活性炭对石脑油脱硫效果的研究

金燚翥

（哈尔滨电碳厂，哈尔滨 150025）

0 前言

活性炭是以含碳物质为主要原料经高温炭化和活化制得的颗粒状物质，物理形态上具有良好的洞孔结构因而比表面积大、物理吸附性能良好，表面基团丰富，也具有化学吸附性能，还有很好的负载性能、复原脱氧能力等，因此具有吸附剂和催化剂的双重性能，既可以当作还原剂参与反应，也可以作为载体制得高分散的催化体系。活性炭一经问世便得到了环保工作者们的青睐，在解决大气污染、水污染等问题中发挥了重要作用，而活性炭联合脱硫工艺亦在煤烟处理领域得到了广泛关注，近年来也取得了很大进展[1-4]。

随着对活性炭研究的不断深入与拓展，活性炭去除污染物的机理也需要进一步研究。环境中的污染物种类繁多，与活性炭之间相互作用复杂，只有对污染物与活性炭之间的作用关系有更为深入的研究，才能够在此基础上对改性的手段进行改进与创新[5-8]。生物本身独有的性质与活性炭性能的结合，在工业废水、固废处理等方面具有一定的应用潜能。把同样具有吸附能力的材料（常见的有纳米零价铁、钛酸盐纳米管等）与活性炭通过一定的手段结合，达到协同作用，也将会是研究的热点[9-11]。石脑油作为汽油生产的原料之一，控制其硫含量对生产环境友好的油品，满足日益苛求的市场需求具有重要意义。由于煤焦油加氢生产的石脑油含硫高达500mg/kg 左右，需要进一步降低硫含量，部分企业亟待解决的难题之一。活性炭具有较好的吸附脱硫能力，活性炭中的孔隙部分对石脑油中含量较高、分子尺寸较大的硫化物起着重要的吸附作用，活性炭表面含有的酸性含氧基团能促进其对石脑油中噻吩硫的吸附。而活性炭的高度发达的孔隙构造为其提供了大量的表面积，让其能与被吸附物质充分接触，而活性炭孔壁上的大量分子可以产生强大的引力，让其对石脑油中难以脱除含硫化合物具有了良好的吸附性能。本文以石脑油为研究对象，采用不同吸附剂脱硫，确定脱硫效果较佳的吸附剂，用此吸附剂单因素方法进一步脱硫，确定较佳吸附剂用量。

1 实验

1.1 仪器和材料

（1）实验仪器：水浴恒温振荡器（WSZ-100-A江苏省金坛市汉康电子有限公司）电子天平（FA2004上海力衡仪器仪表有限公司）真空干燥箱（DZF-6050上海一恒科技有限公司）磁力搅拌器（JB-3 江苏金坛市荣华仪器制造有限公司）紫外荧光定硫仪（THA 2000-S 上海一凯仪器有限公司）

（2）实验材料：石脑油（七台河宝泰隆煤化工股份有限公司）氢氧化钠（分析纯天津市津北精细化工有限公司）乙醇胺（分析纯天津福晨化学试剂厂）杏仁壳活性炭（4-8 目 郑州永坤环保科技有限公司）硅藻土（天津恒兴化学试剂有限公司）、HZSM-5 分子筛（天津市正源昊业化工科技有限公司）、γ-Al2O3（天津津精城商贸有限公司）。

1.2 试验方法与表征

（1）测试方法：:使用质量分数10%的氢氧化钠溶液与石脑油以体积比1：1 振荡处理，再经体积分数10%乙醇胺溶液与石脑油以体积比1：1 振荡处理初步脱硫，最后用吸附剂与石脑油以1：10 的配比进一步吸附脱硫，测试结果。

（2）硫含量的测定方法：用紫外荧光定硫仪进行石脑油中的硫含量的测定。

2 实验结果分析

2.1 四种不同吸附剂进一步脱硫实验结果

活性炭、硅藻土、HZSM-5 分子筛、γ-Al2O3吸附剂对石脑油脱硫结果影响见表1 和图1。

表1 四种吸附剂对石脑油脱硫的影响Table 1 Effect of four adsorbents on naphtha desulfurization

图1 四种吸附剂对石脑油脱硫的影响Fig.1 Effect of four adsorbents on naphtha desulfurization

由实验结果表1 和图1，可以看出不同吸附剂对石脑油中的硫吸附效果差别很大，其中活性炭的吸附效果最好。活性炭吸附后的石脑油硫含量降低至90.42mg/kg，小于100mg/kg。活性炭是一种主要由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不到的微孔，1g 活性炭材料中的微孔，将其展开后表面积可高达800～1000 平方米。这样的孔装结构为活性炭提供了吸附的可能性，也使活性炭的吸附能力大大增强。从本论文的实验中也可以看出，活性炭的吸附脱硫能力比其他3 中吸附剂的吸附脱硫能力强，能较好的脱除初步脱硫后的石脑油中所含有的硫。而硅藻土、HZSM-5 分子筛、γ-Al2O3在吸附脱硫方面相对活性炭就较弱。

2.2 活性炭进一步脱硫单因素结果

不同质量活性炭对石脑油脱硫结果影响见表2 和图2。

表2 不同质量活性炭对石脑油脱硫的影响Table 2 Effect of activated carbon with different quality on naphtha desulfurization

图2 不同质量活性炭对石脑油脱硫的影响Fig.2 Effect of activated carbon with different quality on naphtha desulfurization

由实验结果表2 和图2，可以看出，不同硫含量对石脑油的吸附效果不同，其中当活性炭质量为2.0g 时，吸附脱硫后的石脑油硫含量最低，只有91.42mg/kg。而活性炭质量为2.5g、3.0g 时，吸附脱硫后的石脑油硫含量和2.0g 活性炭吸附脱硫后的石脑油硫含量相差不大。因而确定活性炭用量2.0g 为最佳。

2.3 平行实验结果

平行实验结果见表3。

表3 平行实验结果Table 3 parallel experiment results

由实验结果表3 可以看出，石脑油原料经过氢氧化钠溶液和乙醇胺溶液的初步脱硫以及吸附剂活性炭的进一步脱硫后，石脑油中平均硫含量降低至91.09mg/kg。因此，本次石脑油脱硫实验的最佳脱硫方案为：氢氧化钠质量分数为10%与石脑油原样体积比为1:1、乙醇胺体积分数为10%与石脑油原样体积比为1:1、活性炭质量与石脑油原样质量比约为1:10时，脱硫效果最好。

3 结论

本文先用氢氧化钠脱硫，再用乙醇胺脱硫，最后用活性炭脱硫的方法能够较好地脱除石脑油中的硫。使用质量分数10%的氢氧化钠溶液与石脑油以体积比1：1 振荡处理，再经体积分数10%乙醇胺溶液与石脑油以体积比1：1 振荡处理初步脱硫，最后用活性炭作为吸附剂，与石脑油以1：10 的配比进一步吸附脱硫，通过紫外荧光测硫仪测定石脑油硫含量，经检测此脱硫方法可将石脑油中的硫含量由原来的457.82 mg/kg 降低至91.09mg/kg 。