氧化锌脱硫剂脱硫性能的改善

李舰　李迅羽

摘 要：在现有的化工生产系统中，以煤炭气化和焦化技术为主的技术体系是实现煤炭可持续利用的有效途径，而在煤气运用过程中，以硫化氢为主的硫化物是影响其利用效果的主要因素。对此，通过选取氧化锌作为脱硫剂活性组分，借助硫酸钾、氧化铝等材料作为辅助用剂，以干混法制备氧化锌脱硫剂，同时对其脱硫性能进行改善。

关键词：氧化锌;脱硫剂;脱硫性能;转化吸收

在现有我国化学燃料资源体系中，煤炭消费量始终呈现上升趋势，而传统煤炭利用技术落后，导致煤炭利用率相对较低，且存在较为严重的污染问题，因此，为提高煤炭资源的利用价值，洁净煤技术的应用成为了我国资源产业创新发展的关键途径。然而，围绕洁净煤技术，其虽然能够进一步提高煤炭资源的利用率，但因其技术生产所致的含硫气体往往会造成一定的催化剂中毒、仪器设备腐蚀、生态环境破坏等问题。因此，需就氧化锌脱硫剂的脱硫性能进行进一步研究，在探索脱硫性能提高有效改善路径的基础上确保煤炭利用行业的健康发展和持续进步。

1 氧化锌脱硫剂的脱硫性能分析

1.1 氧化锌前驱物对脱硫剂脱硫性能的影响

针对工业活性氧化锌和碱式碳酸锌分解活性氧化锌制备而成的两种不同氧化锌脱硫剂，其对于硫化氢的穿透曲线如图一所示。其中，由工业活性氧化锌制备的脱硫剂对于硫化氢的穿透曲线相对较陡，且在短时间内呈现出快速增长的变化趋势，而当反应达到1h时，出口硫化氢的浓度达到1.1ppm，当反应达到2h时，出口硫化氢的浓度达到2.96ppm。此外，针对由碱式碳酸锌分解活性氧化锌制备而成的氧化锌脱硫剂，其对于硫化氢的穿透曲线相对平缓，且穿透时间相对较长，且呈现出明显的前期反应速度缓慢后期增长速度缓慢变化趋势。

1.2 碱性助劑碳酸钾对脱硫剂脱硫性能的影响

考虑到硫化氢为酸性气体，因此在采用氧化锌进行脱除时，表面吸附往往是极为关键的过程，其中，通常情况下氧化锌的脱硫速率与脱硫剂表面价电子数和原子数的比值有关，即当脱硫剂碱性较强时，氧化锌脱硫剂表面的电子越多，越有利于硫化氢的去除和吸附。在此基础上，通过将作为碱性物质的碳酸钾导入氧化锌脱硫剂内，能够显著提高氧化锌脱硫剂的表面碱性，并最终增强氧化锌脱硫剂的脱硫性能。其中，为研究两种不同类型氧化锌脱硫剂在碱性碳酸钾导入后的脱硫性能变化，形成图二的变化曲线。

一方面，在添加碳酸钾后，该碱性助剂能够对工业活性碳酸锌制备而成的氧化锌脱硫剂产生较大影响，且硫化氢的产生浓度明显降低，穿透时间由原本的1h延长至5h，在大幅增加穿透硫容的同时提升了氧化锌脱硫剂的整体脱硫性能;另一方面，针对碱式碳酸锌分解活性制备而成的氧化锌脱硫剂，其硫化氢浓度在碱式助剂碳酸钾的影响下发生变化不大，硫化氢的穿透时间由原本的12h转变为14h，穿透硫容略微发生了0.61%的变化。由此可见，虽然碱性助剂碳酸钾的使用可能会增加脱硫剂的表面碱性位，但其对于提升硫化氢吸附效率有着明显的帮助。同时，不同氧化锌脱硫剂在碳酸钾作用下去除硫化氢性能的变化存在一定差异，究其原因，同样与脱硫剂的表面积和孔结构有着直接关系。因此，合理就碱性助剂碳酸钾进行使用，是提升氧化锌脱硫剂脱硫性能的关键所在。

1.3 结构助剂γ-Al2O3前驱物对脱硫剂脱硫性能的影响

围绕活性氧化铝，其是一种多孔、分散度较高的物质，且其具有较大的比表面积，满足催化作用的基本要求。在此基础上，活性氧化铝多作用于干燥剂、吸附剂、催化剂或催化剂载体，而在硫化氢去除过程中，采用氢氧化铝与拟薄水铝石作为γ-Al2O3的前驱物，能够显著提高氧化锌脱硫剂的硫化氢去除性能。其中，在加入氢氧化铝分解而成的γ-Al2O3结构助剂后，工业活性氧化锌制备而成与碱式碳酸锌分解活性氧化锌制备而成的氧化锌脱硫剂分别呈现图三的曲线变化。

一方面，通过使用氢氧化铝分解而成的γ-Al2O3结构助剂，能够以其独特的表面酸性物质减少脱硫剂的表面碱性，而这对于缓解工业活性氧化锌制备而成氧化锌脱硫剂的表面碱性位问题有着巨大的帮助，同时，在导入该结构助剂后，氧化锌脱硫剂的脱硫性能未发生明显变化，但与图三相比仍存在较大差异，这说明氢氧化铝分解而成的γ-Al2O3结构助剂确实会对脱硫剂的脱硫性能造成一定影响;另一方面，针对碱式碳酸锌分解活性氧化锌制备而成的氧化锌脱硫剂，其在加入氢氧化铝分解而成的γ-Al2O3结构助剂后脱硫曲线发生明显变化，不仅脱硫时间由14h延长到16.5h，同时穿透硫容也增加到了9.12%。

2 氧化锌脱硫剂脱硫性能的改善策略

基于上述比较研究，通过于氧化锌脱硫剂前驱物、碱式助剂碳酸钾以及由氢氧化铝分解而成γ-Al2O3结构助剂三个方面开展脱硫性能分析，发现三者均会对氧化锌脱硫剂的脱硫性能造成一定影响，因此可着手于三方面就氧化锌脱硫性能进行改善。

首先，针对不同前驱物获得的活性组分氧化锌，由其制备而成的氧化锌脱硫剂脱硫性能存在较大差异，因此，通过可采用由碱式碳酸锌分解活性氧化锌制备而成的氧化锌脱硫剂，进而规避工业活性氧化锌存在的杂质多、孔隙结构小等问题;其次，在就碱式助剂碳酸钾加入氧化锌脱硫剂后，脱硫剂的表面碱性发生较大变化，同样有利于提高脱硫剂的脱硫性能，但需要注意的是，碱式助剂碳酸钾会对脱硫剂的孔隙结构造成不利影响，因此应合理就碱式助剂碳酸钾的加入含量进行控制;最后，γ-Al2O3结构助剂会对氧化锌脱硫剂的脱硫性能造成一定影响，而在通常情况下，应采用效果更加明显地由拟薄水铝石分解制备而成的γ-Al2O3结构助剂，此外，在实际试验中发现，结构助剂γ-Al2O3前驱物的不同，其对于氧化锌基脱硫剂脱除硫化氢的性能也会造成不同的影响，而在通常情况下，可借助拟薄水铝石分解的γ-Al2O3改性氧化锌基脱硫剂进行工艺改造，能够达到12.18%的穿透硫容。

3 结束语

综上，围绕氧化锌脱硫剂脱硫性能分析，分别指出了氧化锌脱硫剂前驱物、碱式助剂碳酸钾以及由氢氧化铝分解而成γ-Al2O3结构助剂对于氧化锌脱硫剂脱硫性能的影响，其中，相关技术人员应进一步围绕三种影响因素就氧化锌脱硫剂的制造方案进行优化，在尽可能提升脱硫性能的基础上保障煤气运用的较高效益。

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