水煤氣DSH脫硫廢液活性炭脫色研究

＊左雅萌 陳志云 牛亮亮 安磊 田軟靜 葛培堯 鞏宇

（山西晉豐煤化工有限責(zé)任公司 山西 048000）

煤焦化產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣、煤氣化產(chǎn)生的合成氣中往往含有一定量的硫化氫氣體。硫化氫氣體有很強(qiáng)的毒性和腐蝕性，易導(dǎo)致環(huán)境污染、催化劑中毒以及設(shè)備腐蝕，因此在利用焦?fàn)t煤氣和合成氣前，通常需要脫除硫化氫。大規(guī)模連續(xù)化脫除硫化氫常用濕式催化氧化法[1]，該方法在脫硫過程中會(huì)發(fā)生副鹽反應(yīng)，產(chǎn)生一定量的副鹽[2]。脫硫廢液是復(fù)雜的多成分堿性水溶液，含有催化劑、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫氰酸鹽、硫代硫酸鹽、硫酸鹽、防腐劑、穩(wěn)定劑等成分，直接排放會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。近年來不少研究[3-5]試圖將脫硫廢液中的副鹽提取出來作為產(chǎn)品銷售，脫鹽后的脫硫廢液又可返回脫硫系統(tǒng)循環(huán)使用。脫硫廢液成分復(fù)雜，為提高產(chǎn)品品質(zhì)，一般在提鹽之前須通過預(yù)處理去除其中懸浮物、焦油、催化劑及其他雜質(zhì)?；钚蕴棵撋浅Ｓ妙A(yù)處理方法[3]，但迄今系統(tǒng)的研究報(bào)道很少。本文針對(duì)DSH脫硫廢液的活性炭脫色進(jìn)行了系統(tǒng)研究，考察了活性炭種類、活性炭用量、脫色溫度、脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響規(guī)律，并確定最佳脫色條件。

1.實(shí)驗(yàn)部分

本研究選用大同神利凈化材料有限公司生產(chǎn)的三種工業(yè)煤制活性炭作為試驗(yàn)樣品，三種活性炭碘值分別為700mg/g（30～80目，記為C700），900mg/g（200目篩下，記為C900），950mg/g（30～80目，記為C950），以山西晉豐煤化工有限責(zé)任公司凈化車間一脫B系統(tǒng)DSH脫硫廢液作為研究對(duì)象，考察了活性炭種類、活性炭用量、脫色溫度、脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響規(guī)律。

脫色實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。將三口燒瓶置于恒溫水浴中，內(nèi)加脫硫廢液200mL，加一定量的活性炭，攪拌，加熱升溫至給定溫度（T），恒溫?cái)嚢枰欢〞r(shí)間（to），停止攪拌，恒溫靜置30min，降至室溫，過濾，濾液則為脫色后清液。冷凝管用來將揮發(fā)氣體中水蒸氣冷凝返回?zé)?，去離子水鼓泡器用于吸收尾氣中水溶性氣體，活性炭濾瓶用于吸附尾氣中有害氣體。

圖1 活性炭脫色實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

實(shí)驗(yàn)考察了活性炭種類（C700、C900、C950）、活性炭用量（5g、10g、15g、20g、25g、30g）、脫色溫度(30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃)、脫色時(shí)間（30min+30min，60min+30min，90min+30min，120min+30min,150min+30min）對(duì)脫色效果的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)通過對(duì)比清液顏色及紫外可見光譜圖來判斷脫色效果。顏色越淺、可見光區(qū)域吸光度越低，說明脫色效果越好。

2.結(jié)果與討論

（1）DSH脫硫廢液組成。DSH催化劑是一種絡(luò)合鐵系濕式催化氧化脫硫催化劑，用于山西晉豐煤化工有限責(zé)任公司凈化車間一脫B系統(tǒng)脫硫工藝。脫硫后所得的DSH脫硫廢液是多組分堿性水溶液，呈深棕紅色。其含有DSH催化劑、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫氰酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸鈉等。

（2）活性炭種類對(duì)脫色效果的影響。實(shí)驗(yàn)固定活性炭用量10g、脫色溫度80℃、脫色時(shí)間60min+30min，考察三種不同活性炭的脫色效果。碘值分別為700mg/g、900mg/g、950mg/g的三種活性炭依次記為C700、C900、C950，其粒度依次為8～30目，200目過篩，8～30目。

圖2為DSH脫硫液脫色前以及用三種不同活性炭脫色后樣品的顏色?？梢钥闯?，脫色后顏色由深紅棕色變成淺黃色，脫色效果明顯。但不同活性炭脫色所得樣品顏色差別不明顯。為此需要測(cè)試紫外可見光譜以判別不同活性炭脫色的微小差異。

圖2 DSH脫硫液活性炭脫色前后顏色變化

圖3為DSH脫硫廢液脫色前以及用三種不同活性炭脫色后樣品的紫外可見光譜圖?？梢钥闯觯撋笄逡涸?00～1000nm的吸收峰幾乎全消失，400～600nm吸光度有大幅降低且降低幅度隨波長(zhǎng)增長(zhǎng)而加大，這些現(xiàn)象與脫色后樣品顏色由深紅棕色變?yōu)闇\黃色相符。比較三種活性炭脫色后清液紫外可見光譜，發(fā)現(xiàn)C900在400～1000nm區(qū)域吸光度最低，說明其脫色效果最佳。原因可能是：①C900比C700孔容積高，因此吸附有色物質(zhì)的量更高；②盡管C900孔容比C950的稍低，但其粒度比C950的小很多，因此內(nèi)孔比C950的淺，在給定吸附條件下，吸附過程可能是以內(nèi)擴(kuò)散為控制步驟，因此C900的內(nèi)孔利用率高于C950，總的效果是C900比C950吸附有色物更多，脫色效果更好。

圖3 DSH脫硫液脫色前及用三種不同活性炭脫色后樣品的紫外可見光譜圖

（3）活性炭用量對(duì)脫色效果的影響。實(shí)驗(yàn)固定活性炭為C700，脫色溫度80℃，脫色時(shí)間60min+30min，考察活性炭用量不同（5g、10g、15g、20g、25g、30g）對(duì)200mL DSH脫硫廢液脫色效果的影響規(guī)律。

圖4為DSH脫硫廢液脫色前顏色以及用不同量活性炭（C700）脫色后清液的顏色?？梢钥闯?，脫色后顏色由深紅棕色變成了淺黃色?；钚蕴坑昧繛?g時(shí)顏色略深，10g時(shí)顏色略變淺，活性炭用量再增加，顏色不再有明顯變化。說明活性炭用量至少要10g。

圖4 不同量活性炭（C700）對(duì)DSH脫硫液脫色前后顏色對(duì)比

圖5為DSH脫硫廢液脫色前以及用不同量活性炭（C700）脫色后清液的紫外可見光譜圖?？梢钥闯觯撋?，脫硫廢液在6HS0D0～1000nm的吸收峰大幅降低，且波長(zhǎng)越長(zhǎng)，降低幅度越大，900nm時(shí)趨于零。在400～600nm區(qū)域也有大幅降低，但仍有明顯吸收，吸光度隨波長(zhǎng)增長(zhǎng)而降低。這與脫色后樣品顏色由深紅棕色變?yōu)闇\黃色的事實(shí)相符。脫色后由于在藍(lán)色區(qū)域仍有吸收，所以樣品呈淺黃色。

圖5 活性炭用量對(duì)DSH脫硫廢液脫色效果的影響

為比較活性炭用量的微弱影響，對(duì)不同量活性炭脫色后清樣的紫外可見吸收光譜圖在可見區(qū)放大，如圖6所示。可以看出，在500～800nm范圍、20g時(shí)吸光度明顯最低，因此活性炭用量為20g時(shí)脫色效果最佳。

圖6 活性炭用量對(duì)DSH脫硫廢液脫色效果的影響（局部放大圖）

（4）脫色溫度對(duì)脫色效果的影響。實(shí)驗(yàn)固定活性炭為C700，用量為10g，脫色時(shí)間60min+30min，考察脫色溫度（30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）對(duì)200mL DSH脫硫廢液脫色效果的影響規(guī)律。

圖7為DSH脫硫液脫色前顏色以及不同溫度（50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）下用活性炭脫色后液體樣品的顏色。可以看出，活性炭脫色后樣品顏色由深紅棕色變?yōu)闇\黃色。脫色溫度為80℃時(shí)顏色最淺，因此最佳脫色溫度為80℃。

圖7 不同溫度下活性炭脫色前后樣品顏色

（5）脫色時(shí)間對(duì)脫色效果的影響。實(shí)驗(yàn)固定活性炭為C700，用量為10g，脫色溫度為70℃，考察脫色時(shí)間（30min+30min，60min+30min，90min+30min，120min+30min，150min+30min）對(duì)200mL DSH脫硫廢液脫色效果的影響規(guī)律。

圖8為DSH脫硫廢液顏色以及在不同脫色時(shí)間下脫色所得清液的顏色?？梢钥闯觯撋箢伾缮罴t棕色變成淺黃色，不同脫色時(shí)間下的清液顏色差別不大?？紤]到實(shí)驗(yàn)時(shí)間所限，脫色時(shí)間可選為60min+30min。

圖8 不同脫色時(shí)間下DSH脫硫液脫色前后顏色對(duì)比

圖9為DSH脫硫液以及不同脫色時(shí)間下脫色所得液體樣品的紫外可見光譜圖。可以看出，脫色后脫硫液在500～1000nm區(qū)吸收峰消失，吸光度幾乎為零，但在400～500nm區(qū)域還有吸光度且波長(zhǎng)越短吸光度越高，所以脫色后樣品呈現(xiàn)淺黃色。

圖9 DSH脫硫液以及不同脫色時(shí)間下脫色所得清液的紫外可見光譜圖

圖10將三個(gè)不同脫色時(shí)間下所得液體樣品的紫外可見光譜在可見區(qū)進(jìn)行了放大，可以看出，在可見區(qū)四條光譜曲線幾乎平行，隨脫色時(shí)間延長(zhǎng)，在整個(gè)可見光譜區(qū)吸光度有平行下降的趨勢(shì)，這與顏色變化規(guī)律一致。說明在給定實(shí)驗(yàn)條件下，吸附未達(dá)到完全平衡。考慮實(shí)驗(yàn)時(shí)間不能太長(zhǎng)問題，可選擇60min+30min為脫色時(shí)間。

圖10 DSH脫硫液以及不同脫色時(shí)間下脫色所得清液的紫外可見光譜在可見區(qū)的放大圖

3.結(jié)論

實(shí)驗(yàn)考察了活性炭種類、用量、脫色溫度、脫色時(shí)間對(duì)DSH脫硫廢液脫色效果的影響規(guī)律，通過比較DSH脫硫廢液脫色前后顏色及分析樣品的紫外可見光譜，可以得出結(jié)論：對(duì)200mL DSH脫硫廢液，較適宜的脫色條件是：最佳活性炭為900mg/g（200目篩下），最佳活性炭用量為20g，最佳脫色溫度為80℃，最佳脫色時(shí)間為60min恒溫?cái)嚢瑁?0min恒溫靜置。