影響活性炭精脫硫劑使用壽命和效果的因素分析及對策

(河南能源化工集團 濮陽龍宇化工有限責任公司，河南 濮陽 457000)

影響活性炭精脫硫劑使用壽命和效果的因素分析及對策

陳立

(河南能源化工集團 濮陽龍宇化工有限責任公司，河南 濮陽 457000)

介紹了精脫硫活性炭的脫硫機理，并對影響精脫硫活性炭脫硫效果、使用壽命以及出現放硫現象的因素進行了分析，提出了提高脫硫活性炭的使用壽命及避免返硫現象的一些措施。通過合理控制進入脫硫劑氣體中的硫含量、氧含量、氣體的空速、溫度以及利用停車時進行再生，可有效地提高脫硫劑的使用效果，消除脫硫劑的放硫現象，延長脫硫劑的使用壽命。

脫硫活性炭；脫硫機理；放硫；措施

0 前言

活性炭精脫硫在我國煤化工項目中使用越來越廣泛，對氣體凈化、保護催化劑起到了較大的作用，但在使用過程中，不少廠家出現了在使用過程中不時“放硫”的現象，不是在脫硫，反而是在釋放硫。脫硫塔出口硫化物濃度持續的高出進口硫化物濃度。這一現象令人相當困惑，也給使用廠家帶來了困擾。為徹底解決該問題，我們對此進行了研究。

1 脫硫活性炭的脫硫機理

活性炭脫硫機理是利用活性炭表面活性基團的催化作用加速氣體中的H2S和O2發生下述反應：

ΔH= -434.3 kJ/mol

H2S與O2在活性炭表面的反應實際上分兩步進行，首先是活性炭表面吸附氧，形成活性中心的表面氧化物，然后氣體中的H2S分子與化學吸附的氧發生反應，生成的硫黃沉積在活性炭內部的微孔中。為了加速反應的進行，提高脫硫效果，實際O2、H2S物質的量之比需大于理論值0.5，其比值>3為好。活性炭脫硫劑一般通過浸漬法引入活性金屬如銅、堿金屬或堿土金屬等，以改性提高其催化活性。

2 影響活性炭脫硫效果及使用壽命的因素

2.1活性炭的比表面積

活性炭巨大的吸附能力主要歸功于其發達的內部孔隙。其內部孔隙的表面提供了吸附質被吸附的場所。所以，比表面積是活性炭的一項重要指標。活性炭的孔隙分為：微孔(<2.0 nm)、中孔(2.0～50 nm)和大孔(>50 nm)，其中微孔提供的比表面積占95%以上，中孔比表面積一般小于5%，大孔比表面積幾乎可以忽略。因此，選擇比表面積較大的活性炭是決定活性炭使用壽命的一項重要指標。

2.2活性炭的浸漬工藝

對活性炭來說，其脫硫的機理主要是靠H2S催化轉化成單質硫吸附在活性炭的微孔中，在轉化的過程中，其脫硫效果的好壞很大程度上取決于活性炭上附著物質的催化活性。因此，活性炭的浸漬工藝對催化劑脫硫效果有較大的影響。

2.3進入活性炭的氣體中的硫含量

一種活性炭的內部空隙是一定的，進入活性炭中氣體的硫含量越高，轉化后的單質硫越多，當單質硫將活性炭的微孔堵塞滿的時候，活性炭的脫硫作用也就失去了，因此，嚴格控制進入脫硫槽氣體的硫含量，這是決定活性炭使用壽命的一項重要指標。

2.4進入活性炭的氣體中的氧含量

活性炭在脫硫的過程中，需要氧的參與，氧含量越低，轉化成的固態硫越少，其活性炭的脫硫效果越差。因此，進入活性炭中氣體的氧含量也對脫硫效果存在著較大的影響。

3 脫硫效果差及出現返流原因分析

3.1進入活性炭中氣體的氧含量過小

由活性炭的脫硫機理可知，活性炭在使用一定的時間后，因活性炭中逐步吸附了一部分的硫，需要稍高的氧使氣態硫與固態硫的轉化向生成固態硫的方向進行，一旦出現氧含量不足且氣體中水汽含量較高的情況，將會逐步出現脫硫效果差甚至返硫的現象。

3.2脫硫劑的微孔被堵塞滿

在活性炭脫硫的使用后期，當活性炭的微孔被逐步堵塞滿的時候，活性炭表面無法吸附氧形成活性中心的表面氧化物，即使有少量的單質硫轉化也無法在活性炭上附著，從而造成脫硫效果差甚至返硫的現象。

4 解決措施

4.1嚴格控制活性炭進口氣體空速、溫度及氣體中的硫含量

一般情況下，活性炭的吸附空速在300～2 000 h-1，若空速過大，將造成部分氣體來不及轉化就直接進入出口，造成脫硫效果不好；同時，因活性炭的微孔較小，若氣體中的硫濃度過高，容易造成大量的固態硫直接附著在活性炭的表面，內部空隙得不到充分的利用，影響活性炭的使用效率，實踐證明，精脫硫劑進口氣體中的硫含量一般不超過0.5×10-6為宜；活性炭中的轉化反應溫度，一般在32～52 ℃為最佳，正常運行中，一般控制在25～100 ℃，可有效地提高脫硫劑的使用效果。

4.2嚴格控制活性炭進口氣體中的氧含量

由活性炭的脫硫機理可知，在活性炭的脫硫過程中，需要有氧參與反應，氧含量控制過低，容易使硫的轉化不徹底，氧含量過高，容易造成煤氣中氧含量超標發生爆炸，因此，嚴格控制氣體成的氧含量至關重要，以進口氣量50 000 m3/h、氣體中H2S含量為0.4×10-6為例，O2、H2S之比控制在5左右，需要補加的氧氣量為0.1 m3/h，流速取3 m/s，則氧氣輸送管徑一般可配置在5 mm左右，這樣即使控制過程閥門全開，也不會造成氧含量超標發生爆炸，一般情況下，因工廠條件限制，也可選用高壓空氣作為配氧源，如表1所示，為配氧前后活性炭脫硫效果的變化。

表1 配氧前后脫硫效果變化

4.3利用停車機會進行進行活性炭的再生

因活性炭脫硫后，活性炭吸附的是單質硫，根據單質硫的理化特性和活性炭的吸附與解吸基本原理，向活性炭層通無氧高溫氣流，使活性炭與單質硫同時都得到加熱，當溫度升高到325 ℃以上時，硫被熔化成液體狀態或氣態而從活性炭孔隙中解吸出來，隨過熱蒸汽帶出活性炭床外，可進一步提高脫硫劑的脫硫效果。

5 結論

分析表明，通過合理控制進入脫硫劑氣體中的硫含量、氧含量、氣體的空速、溫度以及利用停車時進行再生，可有效地提高脫硫劑的使用效果，消除脫硫劑的放硫現象，延長脫硫劑的使用壽命。

2014-05-07

陳 立(1984-)，男，助理工程師，從事甲醇行業的生產與技術管理工作，電話：15839370205。

TQ125.1

B

1003-3467(2014)08-0055-02