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JNT-1型常温氧化铁脱硫剂在脱硫工艺过程中影响因素的应用研究(下)

发布时间:[ 2022-06-02 09:47:27]

研究脱硫工艺影响因素(连接)

3、水分的影响

在文献和我们对脱硫机制的研究中,氧化铁脱硫反应需要水的支持,文献指出氧化铁脱硫反应具有液相负载性能(10),水的存在直接影响H2S解离、颗粒表面液相扩散驱动力和溶液粘度,间接影响脱硫剂的活性。不同氧化铁脱硫剂有适当的液膜厚度或液相负载率。为了保证脱硫剂的活性,需要适当的含水量。水分要求与脱硫剂本身的孔径、孔容量、碱含量等因素有关,关系复杂。本文仅针对水分JNT-1初步研究了常温氧化铁脱硫剂硫容的影响。

表3给出了JNT-1常温氧化铁脱硫剂含水量为0%、1%、2%、10%20℃饱和水蒸气下的硫容量。可以看出,当床层含水量为零时,硫容量低于10%。脱硫反应几乎仅依靠脱硫剂本身的少量结晶水来提供必要的反应水,活性成分不能充分利用。增加床层含水量,增加水分,促进氧化铁脱硫反应的充分进行,硫容量逐渐增加,硫容量在2%左右增加到较大15%。含水量继续增加到10%,硫容量开始下降。分析原因是水分过大,导致液膜过厚,堵塞反应的微孔通道,H2S分子难以达到脱硫剂颗粒内部与活性氧化铁分子的反应,极限情况是水分过多淹没脱硫剂床层,H2S仅相当于洗涤后穿,使脱硫剂无法产生一点脱硫效果。考虑到实际情况,我们在实验评价装置中添加了水饱和器5,使气体在一定温度下饱和,然后进入反应器6(在这种情况下,20℃总水分约为脱硫剂干重5%)硫容14%,与2%水分相差约1%,说明水分分布对脱硫影响不大。

见表3中40%的水表示20℃的饱和水

因此,对于一定量的氧化铁脱硫剂,必须确定其较佳含水量。需要注意的是,含水量会因空速不同而变化。这主要是因为气流会带出一些水,流速越大,带出的水就越多。因此,在确定较佳含水量时,必须注意工艺空速的大小,见表2中相同的20%含水量,Sw200h-1-Sw800h-1=10%左右,这也是如上所述空速对脱硫剂应用效果的影响之一,但是,此影响相对于上面中所空速影响程度来讲相对较弱。表3,JNT-1常温氧化铁脱硫剂600h-1由于添加了有效的表面活性剂和固水剂,空速对水的影响更大。

4、粒度的影响

根据氧化铁脱硫机理,H2S与脱硫剂的反应受到内外扩散的影响,气体分子从颗粒的外表面进入毛孔并向内扩散。颗粒粒度直接影响反应中的扩散程度,反应速率随粒度的降低而增加,直到消除内部扩散的影响。当脱硫剂粒径过大时,小于表面积,导致脱硫剂与气体接触时间短,易产生壁流,不利于反应,硫容量必须低:粒径过小,虽然反应充分,硫容量高,但会增加床阻力,压力过高,对于成型脱硫剂,阻力要求小于100Pa/m床层。试验中,将JNT-1型脱硫剂制备成四粒,并测量其硫容和床层的阻力降,见下表

Vsp=400h-1; T=20℃; H2S=4300mg/m3; Water content=2%

见表3中40%的水表示20℃的饱和水

因此,对于一定量的氧化铁脱硫剂,必须确定其较佳含水量。需要注意的是,含水量会因空速不同而变化。这主要是因为气流会带出一些水,流速越大,带出的水就越多。因此,在确定较佳含水量时,必须注意工艺空速的大小,见表2中相同的20%含水量,Sw200h-1-Sw800h-1=10约%,这也是上述空速对脱硫剂应用效果的影响之一,但与上述空速相比,这种影响相对较弱。JNT-1常温氧化铁脱硫剂600h-1由于添加了有效的表面活性剂和固水剂,空速对水的影响更大。

4、粒度的影响

根据氧化铁脱硫机理,H2S与脱硫剂的反应受到内外扩散的影响,气体分子从颗粒的外表面进入毛孔并向内扩散。颗粒粒度直接影响反应中的扩散程度,反应速率随粒度的降低而增加,直到消除内部扩散的影响。当脱硫剂粒径过大时,小于表面积,导致脱硫剂与气体接触时间短,易产生壁流,不利于反应,硫容量必须低:粒径过小,虽然反应充分,硫容量高,但会增加床阻力,压力过高,对于成型脱硫剂,阻力要求小于100Pa/m床层。试验中,将JNT-1型脱硫剂制备成四粒,并测量其硫容和床层的阻力降,见下表

Vsp=400h-1; T=20℃; H2S=4300mg/m3; Water content=2%

表5粒级和床层阻力降低


说明:1粒级4.0~6.0mm;2粒级4.0~1.6mm;

3粒级1.6~0.9mm;4粒级0.9~0.6mm.

从表4看,随着颗粒粒径的减小,脱硫剂的硫容量逐渐增加。1级粒径为原粒度(脱硫剂制备成型无粉碎处理)。当粒径减小到0.9~0.6mm硫容可达35%以上;同时,床层阻力急剧下降(表5)20Pa增至33OPa,显然,它远远超出了成型脱硫剂的使用要求,因此脱硫剂用户或开发单位应在此前提下调查和比较脱硫剂的性能。一般脱硫剂的粒径为2~10mm阻力小于更合适的98Pa/m。JNT-1原粒度下型脱硫剂硫容15%可完全保证其使用寿命,每米床层阻力降低仅20Pa,对气源压力影响不大。

5、气源H2S含量的影响

在干法脱硫剂的工业应用中,一般进口H2S含量不大于0.01%,否则湿法粗脱大部分应先进行H2S,然后用干法脱硫。在以下五种浓度下,我们JNT-1研究型脱硫现象:100、300、500、mg/m3,结果见表6。脱硫剂的硫容随气源可见H2S浓度从17%增加4倍到24%。这主要是因为H2S浓度的增加增加了脱硫剂床层的浓度梯度,传质扩散驱动力大,深入颗粒孔的概率越高,影响了硫容量的增加透快;另一方面,高浓度H2S使大量H2S在进入颗粒之前,分子在颗粒之外与表面活性铁反应形成硫化铁,增加分子体积,阻塞孔隙通道,减少H2S分子进入颗粒内部的机会影响降低硫容量的趋势。综合两个方面的影响,由于颗粒孔较大,后一个方面的影响相对较弱。Lnagmuuir等温吸附考虑,见下式:

Γ=Γm·

其中,Γ, 平衡吸附,g;

Γm,饱和吸附,g

b, 吸附因子,Pa-1;

P, 吸附压力,Pa

在气源中可见H2S浓度增加,H2S分压P其平衡吸附量也随之增加。因此,硫容量随之增加。H2S浓度的增加呈上升趋势,但不会增加太多。应指出,当气源出现时H2S当浓度过高时,由于表面反应迅速,床表面呈现饱和状态,事实上,床内部,特别是颗粒内部没有达到完全反应,即饱和区没有达到完全饱和,工作区长,脱硫剂穿透过早,出现废气不干净现象。因此,应首先考虑湿法脱硫。6

原粒度中4×4一6mm; 空速,400h-1; 温度,20℃; 含水,20%

表6 硫容和气源H2S浓度的关系

小结

主要研究温度、水分、H2S脱硫剂含量、粒径、空速对脱硫剂应用的影响主要讨论了各种因素对脱硫剂硫容量的影响。研究结果表明,温度和水含量的变化对脱硫剂总硫容量有较佳值20℃;脱硫剂的硫容含水量约为2%,高于其他条件,即脱硫剂的使用寿命长。H2S硫含量的增加略有增加,物理吸附H2S增加是主要原因。随着脱硫剂粒径的降低,由于与气体接触比表面积的增加,即脱硫剂的利用率显著提高,但床层阻力的降低也急剧增加。脱硫剂填充体积和气体流量的大小直接影响使用空速,空速上升,硫容量下降。对硫容量的重要性的研究表明,其影响从高到低的顺序是:温度、粒度、含水量、空速、H2S含量。因此,在实际应用中,脱硫工艺条件的要求不能因追求高硫容而忽视,必须综合考虑各种因素。JNT-1常温氧化铁脱硫剂在上述各种工艺因素的调查试验中具有较强的适应性。

参考文献

1.寇公等,煤炭气化工程,机械工业出版社,1991.2

2. 太原工业大学煤化工研究所,TG1994年,1. 3. 太原化工设计研究院,讨论了干法氧化铁脱硫剂、化肥和催化剂、1998.

4郭汉贤等,TG总结了一系列高效脱硫剂的使用、气体和热量,1994

5. 任爱玲,SW研究型脱硫剂脱硫性能,环境科学,1994,15(6):38~ 46.

6. 任爱玲,硕士论文,天津大学,1999年. 7. 北京煤化所,高效常温煤气脱硫剂研发报告,2000,12.

8.1987年(4)35~39.

9. 冯续,氧化铁脱硫剂性能研究,化工部化肥研究所.

10房根祥采用微波技术分解硫化氢,化肥工业翻译系列,1992年(4)18.


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