有關氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑的發(fā)展研究

嚴飛鵬 賀娟（陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司，陜西榆林719319）

有關氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑的發(fā)展研究

嚴飛鵬 賀娟（陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司，陜西榆林719319）

隨著社會的發(fā)展，對于煤炭資源的利用需求與日俱增。整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電作為燃煤發(fā)電技術的新趨勢，具有熱效率高和環(huán)保污染低等不可替代的優(yōu)勢。高溫煤氣脫硫是整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電技術的關鍵環(huán)節(jié)，而脫硫劑的脫硫與再生性能是確保高溫煤氣脫硫效果的核心保障。本文主要以氧化鐵基脫硫劑作為研究對象，探討了國內外鐵基脫硫劑的發(fā)展進程及思考。

氧化鐵基；高溫煤氣；脫硫劑

能源是社會發(fā)展的重要基礎，我國煤炭資源極為豐富，傳統(tǒng)利用方式不僅造成了對環(huán)境的污染問題，同時能源的轉化效率也較為落后，因此提升煤炭資源的利用率勢在必行。整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電技術（以下簡稱為IGCC），是目前較為先進的煤炭轉換技術。IGCC的原理是煤炭經過氣化進入凈化環(huán)節(jié)，之后通過燃燒方式進而促使燃氣機發(fā)電。與此同時，排氣所產生了高壓蒸汽會繼續(xù)推動蒸汽機產生運轉發(fā)電。燃氣機與蒸汽機的同時工作，最大限度地提升了煤炭資源轉化為電能的效率。本文針對研究IGCC中的煤氣凈化階段，由于煤氣化后，會產生大量的污染物質，而硫化物作為污染物質中的重要危害成分，不僅會對環(huán)境造成危害，而且會腐蝕設備裝置，因此脫硫凈化成為了IGCC的關鍵環(huán)節(jié)，對于發(fā)電系統(tǒng)的高效運作影響至關重要。因此，選擇穩(wěn)定、高效和具有再生能力的脫硫劑既是技術本身的需要，同時也關乎企業(yè)成本的降低以及經濟效益的提升。

1 對高溫煤氣脫硫劑脫硫原理的闡述

整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電技術在前期需要將煤炭完全氣化，進而在高溫(352～1202)℃的狀態(tài)下，利用脫硫劑與硫化物進行化學反應，最終使硫產物實現有效分離。一般來講，煤炭氣化后，其中大部分的硫化物會以硫化氫存在，只有少部分呈現為有機硫的形式。因此脫硫原理以硫化氫為例，脫硫過程為：金屬氧化物與硫化氫在高溫下反應生成金屬硫化物和水，而金屬硫化物經過氧化再進而生成金屬氧化物和二氧化硫。而二氧化硫是制取硫磺產品的重要輸出原料，其經濟價值極為重要。

2 氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑的特點

2.1 氧化鐵基的優(yōu)點

氧化鐵物質儲備量大、資源豐富而且在成本方面相對廉價，因此在目前高溫煤氣脫硫中受到了廣泛的應用。此外，氧化鐵基脫硫劑還具有脫硫速率高、工藝簡單、高反應再生循環(huán)利用能力強、安全可靠以及易于操作等特點，是粗凈化環(huán)節(jié)的首選。

2.2 氧化鐵基的不足

鐵基脫硫劑的脫硫精度較低，對于硫化氫的處理能力較強，而對于有機硫的脫除能力相對較差，一般脫硫效率僅能達到75%-85%，而且對于氫氣、水蒸汽和一氧化碳較為敏感，尤其受氧氣和水蒸氣的影響很大，易造成再生過程的晶變粉化現象。此外，長時間高溫循環(huán)后，脫硫效率也會大打折扣。

3 不同高溫煤氣脫硫技術的比較

3.1 固定床

該工藝對脫硫劑的要求不嚴，因此適合于脫硫劑顆粒較大的應用。然而其反應時溫度不易控制，且二氧化硫的穩(wěn)定較差，脫硫劑爆炸的潛在威脅需要引起注意。

3.2 移動床

該工藝的連續(xù)操作性能十分良好，然而要求脫硫劑十分耐磨。同時閥門耐溫和腐蝕問題也不容忽視。目前較為典型的工藝應用包括IGC和GE移動床工藝。

3.3 流化床

該工藝的特點是脫硫劑顆粒小，動力反應十分迅速，而且接觸性能良好，因此操作處理過程十分便捷和穩(wěn)定。然而其缺點是需要高強度的耐磨脫硫劑，這一方面增加了成本，另一方面對于后續(xù)維護會帶來一定的難度。

4 氧化鐵基高溫煤氣脫硫劑的發(fā)展衍變

4.1 國外對氧化鐵基脫硫劑的研究

1975年，美國率先研究開發(fā)出氧化鐵脫硫劑，通過高溫固定床試驗對硫化氫脫除達成了將近90%的效率，至此打開了鐵基作為高溫煤氣脫硫劑的開端。而后，鐵基脫硫劑不斷快速發(fā)展升級，美國西弗吉尼亞大學對鐵脫硫劑進行了配比的改良，尤其在還原與硫化動力學方面又取得了突破性的進展，而且提升了高溫狀態(tài)下的脫硫效果。與此同時，日本也抓緊了對氧化鐵脫硫劑的研究，日本Akita大學和岡山大學分別采用了鐵基副產品和混合原料法，使得高溫鐵基脫硫劑在降低生產成本的同時，又提高了脫硫的反應性能和穩(wěn)定性。而荷蘭Delft大學運用了浸漬法也使得脫硫效率不斷增強。

4.2 國內對氧化鐵基脫硫劑的研究

國內對氧化鐵脫硫劑的研究進步相對晚一些，隨著科技和科研水品的不斷發(fā)展以及國家對煤化產業(yè)的日益重視，近年來，我國對氧化鐵脫硫劑的研究取得了飛躍性地進展。首先，華東師范大學對氧化鐵在高溫脫硫下進行了跟蹤調查，進而得出高溫狀態(tài)下，其還原能力持續(xù)增強，此時高分散的元素鐵是活性硫的主要推動因素，與中低溫完全不同，并且產物為硫化鐵。其次，太原理工大學煤化所一直專注于對鐵基脫硫劑的研究，其研究重點主要針對于鋼廠赤泥作為脫硫劑的應用，研究表明400～600℃的脫硫參數中，隨著溫度的提升，脫硫效果持續(xù)增強，隨后會趨于平緩和穩(wěn)定，而且在自主產權專利的研發(fā)中具有極強的代表能力。此外，太原理工大學盧曉芳等人還設計和開發(fā)了有關鐵錳比的脫硫劑，最終得出氧化錳的還原性高于氧化鐵，尤其是運用鐵錳混合脫硫劑中，伴隨著錳比重的增加，還原和脫硫效果會大大增強。

總之，高溫煤氣脫硫劑的選擇不僅僅是氧化鐵，許多金屬氧化物都可以實現脫硫凈化的目標。然而不同脫硫劑都會有各自的利弊，氧化鐵基也是如此。隨著煤化企業(yè)對IGCC的日益重視，鐵基脫硫劑作為脫硫凈化的重要環(huán)節(jié)，也要在技術上與時俱進，不斷開拓創(chuàng)新。而且必須確保脫硫精度以及再生效果的穩(wěn)定，同時不斷提升機械強度、穩(wěn)定性和脫硫活性，最后還要充分考慮硫回收的效益性。

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