有关氧化铁基高温煤气脱硫剂的发展研究

严飞鹏 贺娟（陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，陕西榆林719319）

有关氧化铁基高温煤气脱硫剂的发展研究

严飞鹏 贺娟（陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，陕西榆林719319）

随着社会的发展，对于煤炭资源的利用需求与日俱增。整体煤气化联合循环发电作为燃煤发电技术的新趋势，具有热效率高和环保污染低等不可替代的优势。高温煤气脱硫是整体煤气化联合循环发电技术的关键环节，而脱硫剂的脱硫与再生性能是确保高温煤气脱硫效果的核心保障。本文主要以氧化铁基脱硫剂作为研究对象，探讨了国内外铁基脱硫剂的发展进程及思考。

氧化铁基；高温煤气；脱硫剂

能源是社会发展的重要基础，我国煤炭资源极为丰富，传统利用方式不仅造成了对环境的污染问题，同时能源的转化效率也较为落后，因此提升煤炭资源的利用率势在必行。整体煤气化联合循环发电技术（以下简称为IGCC），是目前较为先进的煤炭转换技术。IGCC的原理是煤炭经过气化进入净化环节，之后通过燃烧方式进而促使燃气机发电。与此同时，排气所产生了高压蒸汽会继续推动蒸汽机产生运转发电。燃气机与蒸汽机的同时工作，最大限度地提升了煤炭资源转化为电能的效率。本文针对研究IGCC中的煤气净化阶段，由于煤气化后，会产生大量的污染物质，而硫化物作为污染物质中的重要危害成分，不仅会对环境造成危害，而且会腐蚀设备装置，因此脱硫净化成为了IGCC的关键环节，对于发电系统的高效运作影响至关重要。因此，选择稳定、高效和具有再生能力的脱硫剂既是技术本身的需要，同时也关乎企业成本的降低以及经济效益的提升。

1 对高温煤气脱硫剂脱硫原理的阐述

整体煤气化联合循环发电技术在前期需要将煤炭完全气化，进而在高温(352～1202)℃的状态下，利用脱硫剂与硫化物进行化学反应，最终使硫产物实现有效分离。一般来讲，煤炭气化后，其中大部分的硫化物会以硫化氢存在，只有少部分呈现为有机硫的形式。因此脱硫原理以硫化氢为例，脱硫过程为：金属氧化物与硫化氢在高温下反应生成金属硫化物和水，而金属硫化物经过氧化再进而生成金属氧化物和二氧化硫。而二氧化硫是制取硫磺产品的重要输出原料，其经济价值极为重要。

2 氧化铁基高温煤气脱硫剂的特点

2.1 氧化铁基的优点

氧化铁物质储备量大、资源丰富而且在成本方面相对廉价，因此在目前高温煤气脱硫中受到了广泛的应用。此外，氧化铁基脱硫剂还具有脱硫速率高、工艺简单、高反应再生循环利用能力强、安全可靠以及易于操作等特点，是粗净化环节的首选。

2.2 氧化铁基的不足

铁基脱硫剂的脱硫精度较低，对于硫化氢的处理能力较强，而对于有机硫的脱除能力相对较差，一般脱硫效率仅能达到75%-85%，而且对于氢气、水蒸汽和一氧化碳较为敏感，尤其受氧气和水蒸气的影响很大，易造成再生过程的晶变粉化现象。此外，长时间高温循环后，脱硫效率也会大打折扣。

3 不同高温煤气脱硫技术的比较

3.1 固定床

该工艺对脱硫剂的要求不严，因此适合于脱硫剂颗粒较大的应用。然而其反应时温度不易控制，且二氧化硫的稳定较差，脱硫剂爆炸的潜在威胁需要引起注意。

3.2 移动床

该工艺的连续操作性能十分良好，然而要求脱硫剂十分耐磨。同时阀门耐温和腐蚀问题也不容忽视。目前较为典型的工艺应用包括IGC和GE移动床工艺。

3.3 流化床

该工艺的特点是脱硫剂颗粒小，动力反应十分迅速，而且接触性能良好，因此操作处理过程十分便捷和稳定。然而其缺点是需要高强度的耐磨脱硫剂，这一方面增加了成本，另一方面对于后续维护会带来一定的难度。

4 氧化铁基高温煤气脱硫剂的发展衍变

4.1 国外对氧化铁基脱硫剂的研究

1975年，美国率先研究开发出氧化铁脱硫剂，通过高温固定床试验对硫化氢脱除达成了将近90%的效率，至此打开了铁基作为高温煤气脱硫剂的开端。而后，铁基脱硫剂不断快速发展升级，美国西弗吉尼亚大学对铁脱硫剂进行了配比的改良，尤其在还原与硫化动力学方面又取得了突破性的进展，而且提升了高温状态下的脱硫效果。与此同时，日本也抓紧了对氧化铁脱硫剂的研究，日本Akita大学和冈山大学分别采用了铁基副产品和混合原料法，使得高温铁基脱硫剂在降低生产成本的同时，又提高了脱硫的反应性能和稳定性。而荷兰Delft大学运用了浸渍法也使得脱硫效率不断增强。

4.2 国内对氧化铁基脱硫剂的研究

国内对氧化铁脱硫剂的研究进步相对晚一些，随着科技和科研水品的不断发展以及国家对煤化产业的日益重视，近年来，我国对氧化铁脱硫剂的研究取得了飞跃性地进展。首先，华东师范大学对氧化铁在高温脱硫下进行了跟踪调查，进而得出高温状态下，其还原能力持续增强，此时高分散的元素铁是活性硫的主要推动因素，与中低温完全不同，并且产物为硫化铁。其次，太原理工大学煤化所一直专注于对铁基脱硫剂的研究，其研究重点主要针对于钢厂赤泥作为脱硫剂的应用，研究表明400～600℃的脱硫参数中，随着温度的提升，脱硫效果持续增强，随后会趋于平缓和稳定，而且在自主产权专利的研发中具有极强的代表能力。此外，太原理工大学卢晓芳等人还设计和开发了有关铁锰比的脱硫剂，最终得出氧化锰的还原性高于氧化铁，尤其是运用铁锰混合脱硫剂中，伴随着锰比重的增加，还原和脱硫效果会大大增强。

总之，高温煤气脱硫剂的选择不仅仅是氧化铁，许多金属氧化物都可以实现脱硫净化的目标。然而不同脱硫剂都会有各自的利弊，氧化铁基也是如此。随着煤化企业对IGCC的日益重视，铁基脱硫剂作为脱硫净化的重要环节，也要在技术上与时俱进，不断开拓创新。而且必须确保脱硫精度以及再生效果的稳定，同时不断提升机械强度、稳定性和脱硫活性，最后还要充分考虑硫回收的效益性。

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