影响活性炭精脱硫剂使用寿命和效果的因素分析及对策

2014-09-01

河南化工 2014年8期

(河南能源化工集团濮阳龙宇化工有限责任公司，河南濮阳 457000)

陈立

(河南能源化工集团濮阳龙宇化工有限责任公司，河南濮阳 457000)

介绍了精脱硫活性炭的脱硫机理，并对影响精脱硫活性炭脱硫效果、使用寿命以及出现放硫现象的因素进行了分析，提出了提高脱硫活性炭的使用寿命及避免返硫现象的一些措施。通过合理控制进入脱硫剂气体中的硫含量、氧含量、气体的空速、温度以及利用停车时进行再生，可有效地提高脱硫剂的使用效果，消除脱硫剂的放硫现象，延长脱硫剂的使用寿命。

脱硫活性炭；脱硫机理；放硫；措施

0 前言

活性炭精脱硫在我国煤化工项目中使用越来越广泛，对气体净化、保护催化剂起到了较大的作用，但在使用过程中，不少厂家出现了在使用过程中不时“放硫”的现象，不是在脱硫，反而是在释放硫。脱硫塔出口硫化物浓度持续的高出进口硫化物浓度。这一现象令人相当困惑，也给使用厂家带来了困扰。为彻底解决该问题，我们对此进行了研究。

1 脱硫活性炭的脱硫机理

活性炭脱硫机理是利用活性炭表面活性基团的催化作用加速气体中的H2S和O2发生下述反应：

ΔH= -434.3 kJ/mol

H2S与O2在活性炭表面的反应实际上分两步进行，首先是活性炭表面吸附氧，形成活性中心的表面氧化物，然后气体中的H2S分子与化学吸附的氧发生反应，生成的硫黄沉积在活性炭内部的微孔中。为了加速反应的进行，提高脱硫效果，实际O2、H2S物质的量之比需大于理论值0.5，其比值>3为好。活性炭脱硫剂一般通过浸渍法引入活性金属如铜、碱金属或碱土金属等，以改性提高其催化活性。

2 影响活性炭脱硫效果及使用寿命的因素

2.1活性炭的比表面积

活性炭巨大的吸附能力主要归功于其发达的内部孔隙。其内部孔隙的表面提供了吸附质被吸附的场所。所以，比表面积是活性炭的一项重要指标。活性炭的孔隙分为：微孔(<2.0 nm)、中孔(2.0～50 nm)和大孔(>50 nm)，其中微孔提供的比表面积占95%以上，中孔比表面积一般小于5%，大孔比表面积几乎可以忽略。因此，选择比表面积较大的活性炭是决定活性炭使用寿命的一项重要指标。

2.2活性炭的浸渍工艺

对活性炭来说，其脱硫的机理主要是靠H2S催化转化成单质硫吸附在活性炭的微孔中，在转化的过程中，其脱硫效果的好坏很大程度上取决于活性炭上附着物质的催化活性。因此，活性炭的浸渍工艺对催化剂脱硫效果有较大的影响。

2.3进入活性炭的气体中的硫含量

一种活性炭的内部空隙是一定的，进入活性炭中气体的硫含量越高，转化后的单质硫越多，当单质硫将活性炭的微孔堵塞满的时候，活性炭的脱硫作用也就失去了，因此，严格控制进入脱硫槽气体的硫含量，这是决定活性炭使用寿命的一项重要指标。

2.4进入活性炭的气体中的氧含量

活性炭在脱硫的过程中，需要氧的参与，氧含量越低，转化成的固态硫越少，其活性炭的脱硫效果越差。因此，进入活性炭中气体的氧含量也对脱硫效果存在着较大的影响。

3 脱硫效果差及出现返流原因分析

3.1进入活性炭中气体的氧含量过小

由活性炭的脱硫机理可知，活性炭在使用一定的时间后，因活性炭中逐步吸附了一部分的硫，需要稍高的氧使气态硫与固态硫的转化向生成固态硫的方向进行，一旦出现氧含量不足且气体中水汽含量较高的情况，将会逐步出现脱硫效果差甚至返硫的现象。

3.2脱硫剂的微孔被堵塞满

在活性炭脱硫的使用后期，当活性炭的微孔被逐步堵塞满的时候，活性炭表面无法吸附氧形成活性中心的表面氧化物，即使有少量的单质硫转化也无法在活性炭上附着，从而造成脱硫效果差甚至返硫的现象。

4 解决措施

4.1严格控制活性炭进口气体空速、温度及气体中的硫含量

一般情况下，活性炭的吸附空速在300～2 000 h-1，若空速过大，将造成部分气体来不及转化就直接进入出口，造成脱硫效果不好；同时，因活性炭的微孔较小，若气体中的硫浓度过高，容易造成大量的固态硫直接附着在活性炭的表面，内部空隙得不到充分的利用，影响活性炭的使用效率，实践证明，精脱硫剂进口气体中的硫含量一般不超过0.5×10-6为宜；活性炭中的转化反应温度，一般在32～52 ℃为最佳，正常运行中，一般控制在25～100 ℃，可有效地提高脱硫剂的使用效果。

4.2严格控制活性炭进口气体中的氧含量

由活性炭的脱硫机理可知，在活性炭的脱硫过程中，需要有氧参与反应，氧含量控制过低，容易使硫的转化不彻底，氧含量过高，容易造成煤气中氧含量超标发生爆炸，因此，严格控制气体成的氧含量至关重要，以进口气量50 000 m3/h、气体中H2S含量为0.4×10-6为例，O2、H2S之比控制在5左右，需要补加的氧气量为0.1 m3/h，流速取3 m/s，则氧气输送管径一般可配置在5 mm左右，这样即使控制过程阀门全开，也不会造成氧含量超标发生爆炸，一般情况下，因工厂条件限制，也可选用高压空气作为配氧源，如表1所示，为配氧前后活性炭脱硫效果的变化。