氧化鋅脫硫劑脫硫性能的改善

李艦　李迅羽

摘 要：在現有的化工生產系統中，以煤炭氣化和焦化技術為主的技術體系是實現煤炭可持續利用的有效途徑，而在煤氣運用過程中，以硫化氫為主的硫化物是影響其利用效果的主要因素。對此，通過選取氧化鋅作為脫硫劑活性組分，借助硫酸鉀、氧化鋁等材料作為輔助用劑，以干混法制備氧化鋅脫硫劑，同時對其脫硫性能進行改善。

關鍵詞：氧化鋅;脫硫劑;脫硫性能;轉化吸收

在現有我國化學燃料資源體系中，煤炭消費量始終呈現上升趨勢，而傳統煤炭利用技術落后，導致煤炭利用率相對較低，且存在較為嚴重的污染問題，因此，為提高煤炭資源的利用價值，潔凈煤技術的應用成為了我國資源產業創新發展的關鍵途徑。然而，圍繞潔凈煤技術，其雖然能夠進一步提高煤炭資源的利用率，但因其技術生產所致的含硫氣體往往會造成一定的催化劑中毒、儀器設備腐蝕、生態環境破壞等問題。因此，需就氧化鋅脫硫劑的脫硫性能進行進一步研究，在探索脫硫性能提高有效改善路徑的基礎上確保煤炭利用行業的健康發展和持續進步。

1 氧化鋅脫硫劑的脫硫性能分析

1.1 氧化鋅前驅物對脫硫劑脫硫性能的影響

針對工業活性氧化鋅和堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的兩種不同氧化鋅脫硫劑，其對于硫化氫的穿透曲線如圖一所示。其中，由工業活性氧化鋅制備的脫硫劑對于硫化氫的穿透曲線相對較陡，且在短時間內呈現出快速增長的變化趨勢，而當反應達到1h時，出口硫化氫的濃度達到1.1ppm，當反應達到2h時，出口硫化氫的濃度達到2.96ppm。此外，針對由堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑，其對于硫化氫的穿透曲線相對平緩，且穿透時間相對較長，且呈現出明顯的前期反應速度緩慢后期增長速度緩慢變化趨勢。

1.2 堿性助劑碳酸鉀對脫硫劑脫硫性能的影響

考慮到硫化氫為酸性氣體，因此在采用氧化鋅進行脫除時，表面吸附往往是極為關鍵的過程，其中，通常情況下氧化鋅的脫硫速率與脫硫劑表面價電子數和原子數的比值有關，即當脫硫劑堿性較強時，氧化鋅脫硫劑表面的電子越多，越有利于硫化氫的去除和吸附。在此基礎上，通過將作為堿性物質的碳酸鉀導入氧化鋅脫硫劑內，能夠顯著提高氧化鋅脫硫劑的表面堿性，并最終增強氧化鋅脫硫劑的脫硫性能。其中，為研究兩種不同類型氧化鋅脫硫劑在堿性碳酸鉀導入后的脫硫性能變化，形成圖二的變化曲線。

一方面，在添加碳酸鉀后，該堿性助劑能夠對工業活性碳酸鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑產生較大影響，且硫化氫的產生濃度明顯降低，穿透時間由原本的1h延長至5h，在大幅增加穿透硫容的同時提升了氧化鋅脫硫劑的整體脫硫性能;另一方面，針對堿式碳酸鋅分解活性制備而成的氧化鋅脫硫劑，其硫化氫濃度在堿式助劑碳酸鉀的影響下發生變化不大，硫化氫的穿透時間由原本的12h轉變為14h，穿透硫容略微發生了0.61%的變化。由此可見，雖然堿性助劑碳酸鉀的使用可能會增加脫硫劑的表面堿性位，但其對于提升硫化氫吸附效率有著明顯的幫助。同時，不同氧化鋅脫硫劑在碳酸鉀作用下去除硫化氫性能的變化存在一定差異，究其原因，同樣與脫硫劑的表面積和孔結構有著直接關系。因此，合理就堿性助劑碳酸鉀進行使用，是提升氧化鋅脫硫劑脫硫性能的關鍵所在。

1.3 結構助劑γ-Al2O3前驅物對脫硫劑脫硫性能的影響

圍繞活性氧化鋁，其是一種多孔、分散度較高的物質，且其具有較大的比表面積，滿足催化作用的基本要求。在此基礎上，活性氧化鋁多作用于干燥劑、吸附劑、催化劑或催化劑載體，而在硫化氫去除過程中，采用氫氧化鋁與擬薄水鋁石作為γ-Al2O3的前驅物，能夠顯著提高氧化鋅脫硫劑的硫化氫去除性能。其中，在加入氫氧化鋁分解而成的γ-Al2O3結構助劑后，工業活性氧化鋅制備而成與堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑分別呈現圖三的曲線變化。

一方面，通過使用氫氧化鋁分解而成的γ-Al2O3結構助劑，能夠以其獨特的表面酸性物質減少脫硫劑的表面堿性，而這對于緩解工業活性氧化鋅制備而成氧化鋅脫硫劑的表面堿性位問題有著巨大的幫助，同時，在導入該結構助劑后，氧化鋅脫硫劑的脫硫性能未發生明顯變化，但與圖三相比仍存在較大差異，這說明氫氧化鋁分解而成的γ-Al2O3結構助劑確實會對脫硫劑的脫硫性能造成一定影響;另一方面，針對堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑，其在加入氫氧化鋁分解而成的γ-Al2O3結構助劑后脫硫曲線發生明顯變化，不僅脫硫時間由14h延長到16.5h，同時穿透硫容也增加到了9.12%。

2 氧化鋅脫硫劑脫硫性能的改善策略

基于上述比較研究，通過于氧化鋅脫硫劑前驅物、堿式助劑碳酸鉀以及由氫氧化鋁分解而成γ-Al2O3結構助劑三個方面開展脫硫性能分析，發現三者均會對氧化鋅脫硫劑的脫硫性能造成一定影響，因此可著手于三方面就氧化鋅脫硫性能進行改善。

首先，針對不同前驅物獲得的活性組分氧化鋅，由其制備而成的氧化鋅脫硫劑脫硫性能存在較大差異，因此，通過可采用由堿式碳酸鋅分解活性氧化鋅制備而成的氧化鋅脫硫劑，進而規避工業活性氧化鋅存在的雜質多、孔隙結構小等問題;其次，在就堿式助劑碳酸鉀加入氧化鋅脫硫劑后，脫硫劑的表面堿性發生較大變化，同樣有利于提高脫硫劑的脫硫性能，但需要注意的是，堿式助劑碳酸鉀會對脫硫劑的孔隙結構造成不利影響，因此應合理就堿式助劑碳酸鉀的加入含量進行控制;最后，γ-Al2O3結構助劑會對氧化鋅脫硫劑的脫硫性能造成一定影響，而在通常情況下，應采用效果更加明顯地由擬薄水鋁石分解制備而成的γ-Al2O3結構助劑，此外，在實際試驗中發現，結構助劑γ-Al2O3前驅物的不同，其對于氧化鋅基脫硫劑脫除硫化氫的性能也會造成不同的影響，而在通常情況下，可借助擬薄水鋁石分解的γ-Al2O3改性氧化鋅基脫硫劑進行工藝改造，能夠達到12.18%的穿透硫容。

3 結束語

綜上，圍繞氧化鋅脫硫劑脫硫性能分析，分別指出了氧化鋅脫硫劑前驅物、堿式助劑碳酸鉀以及由氫氧化鋁分解而成γ-Al2O3結構助劑對于氧化鋅脫硫劑脫硫性能的影響，其中，相關技術人員應進一步圍繞三種影響因素就氧化鋅脫硫劑的制造方案進行優化，在盡可能提升脫硫性能的基礎上保障煤氣運用的較高效益。

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