[发明专利]中高温煤气抗粉化的铁酸锌脱硫剂及制备

说明书

一、技术领域

本发明中高温煤气抗粉化的铁酸锌脱硫剂及制备，属于脱硫剂研究和制备领域，具体地说涉及一种脱除硫化氢的脱硫剂及制备方法。

二、背景技术

新兴崛起的煤气整体化联合循环发电(IGCC)技术是二十一世纪最具前景的一项洁净煤利用技术，它预计能在2010年将整个发电系统的热效率提高到52％左右，并且环境友好。其中高温煤气热脱硫是IGCC的关键技术之一。

在过去的几年中，高温煤气脱硫剂的研制与开发已从单金属氧化物逐渐转移到复合金属氧化物上，其中铁酸锌脱硫剂由于同时兼备了氧化锌和氧化铁二者的优势，具有高脱硫精度、高硫容和高反应活性，因而成为最具代表性的复合金属氧化物脱硫剂。

国内外有关高温煤气脱硫的研究一直在进行中，在过去的几十年中，美国的摩根城能源中心(Morgantown Energy Technology Center-METC)、.煤气工艺研究所(Institute ofGas Technology)、肯塔基大学(Kentucky University)及路易斯安那州立大学(Louisianastate university)；日本的东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)、冈山大学工学院(Faculty of Engineering，Okayama University)；荷兰的德尔夫特工业大学(DelftUniversity of Technology)等组织和机构投入了大量的人力和物力，致力于研究高温煤气脱硫技术。他们所研制的脱硫剂从单金属氧化物氧化铁、氧化锌、氧化铜、氧化钙、氧化锰、氧化铈等，及复合金属氧化物铁酸锌、钛酸锌等。

铁酸锌脱硫剂最初是由DOE/METC的Grindley等人发明，由等摩尔数的Fe₂O₃和ZnO添加粘结剂在800—850℃焙烧而成。铁酸锌硫化后很容易用空气/蒸汽进行再生，实验证明了铁酸锌最终能将H₂S脱至10ppm以下。

Gupta等人利用喷雾干燥法、浸渍、研磨过筛和造粒法制备了四种铁酸锌，并分别在硫化床上进行了试验，其中用造粒法制备出的铁酸锌既能抗磨损又具备很好的反应活性，可以经受住多次循环。Gupta认为铁酸锌的使用温度不宜超过550℃，否则会由于脱硫剂化学晶变而造成化学粉化，且会引起金属锌的蒸发。

Gindley和Jha M.C.也证明了铁酸锌是一个高效的高温煤气脱硫剂。因为它具有与Fe₂O₃相同的尖晶石结构，与ZnO相比元素锌的蒸发少，而且ZnFe₂O₄易从锌铁矿、冶金工业副产品(平炉渣)中得到，故具有广阔的前景。

随后，Gindley为了提高脱硫剂的寿命和抗摩性，在铁酸锌脱硫剂中加入了粘合剂，分别选择了含量为5％和2％的膨润土，2％硅镁石，2％的高岭石和5％的铝酸钙作为粘合剂，这些粘合剂的加入使得脱硫剂能承受三次硫化再生循环实验，机械强度及抗粉化程度提高。Woods通过加入2％的膨润土及改变煅烧条件制成了强度好而又稳定性好的铁酸锌脱硫剂，对其中之一的T-2465脱硫剂进行了还原、硫化、再生的动力学研究。

为了提高铁酸锌脱硫剂的脱硫性能，尤其是抑制在强还原性气氛中氧化锌在硫化过程中的锌挥发和再生过程中的硫酸盐化，Akyuritlu在铁酸锌中加入V₂O₅。随着V₂O₅加入量的增加，铁酸锌脱硫剂表现出更好的循环稳定性，所有的Zn-Fe-V脱硫剂都能将硫化氢脱至比氧化锌更低的水平。另外由于钒的加入使得锌的稳定性增强，更不易挥发。分两步煅烧增强了铁酸锌脱硫剂的结构稳定性。

国内北京煤炭科学研究院应幼菊等人受联合国资助，建立了高温煤气脱硫-再生实验系统，操作压力(0.4—2.0MPa)、温度(650—750℃)。它主要着重于Fe-Zn或Zn-Ti脱硫剂在流化床上进行脱硫过程的活性评价，使得进口的H₂S由5000ppm降至出口60ppm。

另外西北化工研究院也是从二十世纪八十年代以来致力于煤气脱硫的研究，开发了二十多种不同系列(温度、压力、气氛)脱硫剂，并对其进行了活性评价。

中国科学院山西煤炭化学研究所侯相林等人对氧化铜、氧化铁、氧化锰、氧化锌、氧化锡、氧化钙的脱硫性能作比较，并在此基础上对负载型脱硫剂所用的载体作用的影响进行了研究。