研究脫硫工藝影響因素(連接)

3、水分的影響

在文獻(xiàn)和我們對(duì)脫硫機(jī)制的研究中，氧化鐵脫硫反應(yīng)需要水的支持，文獻(xiàn)指出氧化鐵脫硫反應(yīng)具有液相負(fù)載性能（10），水的存在直接影響H2S解離、顆粒表面液相擴(kuò)散驅(qū)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(dāng)?shù)囊耗ず穸然蛞合嘭?fù)載率。為了保證脫硫劑的活性，需要適當(dāng)?shù)暮?。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(fù)雜。本文僅針對(duì)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(dāng)床層含水量為零時(shí)，硫容量低于10%。脫硫反應(yīng)幾乎僅依靠脫硫劑本身的少量結(jié)晶水來提供必要的反應(yīng)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(yīng)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(xù)增加到10%，硫容量開始下降。分析原因是水分過大，導(dǎo)致液膜過厚，堵塞反應(yīng)的微孔通道，H2S分子難以達(dá)到脫硫劑顆粒內(nèi)部與活性氧化鐵分子的反應(yīng)，極限情況是水分過多淹沒脫硫劑床層，H2S僅相當(dāng)于洗滌后穿，使脫硫劑無法產(chǎn)生一點(diǎn)脫硫效果?？紤]到實(shí)際情況，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)評(píng)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(yīng)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%，說明水分分布對(duì)脫硫影響不大。

見表3中40%的水表示20℃的飽和水

因此，對(duì)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?yàn)闅饬鲿?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(duì)脫硫劑應(yīng)用效果的影響之一，但是，此影響相對(duì)于上面中所空速影響程度來講相對(duì)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(duì)水的影響更大。

4、粒度的影響

根據(jù)氧化鐵脫硫機(jī)理，H2S與脫硫劑的反應(yīng)受到內(nèi)外擴(kuò)散的影響，氣體分子從顆粒的外表面進(jìn)入毛孔并向內(nèi)擴(kuò)散。顆粒粒度直接影響反應(yīng)中的擴(kuò)散程度，反應(yīng)速率隨粒度的降低而增加，直到消除內(nèi)部擴(kuò)散的影響。當(dāng)脫硫劑粒徑過大時(shí)，小于表面積，導(dǎo)致脫硫劑與氣體接觸時(shí)間短，易產(chǎn)生壁流，不利于反應(yīng)，硫容量必須低：粒徑過小，雖然反應(yīng)充分，硫容量高，但會(huì)增加床阻力，壓力過高，對(duì)于成型脫硫劑，阻力要求小于100Pa/m床層。試驗(yàn)中，將JNT-1型脫硫劑制備成四粒，并測(cè)量其硫容和床層的阻力降，見下表

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

見表3中40%的水表示20℃的飽和水

因此，對(duì)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?yàn)闅饬鲿?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，見表2中相同的20%含水量，Sw200h-1-Sw800h-1=10約%，這也是上述空速對(duì)脫硫劑應(yīng)用效果的影響之一，但與上述空速相比，這種影響相對(duì)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(duì)水的影響更大。

4、粒度的影響

根據(jù)氧化鐵脫硫機(jī)理，H2S與脫硫劑的反應(yīng)受到內(nèi)外擴(kuò)散的影響，氣體分子從顆粒的外表面進(jìn)入毛孔并向內(nèi)擴(kuò)散。顆粒粒度直接影響反應(yīng)中的擴(kuò)散程度，反應(yīng)速率隨粒度的降低而增加，直到消除內(nèi)部擴(kuò)散的影響。當(dāng)脫硫劑粒徑過大時(shí)，小于表面積，導(dǎo)致脫硫劑與氣體接觸時(shí)間短，易產(chǎn)生壁流，不利于反應(yīng)，硫容量必須低：粒徑過小，雖然反應(yīng)充分，硫容量高，但會(huì)增加床阻力，壓力過高，對(duì)于成型脫硫劑，阻力要求小于100Pa/m床層。試驗(yàn)中，將JNT-1型脫硫劑制備成四粒，并測(cè)量其硫容和床層的阻力降，見下表

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

表5粒級(jí)和床層阻力降低

說明：1粒級(jí)4.0～6.0mm；2粒級(jí)4.0～1.6mm；

3粒級(jí)1.6～0.9mm；4粒級(jí)0.9～0.6mm.

從表4看，隨著顆粒粒徑的減小，脫硫劑的硫容量逐漸增加。1級(jí)粒徑為原粒度（脫硫劑制備成型無粉碎處理）。當(dāng)粒徑減小到0.9～0.6mm硫容可達(dá)35%以上；同時(shí)，床層阻力急劇下降(表5)20Pa增至33OPa，顯然，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了成型脫硫劑的使用要求，因此脫硫劑用戶或開發(fā)單位應(yīng)在此前提下調(diào)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(duì)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(yīng)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(yīng)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(xiàn)象：100、300、500、mg/m3，結(jié)果見表6。脫硫劑的硫容隨氣源可見H2S濃度從17%增加4倍到24%。這主要是因?yàn)镠2S濃度的增加增加了脫硫劑床層的濃度梯度，傳質(zhì)擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力大，深入顆?？椎母怕试礁撸绊懥肆蛉萘康脑黾油缚?；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(yīng)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(nèi)部的機(jī)會(huì)影響降低硫容量的趨勢(shì)。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(duì)較弱。Lnagmuuir等溫吸附考慮，見下式：

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(shì)，但不會(huì)增加太多。應(yīng)指出，當(dāng)氣源出現(xiàn)時(shí)H2S當(dāng)濃度過高時(shí)，由于表面反應(yīng)迅速，床表面呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，事實(shí)上，床內(nèi)部，特別是顆粒內(nèi)部沒有達(dá)到完全反應(yīng)，即飽和區(qū)沒有達(dá)到完全飽和，工作區(qū)長，脫硫劑穿透過早，出現(xiàn)廢氣不干凈現(xiàn)象。因此，應(yīng)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(jié)

主要研究溫度、水分、H2S脫硫劑含量、粒徑、空速對(duì)脫硫劑應(yīng)用的影響主要討論了各種因素對(duì)脫硫劑硫容量的影響。研究結(jié)果表明，溫度和水含量的變化對(duì)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。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(duì)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(yīng)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(diào)查試驗(yàn)中具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

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