.75
0.75~0.85
0.32~0.6
0.6~0.75
0.6~0.75
1.02
水分/%
<5
<5
<5
<5
 
 
 
 
磨耗率/mL/g
<10
<10
<10
<10
<10
<10
<10
 
飽和硫容/mL/g
>550
900
1050
450
>600
>800
>850
 
H2S脫除率/%
 
 
 
 
>90
>95
>95
98

表5-23    常用精脫硫用活性炭脫硫劑性能

型號
KC-1
KC-2
KT-3/2
T101
T102
EAC-6
SN-3
FZX
EAC-4
外觀
黑,無定性
黑,顆粒
黑,無定性
黑條
 
 
黑條
 
 
外形/mm
Φ3~6
Φ3×2~5
Φ2.4~4.7
Φ3×5~15
 
Φ3.5×5~15
Φ4×5~10
Φ3.5×5~15
Φ3.5×5~15
堆密度/kg/L
0.5~0.6
0.5~0.6
0.5~0.6
0.6~0.8
0.5~0.7
0.5~0.6
0.6
0.5~0.7
0.5~0.7
比表面積/ m2/g
900~1000
900~1000
700~800
 
 
>800
>500
>800
>600
孔容/mL/g
0.5~0.6
0.5~0.6
0.5~0.6
 
 
0.55~0.70
0.3~0.4
0.55~0.65
0.55~0.65
磨耗/%
<3
<5
<3
 
 
 
<3
 
 
側壓強度/N/cn
 
 
 
 
≥50
≥50
 
50
≥50
使用壓力/MPa
不限
不限
0.1~2
0.1~8
0.1~7
 
0.1~4
 
 
使用溫度/℃
20~50
20~50
30~60
10~60
10~80
60
>40
5~60
 
空速/ h-1
1000~2000
1000~2000
500~1000
1000~2000
800~2000
 
150~400
 
 
高徑比
>3
>3
>4
1~3
1~3
 
>4
 
 
水汽/%
飽和
飽和
干氣
飽和
飽和
 
0.3~0.4
 
 
入口硫濃度/µg/g
1~200
1~200
7~70
 
 
 
2~7COS
 
 
出口硫濃度/µg/g
<0.1
<0.1
<0.1
<0.03
0.03
 
3COS
0.3
 
穿透硫容/%
≥30
>25
6~8
≥19
>36
RSH≥8
RSSH≥4
2
CS>2.5
COS>2
H2S>12
SO2>12
H2S>14

①皆為原粒度
用活性炭直接脫除H2S,其工作硫容一般在20%左右, H2S的脫除率可在90%~95%.常用于脫除H2S精度要求不高的工況,如中、小型氨肥廠用于天然氣、半水煤氣濕法脫硫后的進一步精脫硫.一般多采用新華5#,RS-2脫硫劑.
美國以天然氣為原料制氨時,早期天然氣含硫低,一般采用改性活性炭脫硫.美國UCI公司改性活性炭脫硫劑見表5-24,國外尚有英國的Cuprox型活性炭浸漬銅脫硫劑、日本4GCX及4GRT活性炭脫硫劑.
      表5-24 美國UCI公司改活性炭脫硫劑

型號
C8-1
C8-6
C8-7
G32C
G32E
G32J
G32W
浸漬組分
3%Cu
8%CuO
12%CuO
金屬
Fe2O3
6.6%CuO
6%Cu,
3.4%Cr
顆粒尺寸/目
6×10
12×30
4×10
12×30
4×10
12×30
8×30
Φ4~6球
8×30
Φ4~6球
4×8
8×30
4×10
12×30
堆密度/kg/L
0.48~0.64
0.53~0.62
0.56~0.66
 
0.53~0.56
0.56~0.61
0.51~0.56
比表面積/ m2/g
 
900~1000
800~900
800
800~900
900
600~800
孔容/mL/g
 
0.24
0.22
0.67
0.67
0.6
0.45
使用壓力/MPa
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~3.0
 
0.1
使用溫度/℃
15~50
15~50
15~50
15~50
<50
<50
<50
出口硫濃度/µg/g
0.5
0.5
0.1
 
0.2
0.2
0.2
處理量/ m3/ m3
105
2×105
2.6×105
 
105
2×105
2×105

 
活性炭粗脫硫劑可以處理較高含量的硫,但出口氣仍含20~30µg/g的硫.使用空速低,裝填量大,再生頻繁.如某小型氨廠在常壓、33℃、195 h-1的操作條件下凈化硫H2S含量為1.72 g/m3的半水煤氣,硫可脫至54mg/m3.每噸氨耗活性炭0.63kg,氨0.25kg,蒸氣62kg,再生周期為26天.
T101型、T102型、T103型活性炭精脫硫劑其硫容為活性炭粗脫硫劑的4~6倍.T103型為食品級二氧化碳精脫硫劑,對有機硫也有一定的硫容,可在60~80℃使用.
計算表明在30℃下, H2S在活性炭脫硫劑上氧化的平衡常數比在氧化鋅脫硫劑上的脫硫反應平衡常數要大得多,而從表5-25可知其H2S的平衡濃度卻要低10-17左右.T101型活性炭脫硫劑的動力學特征也證實了這一點.從表5-26可以明顯地看到,代表工業生產時有內擴散情況的活性炭精脫硫劑原粒度的工作硫容比氧化鋅脫硫劑的高出3倍,其穿透空速高出2倍.T101型脫硫劑的硫容和精度優于常溫氧化鋅,但其價格僅為后者的1/4.
     表5-25氧化鋅與活性炭脫硫反應在典型條件下的H2S平衡

H2O含量/%
0.04
0.40
4.00
脫硫劑
氧化鋅
活性炭
氧化鋅
活性炭
氧化鋅
活性炭
 
氧含量/%
0.001
2.34×10-14
6.83×10-31
2.34×10-13
6.83×10-30
2.34×10-12
6.83×10-29
0.01
 
2.16×10-31
 
2.16×10-30
 
2.16×10-29
0.10
 
6.83×10-32
 
6.83×10-31
 
6.83×10-30
0.5
 
3.06×10-32
 
3.06×10-31
 
3.06×10-30

注:表中數據均為體積分數,50℃.
 
表5-26  常溫氧化鋅和活性炭脫硫劑的脫硫精度和穿透空速的比較

空速/ h-1
出口H2S含量/ mgS/m3
A
EAC活性炭
1000
0.025
0.013
2000
0.017
0.017
4000
0.026
0.026
6000
0.056
0.016
8000
0.300
0.028
12000
 
0.084

注:1、A為國內某常溫氧化鋅的*產品.
  2、實驗條件:原料度30mL,高徑比1.3,18℃水飽和,反應溫度60℃,進口濃度約30mgS/m3
  3、檢測儀器為WLSP-852型微量硫色譜分析儀,檢出低限0.01 mgS/m3
EZX轉化吸收型多功能脫硫劑脫H2S的同時,吸收COS、CS2,其脫除H2S、COS、CS2的精度均可小于0.03 mg/m3,總硫含量小于0.1mg/m3,EZX型在5~60℃下即可對CS2實現轉化吸收并脫除凈化,此外它對噻吩、硫醇、硫醚等有機硫也有一定的脫除作用.適用于總硫含量COS+ CS2<2 mgS/m3 , H2S<5mgS/m3不高的工藝氣.EAC-6型則能在常溫下脫硫醇和硫醚,特別適用于天然氣中的精脫硫.EAC-4型脫H2S的同時也具有較高的脫SO2 <0.05mgS/m3 的硫容.
制備方法
活性炭脫硫劑有兩種:一種是用于粗脫硫的普通活性炭脫硫劑,還有一種是用于精脫硫的改性活性炭脫硫劑.前者常以煤為原料,以焦油為膠粘劑擠條成型后經炭化處理,再用水蒸氣活化,經篩分后制成.后者常選用已成型的活性炭,用活性炭金屬鹽容液等浸漬后,再經干燥、焙燒和過篩后制得.如在活性炭上涂漬上乙醇胺等可以使活性炭得以改性,能脫除大部分的有機硫醚.常規活性炭脫硫劑制備工藝見圖5-12
 
 
使用問題
1使用注意事項     在5~60℃溫度范圍內活性炭脫硫劑的較好的脫硫效率.高于60℃,由于活性炭表在吸附硫化物的能力變弱,故其脫硫效果有所下降.活性炭脫硫劑在干燥的氣體中脫硫效果差,要求被凈化氣體的相對濕度為70%~100%,必要時應適當補充水分.由于活性炭精脫硫劑在制備過程中已適當添加了某些能大大加快脫硫反應的活性組分,因此使用時不需要像活性炭粗脫硫劑那在原料中加入氨.
      由于活性炭*的比表面積和微孔結構特點,它能吸附高沸點的有機硫化合物,但對COS、CS2低沸點的有機硫化物吸附量很小,而EZX轉化收型多功能精脫硫劑除外.精脫硫劑一般使用壽命可達1~3年不需要再生.但精脫硫劑會因吸附氣體中煤焦油而堵塞孔道影響硫容,還會因氣體中不飽和和烴與之發生聚合反應生成大分子量的聚合物覆蓋表面而降低硫容.因此在精脫硫工段前應預先除去原料中含量較高的煤焦油.
      2TL-4、JT1-6常溫精脫硫工藝JT1-4常溫精脫硫工藝,以T102型特種活性炭脫硫劑(T703或特種氧化鐵脫硫劑)串聯E2X精脫硫劑組成。該工藝可以10~60℃范圍內,甚至在常溫下實現精脫硫,并同時脫除CS2。由于EZX精脫硫劑對COS、CS2的精脫硫容較低,為2%~3%,故此工藝一般適用于低有機硫含量的工藝氣中,它可將H2S、COS、CS2總硫含量脫至0.1mL/m3。活性炭脫硫劑是zui早使用的干法脫硫劑之一,至今已有70多年的使用歷史.早先的活性炭脫硫技術設備龐大,再生和硫回收過程較復雜,操作煩鎖.在20世紀50年代逐漸被濕法所取代.近年來由于再生方法得以改進和簡化,又開發了精脫硫用的活性炭脫硫劑和常溫精脫硫技術,有不少中、小型合成氨廠、尿素廠、聯醇生產廠利用活性炭脫硫劑干法脫除原料氣中的    及部分有機硫.此法具有硫容大,適應性強,操作溫度低,并可再生反復使用且能回收硫磺等優點,而且活性炭脫硫劑的價格比較便宜.但活性炭脫硫劑*于有氧的情況,無氧時吸硫能力很低.就耐水性而言,活性炭脫硫劑優于氧化鐵脫硫劑.
脫硫機理
活性炭脫硫機理是利用活性炭表面活性基團的催化作用加速氣體中的H2S和O2發生下述反應:
2H2S+ O2   →2H2O+2S   ΔH= -434.3kJ/mol
H2S與O2在活性炭表面的反應實際上分兩步進行,首先是活性炭表面吸附氧,形成活性中心的表面氧化物,然后氣體中的H2S分子與化學吸附的氧發生反應,生成的硫磺沉積在活性炭發灰的微孔中.為了加速反應的進行,提高脫硫效果,實際O2/H2S之比需大于理論值0.5,其比值以大于3為好.
活性炭脫硫劑可能過浸漬法引入活性金屬如銅、堿金屬劃堿土金屬等,以改性提高其催化活性.
脫硫劑的性能
普通粗脫硫用活性炭脫硫劑性能見表5-22,常用精脫硫活性炭脫硫劑性能見表5-23.
          表5-22   普通粗脫硫用活性炭脫硫劑性能

型號
RS-1
RS-2
RS-3
新華5#
TA-1
TA-2
BRS-2
防凈2#
規格/mm
Φ3.5
Φ3~3.2
Φ3~4
Φ3~10
Φ2.5
~5.5
Φ2.5
~5.5
Φ2~6
Φ0.8
~2.4
堆密度/kg/L
0.6~0.7
0.5~0.7
0.4~0.45
0.45~0.55
0.55
0.50
0.50
0.22
比表面積/ m2/g
150
900
 
 
>250
 
900
1300
總孔容/mL/g
0.4~0.5
0.6~0.7
0.65~0.75
0.75~0.85
0.32~0.6
0.6~0.75
0.6~0.75
1.02
水分/%
<5
<5
<5
<5
 
 
 
 
磨耗率/mL/g
<10
<10
<10
<10
<10
<10
<10
 
飽和硫容/mL/g
>550
900
1050
450
>600
>800
>850
 
H2S脫除率/%
 
 
 
 
>90
>95
>95
98

表5-23    常用精脫硫用活性炭脫硫劑性能

型號
KC-1
KC-2
KT-3/2
T101
T102
EAC-6
SN-3
FZX
EAC-4
外觀
黑,無定性
黑,顆粒
黑,無定性
黑條
 
 
黑條
 
 
外形/mm
Φ3~6
Φ3×2~5
Φ2.4~4.7
Φ3×5~15
 
Φ3.5×5~15
Φ4×5~10
Φ3.5×5~15
Φ3.5×5~15
堆密度/kg/L
0.5~0.6
0.5~0.6
0.5~0.6
0.6~0.8
0.5~0.7
0.5~0.6
0.6
0.5~0.7
0.5~0.7
比表面積/ m2/g
900~1000
900~1000
700~800
 
 
>800
>500
>800
>600
孔容/mL/g
0.5~0.6
0.5~0.6
0.5~0.6
 
 
0.55~0.70
0.3~0.4
0.55~0.65
0.55~0.65
磨耗/%
<3
<5
<3
 
 
 
<3
 
 
側壓強度/N/cn
 
 
 
 
≥50
≥50
 
50
≥50
使用壓力/MPa
不限
不限
0.1~2
0.1~8
0.1~7
 
0.1~4
 
 
使用溫度/℃
20~50
20~50
30~60
10~60
10~80
60
>40
5~60
 
空速/ h-1
1000~2000
1000~2000
500~1000
1000~2000
800~2000
 
150~400
 
 
高徑比
>3
>3
>4
1~3
1~3
 
>4
 
 
水汽/%
飽和
飽和
干氣
飽和
飽和
 
0.3~0.4
 
 
入口硫濃度/µg/g
1~200
1~200
7~70
 
 
 
2~7COS
 
 
出口硫濃度/µg/g
<0.1
<0.1
<0.1
<0.03
0.03
 
3COS
0.3
 
穿透硫容/%
≥30
>25
6~8
≥19
>36
RSH≥8
RSSH≥4
2
CS>2.5
COS>2
H2S>12
SO2>12
H2S>14

①皆為原粒度
用活性炭直接脫除H2S,其工作硫容一般在20%左右, H2S的脫除率可在90%~95%.常用于脫除H2S精度要求不高的工況,如中、小型氨肥廠用于天然氣、半水煤氣濕法脫硫后的進一步精脫硫.一般多采用新華5#,RS-2脫硫劑.
美國以天然氣為原料制氨時,早期天然氣含硫低,一般采用改性活性炭脫硫.美國UCI公司改性活性炭脫硫劑見表5-24,國外尚有英國的Cuprox型活性炭浸漬銅脫硫劑、日本4GCX及4GRT活性炭脫硫劑.
      表5-24 美國UCI公司改活性炭脫硫劑

型號
C8-1
C8-6
C8-7
G32C
G32E
G32J
G32W
浸漬組分
3%Cu
8%CuO
12%CuO
金屬
Fe2O3
6.6%CuO
6%Cu,
3.4%Cr
顆粒尺寸/目
6×10
12×30
4×10
12×30
4×10
12×30
8×30
Φ4~6球
8×30
Φ4~6球
4×8
8×30
4×10
12×30
堆密度/kg/L
0.48~0.64
0.53~0.62
0.56~0.66
 
0.53~0.56
0.56~0.61
0.51~0.56
比表面積/ m2/g
 
900~1000
800~900
800
800~900
900
600~800
孔容/mL/g
 
0.24
0.22
0.67
0.67
0.6
0.45
使用壓力/MPa
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~3.0
 
0.1
使用溫度/℃
15~50
15~50
15~50
15~50
<50
<50
<50
出口硫濃度/µg/g
0.5
0.5
0.1
 
0.2
0.2
0.2
處理量/ m3/ m3
105
2×105
2.6×105
 
105
2×105
2×105

 
活性炭粗脫硫劑可以處理較高含量的硫,但出口氣仍含20~30µg/g的硫.使用空速低,裝填量大,再生頻繁.如某小型氨廠在常壓、33℃、195 h-1的操作條件下凈化硫H2S含量為1.72 g/m3的半水煤氣,硫可脫至54mg/m3.每噸氨耗活性炭0.63kg,氨0.25kg,蒸氣62kg,再生周期為26天.
T101型、T102型、T103型活性炭精脫硫劑其硫容為活性炭粗脫硫劑的4~6倍.T103型為食品級二氧化碳精脫硫劑,對有機硫也有一定的硫容,可在60~80℃使用.
計算表明在30℃下, H2S在活性炭脫硫劑上氧化的平衡常數比在氧化鋅脫硫劑上的脫硫反應平衡常數要大得多,而從表5-25可知其H2S的平衡濃度卻要低10-17左右.T101型活性炭脫硫劑的動力學特征也證實了這一點.從表5-26可以明顯地看到,代表工業生產時有內擴散情況的活性炭精脫硫劑原粒度的工作硫容比氧化鋅脫硫劑的高出3倍,其穿透空速高出2倍.T101型脫硫劑的硫容和精度優于常溫氧化鋅,但其價格僅為后者的1/4.
     表5-25氧化鋅與活性炭脫硫反應在典型條件下的H2S平衡

H2O含量/%
0.04
0.40
4.00
脫硫劑
氧化鋅
活性炭
氧化鋅
活性炭
氧化鋅
活性炭
 
氧含量/%
0.001
2.34×10-14
6.83×10-31
2.34×10-13
6.83×10-30
2.34×10-12
6.83×10-29
0.01
 
2.16×10-31
 
2.16×10-30
 
2.16×10-29
0.10
 
6.83×10-32
 
6.83×10-31
 
6.83×10-30
0.5
 
3.06×10-32
 
3.06×10-31
 
3.06×10-30

注:表中數據均為體積分數,50℃.
 
表5-26  常溫氧化鋅和活性炭脫硫劑的脫硫精度和穿透空速的比較

空速/ h-1
出口H2S含量/ mgS/m3
A
EAC活性炭
1000
0.025
0.013
2000
0.017
0.017
4000
0.026
0.026
6000
0.056
0.016
8000
0.300
0.028
12000
 
0.084

注:1、A為國內某常溫氧化鋅的*產品.
  2、實驗條件:原料度30mL,高徑比1.3,18℃水飽和,反應溫度60℃,進口濃度約30mgS/m3
  3、檢測儀器為WLSP-852型微量硫色譜分析儀,檢出低限0.01 mgS/m3
EZX轉化吸收型多功能脫硫劑脫H2S的同時,吸收COS、CS2,其脫除H2S、COS、CS2的精度均可小于0.03 mg/m3,總硫含量小于0.1mg/m3,EZX型在5~60℃下即可對CS2實現轉化吸收并脫除凈化,此外它對噻吩、硫醇、硫醚等有機硫也有一定的脫除作用.適用于總硫含量COS+ CS2<2 mgS/m3 , H2S<5mgS/m3不高的工藝氣.EAC-6型則能在常溫下脫硫醇和硫醚,特別適用于天然氣中的精脫硫.EAC-4型脫H2S的同時也具有較高的脫SO2 <0.05mgS/m3 的硫容.
制備方法
活性炭脫硫劑有兩種:一種是用于粗脫硫的普通活性炭脫硫劑,還有一種是用于精脫硫的改性活性炭脫硫劑.前者常以煤為原料,以焦油為膠粘劑擠條成型后經炭化處理,再用水蒸氣活化,經篩分后制成.后者常選用已成型的活性炭,用活性炭金屬鹽容液等浸漬后,再經干燥、焙燒和過篩后制得.如在活性炭上涂漬上乙醇胺等可以使活性炭得以改性,能脫除大部分的有機硫醚.常規活性炭脫硫劑制備工藝見圖5-12
 
 
使用問題
1使用注意事項     在5~60℃溫度范圍內活性炭脫硫劑的較好的脫硫效率.高于60℃,由于活性炭表在吸附硫化物的能力變弱,故其脫硫效果有所下降.活性炭脫硫劑在干燥的氣體中脫硫效果差,要求被凈化氣體的相對濕度為70%~100%,必要時應適當補充水分.由于活性炭精脫硫劑在制備過程中已適當添加了某些能大大加快脫硫反應的活性組分,因此使用時不需要像活性炭粗脫硫劑那在原料中加入氨.
      由于活性炭*的比表面積和微孔結構特點,它能吸附高沸點的有機硫化合物,但對COS、CS2低沸點的有機硫化物吸附量很小,而EZX轉化收型多功能精脫硫劑除外.精脫硫劑一般使用壽命可達1~3年不需要再生.但精脫硫劑會因吸附氣體中煤焦油而堵塞孔道影響硫容,還會因氣體中不飽和和烴與之發生聚合反應生成大分子量的聚合物覆蓋表面而降低硫容.因此在精脫硫工段前應預先除去原料中含量較高的煤焦油.
      2TL-4、JT1-6常溫精脫硫工藝JT1-4常溫精脫硫工藝,以T10, 2型特種活性炭脫硫劑(T703或特種氧化鐵脫硫劑)串聯E2X精脫硫劑組成。該工藝可以10~60℃范圍內,甚至在常溫下實現精脫硫,并同時脫除CS2。由于EZX精脫硫劑對COS、CS2的精脫硫容較低,為2%~3%,故此工藝一般適用于低有機硫含量的工藝氣中,它可將H2S、COS、CS2總硫含量脫至0.1mL/m3。活性炭脫硫劑是zui早使用的干法脫硫劑之一,至今已有70多年的使用歷史.早先的活性炭脫硫技術設備龐大,再生和硫回收過程較復雜,操作煩鎖.在20世紀50年代逐漸被濕法所取代.近年來由于再生方法得以改進和簡化,又開發了精脫硫用的活性炭脫硫劑和常溫精脫硫技術,有不少中、小型合成氨廠、尿素廠、聯醇生產廠利用活性炭脫硫劑干法脫除原料氣中的    及部分有機硫.此法具有硫容大,適應性強,操作溫度低,并可再生反復使用且能回收硫磺等優點,而且活性炭脫硫劑的價格比較便宜.但活性炭脫硫劑*于有氧的情況,無氧時吸硫能力很低.就耐水性而言,活性炭脫硫劑優于氧化鐵脫硫劑.
脫硫機理
活性炭脫硫機理是利用活性炭表面活性基團的催化作用加速氣體中的H2S和O2發生下述反應:
2H2S+ O2   →2H2O+2S   ΔH= -434.3kJ/mol
H2S與O2在活性炭表面的反應實際上分兩步進行,首先是活性炭表面吸附氧,形成活性中心的表面氧化物,然后氣體中的H2S分子與化學吸附的氧發生反應,生成的硫磺沉積在活性炭發灰的微孔中.為了加速反應的進行,提高脫硫效果,實際O2/H2S之比需大于理論值0.5,其比值以大于3為好.
活性炭脫硫劑可能過浸漬法引入活性金屬如銅、堿金屬劃堿土金屬等,以改性提高其催化活性.
脫硫劑的性能
普通粗脫硫用活性炭脫硫劑性能見表5-22,常用精脫硫活性炭脫硫劑性能見表5-23.
          表5-22   普通粗脫硫用活性炭脫硫劑性能

型號
RS-1
RS-2
RS-3
新華5#
TA-1
TA-2
BRS-2
防凈2#
規格/mm
Φ3.5
Φ3~3.2
Φ3~4
Φ3~10
Φ2.5
~5.5
Φ2.5
~5.5
Φ2~6
Φ0.8
~2.4
堆密度/kg/L
0.6~0.7
0.5~0.7
0.4~0.45
0.45~0.55
0.55
0.50
0.50
0.22
比表面積/ m2/g
150
900
 
 
>250
 
900
1300
總孔容/mL/g
0.4~0.5
0.6~0.7
0.65~0.75
0.75~0.85
0.32~0.6
0.6~0.75
0.6~0.75
1.02
水分/%
<5
<5
<5
<5
 
 
 
 
磨耗率/mL/g
<10
<10
<10
<10
<10
<10
<10
 
飽和硫容/mL/g
>550
900
1050
450
>600
>800
>850
 
H2S脫除率/%
 
 
 
 
>90
>95
>95
98

表5-23    常用精脫硫用活性炭脫硫劑性能

型號
KC-1
KC-2
KT-3/2
T101
T102
EAC-6
SN-3
FZX
EAC-4
外觀
黑,無定性
黑,顆粒
黑,無定性
黑條
 
 
黑條
 
 
外形/mm
Φ3~6
Φ3×2~5
Φ2.4~4.7
Φ3×5~15
 
Φ3.5×5~15
Φ4×5~10
Φ3.5×5~15
Φ3.5×5~15
堆密度/kg/L
0.5~0.6
0.5~0.6
0.5~0.6
0.6~0.8
0.5~0.7
0.5~0.6
0.6
0.5~0.7
0.5~0.7
比表面積/ m2/g
900~1000
900~1000
700~800
 
 
>800
>500
>800
>600
孔容/mL/g
0.5~0.6
0.5~0.6
0.5~0.6
 
 
0.55~0.70
0.3~0.4
0.55~0.65
0.55~0.65
磨耗/%
<3
<5
<3
 
 
 
<3
 
 
側壓強度/N/cn
 
 
 
 
≥50
≥50
 
50
≥50
使用壓力/MPa
不限
不限
0.1~2
0.1~8
0.1~7
 
0.1~4
 
 
使用溫度/℃
20~50
20~50
30~60
10~60
10~80
60
>40
5~60
 
空速/ h-1
1000~2000
1000~2000
500~1000
1000~2000
800~2000
 
150~400
 
 
高徑比
>3
>3
>4
1~3
1~3
 
>4
 
 
水汽/%
飽和
飽和
干氣
飽和
飽和
 
0.3~0.4
 
 
入口硫濃度/µg/g
1~200
1~200
7~70
 
 
 
2~7COS
 
 
出口硫濃度/µg/g
<0.1
<0.1
<0.1
<0.03
0.03
 
3COS
0.3
 
穿透硫容/%
≥30
>25
6~8
≥19
>36
RSH≥8
RSSH≥4
2
CS>2.5
COS>2
H2S>12
SO2>12
H2S>14

①皆為原粒度
用活性炭直接脫除H2S,其工作硫容一般在20%左右, H2S的脫除率可在90%~95%.常用于脫除H2S精度要求不高的工況,如中、小型氨肥廠用于天然氣、半水煤氣濕法脫硫后的進一步精脫硫.一般多采用新華5#,RS-2脫硫劑.
美國以天然氣為原料制氨時,早期天然氣含硫低,一般采用改性活性炭脫硫.美國UCI公司改性活性炭脫硫劑見表5-24,國外尚有英國的Cuprox型活性炭浸漬銅脫硫劑、日本4GCX及4GRT活性炭脫硫劑.
      表5-24 美國UCI公司改活性炭脫硫劑

型號
C8-1
C8-6
C8-7
G32C
G32E
G32J
G32W
浸漬組分
3%Cu
8%CuO
12%CuO
金屬
Fe2O3
6.6%CuO
6%Cu,
3.4%Cr
顆粒尺寸/目
6×10
12×30
4×10
12×30
4×10
12×30
8×30
Φ4~6球
8×30
Φ4~6球
4×8
8×30
4×10
12×30
堆密度/kg/L
0.48~0.64
0.53~0.62
0.56~0.66
 
0.53~0.56
0.56~0.61
0.51~0.56
比表面積/ m2/g
 
900~1000
800~900
800
800~900
900
600~800
孔容/mL/g
 
0.24
0.22
0.67
0.67
0.6
0.45
使用壓力/MPa
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~4.5
0.1~3.0
 
0.1
使用溫度/℃
15~50
15~50
15~50
15~50
<50
<50
<50
出口硫濃度/µg/g
0.5
0.5
0.1
 
0.2
0.2
0.2
處理量/ m3/ m3
105
2×105
2.6×105
 
105
2×105
2×105

 
活性炭粗脫硫劑可以處理較高含量的硫,但出口氣仍含20~30µg/g的硫.使用空速低,裝填量大,再生頻繁.如某小型氨廠在常壓、33℃、195 h-1的操作條件下凈化硫H2S含量為1.72 g/m3的半水煤氣,硫可脫至54mg/m3.每噸氨耗活性炭0.63kg,氨0.25kg,蒸氣62kg,再生周期為26天.
T101型、T102型、T103型活性炭精脫硫劑其硫容為活性炭粗脫硫劑的4~6倍.T103型為食品級二氧化碳精脫硫劑,對有機硫也有一定的硫容,可在60~80℃使用.
計算表明在30℃下, H2S在活性炭脫硫劑上氧化的平衡常數比在氧化鋅脫硫劑上的脫硫反應平衡常數要大得多,而從表5-25可知其H2S的平衡濃度卻要低10-17左右.T101型活性炭脫硫劑的動力學特征也證實了這一點.從表5-26可以明顯地看到,代表工業生產時有內擴散情況的活性炭精脫硫劑原粒度的工作硫容比氧化鋅脫硫劑的高出3倍,其穿透空速高出2倍.T101型脫硫劑的硫容和精度優于常溫氧化鋅,但其價格僅為后者的1/4.
     表5-25氧化鋅與活性炭脫硫反應在典型條件下的H2S平衡

H2O含量/%
0.04
0.40
4.00
脫硫劑
氧化鋅
活性炭
氧化鋅
活性炭
氧化鋅
活性炭
 
氧含量/%
0.001
2.34×10-14
6.83×10-31
2.34×10-13
6.83×10-30
2.34×10-12
6.83×10-29
0.01
 
2.16×10-31
 
2.16×10-30
 
2.16×10-29
0.10
 
6.83×10-32
 
6.83×10-31
 
6.83×10-30
0.5
 
3.06×10-32
 
3.06×10-31
 
3.06×10-30

注:表中數據均為體積分數,50℃.
 
表5-26  常溫氧化鋅和活性炭脫硫劑的脫硫精度和穿透空速的比較

空速/ h-1
出口H2S含量/ mgS/m3
A
EAC活性炭
1000
0.025
0.013
2000
0.017
0.017
4000
0.026
0.026
6000
0.056
0.016
8000
0.300
0.028
12000
 
0.084

注:1、A為國內某常溫氧化鋅的*產品.
  2、實驗條件:原料度30mL,高徑比1.3,18℃水飽和,反應溫度60℃,進口濃度約30mgS/m3
  3、檢測儀器為WLSP-852型微量硫色譜分析儀,檢出低限0.01 mgS/m3
EZX轉化吸收型多功能脫硫劑脫H2S的同時,吸收COS、CS2,其脫除H2S、COS、CS2的精度均可小于0.03 mg/m3,總硫含量小于0.1mg/m3,EZX型在5~60℃下即可對CS2實現轉化吸收并脫除凈化,此外它對噻吩、硫醇、硫醚等有機硫也有一定的脫除作用.適用于總硫含量COS+ CS2<2 mgS/m3 , H2S<5mgS/m3不高的工藝氣.EAC-6型則能在常溫下脫硫醇和硫醚,特別適用于天然氣中的精脫硫.EAC-4型脫H2S的同時也具有較高的脫SO2 <0.05mgS/m3 的硫容.
制備方法
活性炭脫硫劑有兩種:一種是用于粗脫硫的普通活性炭脫硫劑,還有一種是用于精脫硫的改性活性炭脫硫劑.前者常以煤為原料,以焦油為膠粘劑擠條成型后經炭化處理,再用水蒸氣活化,經篩分后制成.后者常選用已成型的活性炭,用活性炭金屬鹽容液等浸漬后,再經干燥、焙燒和過篩后制得.如在活性炭上涂漬上乙醇胺等可以使活性炭得以改性,能脫除大部分的有機硫醚.常規活性炭脫硫劑制備工藝見圖5-12
 
 
使用問題
1使用注意事項     在5~60℃溫度范圍內活性炭脫硫劑的較好的脫硫效率.高于60℃,由于活性炭表在吸附硫化物的能力變弱,故其脫硫效果有所下降.活性炭脫硫劑在干燥的氣體中脫硫效果差,要求被凈化氣體的相對濕度為70%~100%,必要時應適當補充水分.由于活性炭精脫硫劑在制備過程中已適當添加了某些能大大加快脫硫反應的活性組分,因此使用時不需要像活性炭粗脫硫劑那在原料中加入氨.
      由于活性炭*的比表面積和微孔結構特點,它能吸附高沸點的有機硫化合物,但對COS、CS2低沸點的有機硫化物吸附量很小,而EZX轉化收型多功能精脫硫劑除外.精脫硫劑一般使用壽命可達1~3年不需要再生.但精脫硫劑會因吸附氣體中煤焦油而堵塞孔道影響硫容,還會因氣體中不飽和和烴與之發生聚合反應生成大分子量的聚合物覆蓋表面而降低硫容.因此在精脫硫工段前應預先除去原料中含量較高的煤焦油.
      2TL-4、JT1-6常溫精脫硫工藝JT1-4常溫精脫硫工藝,以T102型特種活性炭脫硫劑(T703或特種氧化鐵脫硫劑)串聯E2X精脫硫劑組成。該工藝可以10~60℃范圍內,甚至在常溫下實現精脫硫,并同時脫除CS2。由于EZX精脫硫劑對COS、CS2的精脫硫容較低,為2%~3%,故此工藝一般適用于低有機硫含量的工藝氣中,它可將H2S、COS、CS2總硫含量脫至0.1mL/m3


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