水煤气DSH脱硫废液活性炭脱色研究

＊左雅萌 陈志云 牛亮亮 安磊 田软静 葛培尧 巩宇

（山西晋丰煤化工有限责任公司 山西 048000）

煤焦化产生的焦炉煤气、煤气化产生的合成气中往往含有一定量的硫化氢气体。硫化氢气体有很强的毒性和腐蚀性，易导致环境污染、催化剂中毒以及设备腐蚀，因此在利用焦炉煤气和合成气前，通常需要脱除硫化氢。大规模连续化脱除硫化氢常用湿式催化氧化法[1]，该方法在脱硫过程中会发生副盐反应，产生一定量的副盐[2]。脱硫废液是复杂的多成分碱性水溶液，含有催化剂、碳酸盐、碳酸氢盐、硫氰酸盐、硫代硫酸盐、硫酸盐、防腐剂、稳定剂等成分，直接排放会严重污染环境。近年来不少研究[3-5]试图将脱硫废液中的副盐提取出来作为产品销售，脱盐后的脱硫废液又可返回脱硫系统循环使用。脱硫废液成分复杂，为提高产品品质，一般在提盐之前须通过预处理去除其中悬浮物、焦油、催化剂及其他杂质。活性炭脱色是常用预处理方法[3]，但迄今系统的研究报道很少。本文针对DSH脱硫废液的活性炭脱色进行了系统研究，考察了活性炭种类、活性炭用量、脱色温度、脱色时间对脱色效果的影响规律，并确定最佳脱色条件。

1.实验部分

本研究选用大同神利净化材料有限公司生产的三种工业煤制活性炭作为试验样品，三种活性炭碘值分别为700mg/g（30～80目，记为C700），900mg/g（200目筛下，记为C900），950mg/g（30～80目，记为C950），以山西晋丰煤化工有限责任公司净化车间一脱B系统DSH脱硫废液作为研究对象，考察了活性炭种类、活性炭用量、脱色温度、脱色时间对脱色效果的影响规律。

脱色实验装置如图1所示。将三口烧瓶置于恒温水浴中，内加脱硫废液200mL，加一定量的活性炭，搅拌，加热升温至给定温度（T），恒温搅拌一定时间（to），停止搅拌，恒温静置30min，降至室温，过滤，滤液则为脱色后清液。冷凝管用来将挥发气体中水蒸气冷凝返回烧瓶，去离子水鼓泡器用于吸收尾气中水溶性气体，活性炭滤瓶用于吸附尾气中有害气体。

图1 活性炭脱色实验装置示意图

实验考察了活性炭种类（C700、C900、C950）、活性炭用量（5g、10g、15g、20g、25g、30g）、脱色温度(30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃)、脱色时间（30min+30min，60min+30min，90min+30min，120min+30min,150min+30min）对脱色效果的影响规律。实验通过对比清液颜色及紫外可见光谱图来判断脱色效果。颜色越浅、可见光区域吸光度越低，说明脱色效果越好。

2.结果与讨论

（1）DSH脱硫废液组成。DSH催化剂是一种络合铁系湿式催化氧化脱硫催化剂，用于山西晋丰煤化工有限责任公司净化车间一脱B系统脱硫工艺。脱硫后所得的DSH脱硫废液是多组分碱性水溶液，呈深棕红色。其含有DSH催化剂、碳酸钠、碳酸氢钠、硫氰酸钠、硫代硫酸钠、硫酸钠等。

（2）活性炭种类对脱色效果的影响。实验固定活性炭用量10g、脱色温度80℃、脱色时间60min+30min，考察三种不同活性炭的脱色效果。碘值分别为700mg/g、900mg/g、950mg/g的三种活性炭依次记为C700、C900、C950，其粒度依次为8～30目，200目过筛，8～30目。

图2为DSH脱硫液脱色前以及用三种不同活性炭脱色后样品的颜色。可以看出，脱色后颜色由深红棕色变成浅黄色，脱色效果明显。但不同活性炭脱色所得样品颜色差别不明显。为此需要测试紫外可见光谱以判别不同活性炭脱色的微小差异。

图2 DSH脱硫液活性炭脱色前后颜色变化

图3为DSH脱硫废液脱色前以及用三种不同活性炭脱色后样品的紫外可见光谱图。可以看出，脱色后清液在600～1000nm的吸收峰几乎全消失，400～600nm吸光度有大幅降低且降低幅度随波长增长而加大，这些现象与脱色后样品颜色由深红棕色变为浅黄色相符。比较三种活性炭脱色后清液紫外可见光谱，发现C900在400～1000nm区域吸光度最低，说明其脱色效果最佳。原因可能是：①C900比C700孔容积高，因此吸附有色物质的量更高；②尽管C900孔容比C950的稍低，但其粒度比C950的小很多，因此内孔比C950的浅，在给定吸附条件下，吸附过程可能是以内扩散为控制步骤，因此C900的内孔利用率高于C950，总的效果是C900比C950吸附有色物更多，脱色效果更好。

图3 DSH脱硫液脱色前及用三种不同活性炭脱色后样品的紫外可见光谱图

（3）活性炭用量对脱色效果的影响。实验固定活性炭为C700，脱色温度80℃，脱色时间60min+30min，考察活性炭用量不同（5g、10g、15g、20g、25g、30g）对200mL DSH脱硫废液脱色效果的影响规律。

图4为DSH脱硫废液脱色前颜色以及用不同量活性炭（C700）脱色后清液的颜色。可以看出，脱色后颜色由深红棕色变成了浅黄色。活性炭用量为5g时颜色略深，10g时颜色略变浅，活性炭用量再增加，颜色不再有明显变化。说明活性炭用量至少要10g。

图4 不同量活性炭（C700）对DSH脱硫液脱色前后颜色对比

图5为DSH脱硫废液脱色前以及用不同量活性炭（C700）脱色后清液的紫外可见光谱图。可以看出，脱色后，脱硫废液在6HS0D0～1000nm的吸收峰大幅降低，且波长越长，降低幅度越大，900nm时趋于零。在400～600nm区域也有大幅降低，但仍有明显吸收，吸光度随波长增长而降低。这与脱色后样品颜色由深红棕色变为浅黄色的事实相符。脱色后由于在蓝色区域仍有吸收，所以样品呈浅黄色。

图5 活性炭用量对DSH脱硫废液脱色效果的影响

为比较活性炭用量的微弱影响，对不同量活性炭脱色后清样的紫外可见吸收光谱图在可见区放大，如图6所示。可以看出，在500～800nm范围、20g时吸光度明显最低，因此活性炭用量为20g时脱色效果最佳。

图6 活性炭用量对DSH脱硫废液脱色效果的影响（局部放大图）

（4）脱色温度对脱色效果的影响。实验固定活性炭为C700，用量为10g，脱色时间60min+30min，考察脱色温度（30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）对200mL DSH脱硫废液脱色效果的影响规律。

图7为DSH脱硫液脱色前颜色以及不同温度（50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）下用活性炭脱色后液体样品的颜色。可以看出，活性炭脱色后样品颜色由深红棕色变为浅黄色。脱色温度为80℃时颜色最浅，因此最佳脱色温度为80℃。

图7 不同温度下活性炭脱色前后样品颜色

（5）脱色时间对脱色效果的影响。实验固定活性炭为C700，用量为10g，脱色温度为70℃，考察脱色时间（30min+30min，60min+30min，90min+30min，120min+30min，150min+30min）对200mL DSH脱硫废液脱色效果的影响规律。

图8为DSH脱硫废液颜色以及在不同脱色时间下脱色所得清液的颜色。可以看出，脱色后颜色由深红棕色变成浅黄色，不同脱色时间下的清液颜色差别不大。考虑到实验时间所限，脱色时间可选为60min+30min。

图8 不同脱色时间下DSH脱硫液脱色前后颜色对比

图9为DSH脱硫液以及不同脱色时间下脱色所得液体样品的紫外可见光谱图。可以看出，脱色后脱硫液在500～1000nm区吸收峰消失，吸光度几乎为零，但在400～500nm区域还有吸光度且波长越短吸光度越高，所以脱色后样品呈现浅黄色。

图9 DSH脱硫液以及不同脱色时间下脱色所得清液的紫外可见光谱图

图10将三个不同脱色时间下所得液体样品的紫外可见光谱在可见区进行了放大，可以看出，在可见区四条光谱曲线几乎平行，随脱色时间延长，在整个可见光谱区吸光度有平行下降的趋势，这与颜色变化规律一致。说明在给定实验条件下，吸附未达到完全平衡。考虑实验时间不能太长问题，可选择60min+30min为脱色时间。

图10 DSH脱硫液以及不同脱色时间下脱色所得清液的紫外可见光谱在可见区的放大图

3.结论

实验考察了活性炭种类、用量、脱色温度、脱色时间对DSH脱硫废液脱色效果的影响规律，通过比较DSH脱硫废液脱色前后颜色及分析样品的紫外可见光谱，可以得出结论：对200mL DSH脱硫废液，较适宜的脱色条件是：最佳活性炭为900mg/g（200目筛下），最佳活性炭用量为20g，最佳脱色温度为80℃，最佳脱色时间为60min恒温搅拌，30min恒温静置。