研究脫硫工藝影響因素(連接)

3、水分的影響

在文獻和我們對脫硫機制的研究中，氧化鐵脫硫反應需要水的支持，文獻指出氧化鐵脫硫反應具有液相負載性能（10），水的存在直接影響H2S解離、顆粒表面液相擴散驅動(dòng)力和溶液粘度，間接影響脫硫劑的活性。不同氧化鐵脫硫劑有適當的液膜厚度或液相負載率。為了保證脫硫劑的活性，需要適當的含水量。水分要求與脫硫劑本身的孔徑、孔容量、堿含量等因素有關(guān)，關(guān)系復雜。本文僅針對水分JNT-1初步研究了常溫氧化鐵脫硫劑硫容的影響。

表3給出了JNT-1常溫氧化鐵脫硫劑含水量為0%、1%、2%、10%20℃飽和水蒸氣下的硫容量?？梢钥闯?，當床層含水量為零時(shí)，硫容量低于10%。脫硫反應幾乎僅依靠脫硫劑本身的少量結晶水來(lái)提供必要的反應水，活性成分不能充分利用。增加床層含水量，增加水分，促進(jìn)氧化鐵脫硫反應的充分進(jìn)行，硫容量逐漸增加，硫容量在2%左右增加到較大15%。含水量繼續增加到10%，硫容量開(kāi)始下降。分析原因是水分過(guò)大，導致液膜過(guò)厚，堵塞反應的微孔通道，H2S分子難以達到脫硫劑顆粒內部與活性氧化鐵分子的反應，極限情況是水分過(guò)多淹沒(méi)脫硫劑床層，H2S僅相當于洗滌后穿，使脫硫劑無(wú)法產(chǎn)生一點(diǎn)脫硫效果?？紤]到實(shí)際情況，我們在實(shí)驗評價(jià)裝置中添加了水飽和器5，使氣體在一定溫度下飽和，然后進(jìn)入反應器6（在這種情況下，20℃總水分約為脫硫劑干重5%)硫容14%，與2%水分相差約1%，說(shuō)明水分分布對脫硫影響不大。

見(jiàn)表3中40%的水表示20℃的飽和水

因此，對于一定量的氧化鐵脫硫劑，必須確定其較佳含水量。需要注意的是，含水量會(huì )因空速不同而變化。這主要是因為氣流會(huì )帶出一些水，流速越大，帶出的水就越多。因此，在確定較佳含水量時(shí)，必須注意工藝空速的大小，見(jiàn)表2中相同的20%含水量，Sw200h-1-Sw800h-1=10%左右，這也是如上所述空速對脫硫劑應用效果的影響之一，但是，此影響相對于上面中所空速影響程度來(lái)講相對較弱。表3，JNT-1常溫氧化鐵脫硫劑600h-1由于添加了有效的表面活性劑和固水劑，空速對水的影響更大。

4、粒度的影響

根據氧化鐵脫硫機理，H2S與脫硫劑的反應受到內外擴散的影響，氣體分子從顆粒的外表面進(jìn)入毛孔并向內擴散。顆粒粒度直接影響反應中的擴散程度，反應速率隨粒度的降低而增加，直到消除內部擴散的影響。當脫硫劑粒徑過(guò)大時(shí)，小于表面積，導致脫硫劑與氣體接觸時(shí)間短，易產(chǎn)生壁流，不利于反應，硫容量必須低：粒徑過(guò)小，雖然反應充分，硫容量高，但會(huì )增加床阻力，壓力過(guò)高，對于成型脫硫劑，阻力要求小于100Pa/m床層。試驗中，將JNT-1型脫硫劑制備成四粒，并測量其硫容和床層的阻力降，見(jiàn)下表

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

見(jiàn)表3中40%的水表示20℃的飽和水

因此，對于一定量的氧化鐵脫硫劑，必須確定其較佳含水量。需要注意的是，含水量會(huì )因空速不同而變化。這主要是因為氣流會(huì )帶出一些水，流速越大，帶出的水就越多。因此，在確定較佳含水量時(shí)，必須注意工藝空速的大小，見(jiàn)表2中相同的20%含水量，Sw200h-1-Sw800h-1=10約%，這也是上述空速對脫硫劑應用效果的影響之一，但與上述空速相比，這種影響相對較弱。JNT-1常溫氧化鐵脫硫劑600h-1由于添加了有效的表面活性劑和固水劑，空速對水的影響更大。

4、粒度的影響

根據氧化鐵脫硫機理，H2S與脫硫劑的反應受到內外擴散的影響，氣體分子從顆粒的外表面進(jìn)入毛孔并向內擴散。顆粒粒度直接影響反應中的擴散程度，反應速率隨粒度的降低而增加，直到消除內部擴散的影響。當脫硫劑粒徑過(guò)大時(shí)，小于表面積，導致脫硫劑與氣體接觸時(shí)間短，易產(chǎn)生壁流，不利于反應，硫容量必須低：粒徑過(guò)小，雖然反應充分，硫容量高，但會(huì )增加床阻力，壓力過(guò)高，對于成型脫硫劑，阻力要求小于100Pa/m床層。試驗中，將JNT-1型脫硫劑制備成四粒，并測量其硫容和床層的阻力降，見(jiàn)下表

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

表5粒級和床層阻力降低

說(shuō)明：1粒級4.0～6.0mm；2粒級4.0～1.6mm；

3粒級1.6～0.9mm；4粒級0.9～0.6mm.

從表4看，隨著(zhù)顆粒粒徑的減小，脫硫劑的硫容量逐漸增加。1級粒徑為原粒度（脫硫劑制備成型無(wú)粉碎處理）。當粒徑減小到0.9～0.6mm硫容可達35%以上；同時(shí)，床層阻力急劇下降(表5)20Pa增至33OPa，顯然，它遠遠超出了成型脫硫劑的使用要求，因此脫硫劑用戶(hù)或開(kāi)發(fā)單位應在此前提下調查和比較脫硫劑的性能。一般脫硫劑的粒徑為2~10mm阻力小于更合適的98Pa/m。JNT-1原粒度下型脫硫劑硫容15%可完全保證其使用壽命，每米床層阻力降低僅20Pa，對氣源壓力影響不大。

5、氣源H2S含量的影響

在干法脫硫劑的工業(yè)應用中，一般進(jìn)口H2S含量不大于0.01%，否則濕法粗脫大部分應先進(jìn)行H2S，然后用干法脫硫。在以下五種濃度下，我們JNT-1研究型脫硫現象：100、300、500、mg/m3，結果見(jiàn)表6。脫硫劑的硫容隨氣源可見(jiàn)H2S濃度從17%增加4倍到24%。這主要是因為H2S濃度的增加增加了脫硫劑床層的濃度梯度，傳質(zhì)擴散驅動(dòng)力大，深入顆?？椎母怕试礁?，影響了硫容量的增加透快；另一方面，高濃度H2S使大量H2S在進(jìn)入顆粒之前，分子在顆粒之外與表面活性鐵反應形成硫化鐵，增加分子體積，阻塞孔隙通道，減少H2S分子進(jìn)入顆粒內部的機會(huì )影響降低硫容量的趨勢。綜合兩個(gè)方面的影響，由于顆?？纵^大，后一個(gè)方面的影響相對較弱。Lnagmuuir等溫吸附考慮，見(jiàn)下式：

Γ=Γm·

其中，Γ, 平衡吸附，g；

Γm,飽和吸附，g

b, 吸附因子，Pa-1；

P, 吸附壓力，Pa

在氣源中可見(jiàn)H2S濃度增加，H2S分壓P其平衡吸附量也隨之增加。因此，硫容量隨之增加。H2S濃度的增加呈上升趨勢，但不會(huì )增加太多。應指出，當氣源出現時(shí)H2S當濃度過(guò)高時(shí)，由于表面反應迅速，床表面呈現飽和狀態(tài)，事實(shí)上，床內部，特別是顆粒內部沒(méi)有達到完全反應，即飽和區沒(méi)有達到完全飽和，工作區長(cháng)，脫硫劑穿透過(guò)早，出現廢氣不干凈現象。因此，應首先考慮濕法脫硫。6

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

表6 硫容和氣源H2S濃度的關(guān)系

小結

主要研究溫度、水分、H2S脫硫劑含量、粒徑、空速對脫硫劑應用的影響主要討論了各種因素對脫硫劑硫容量的影響。研究結果表明，溫度和水含量的變化對脫硫劑總硫容量有較佳值20℃；脫硫劑的硫容含水量約為2%，高于其他條件，即脫硫劑的使用壽命長(cháng)。H2S硫含量的增加略有增加，物理吸附H2S增加是主要原因。隨著(zhù)脫硫劑粒徑的降低，由于與氣體接觸比表面積的增加，即脫硫劑的利用率顯著(zhù)提高，但床層阻力的降低也急劇增加。脫硫劑填充體積和氣體流量的大小直接影響使用空速，空速上升，硫容量下降。對硫容量的重要性的研究表明，其影響從高到低的順序是：溫度、粒度、含水量、空速、H2S含量。因此，在實(shí)際應用中，脫硫工藝條件的要求不能因追求高硫容而忽視，必須綜合考慮各種因素。JNT-1常溫氧化鐵脫硫劑在上述各種工藝因素的調查試驗中具有較強的適應性。

參考文獻

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