[发明专利]中高温湿法氧化硫化氢的脱硫方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以铁基离子液体为氧化剂的中高温湿法氧化硫化氢脱硫新方法，该方法能够在中高温条件下直接采用湿式氧化法氧化硫化氢脱硫，无需调节pH值，没有副产物生成，是一种绿色的高温湿法氧化硫化氢脱除工艺。

技术背景

煤的清洁转化利用是符合人类可持续发展目标的重要能源技术。整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)由于其潜在的对环境的友好性、经济性和高效性在世界范围内受到关注，但煤气化气体中仍含有H₂S、COS、CS₂(其中90％为H₂S)、HCl、HCN和NO等有害气体，不仅具有很强的腐蚀性，引起设备、管道和燃气轮机叶片的腐蚀，而且可以使催化剂中毒，并严重危害人体健康，因此，煤气净化就成为IGCC技术中的一个重要环节。作为很有发展潜力的整体煤气化联合循环发电(IGCC)技术，如果能将中高温煤气中的硫降至20×10^-6以下，可使能源利用效率提高2％。在中高温条件下脱除气体中的硫是为了利用煤气的显热和潜热，防止后续反应所使用的各种催化剂中毒，提高催化反应的效率和催化剂的寿命，因此在煤气化过程中，如果能在中高温条件下将煤气中的硫脱除到较低的水平将提高清洁转化的效率。

煤气脱硫可采用湿法和干法进行。传统的湿法脱硫是先将高温煤气冷却至30-50℃，再由碱液吸收硫化氢，在催化剂作用下将硫化氢氧化成硫磺，脱硫后的煤气再加热使用。但在湿法脱硫中，由于反应催化体系为水溶液体系，一方面随着反应的进行副产物水不断稀释催化剂溶液体系，导致催化剂活性浓度降低，最终在生产工艺上必须不断地补充催化剂活性成分，结果必然产生大量的废水污染物并增加运行费用，脱硫产物硫磺回收困难，存在硫堵和盐堵等问题；另一方面采用湿法脱硫需要冷却高温煤气，增加了热交换装置，增大了设备投资，同时损失了煤气中的显热，降低了煤炭利用热效率。

干法脱硫采用金属氧化物吸附剂可在高温下直接脱硫，而省去溶剂吸收所需的冷却与再加热步骤，但脱硫剂再生困难，硫容相对较低，且只能应用于精脱硫，其催化剂难以适应大气量工艺过程。

离子液体(ionic liquids)又称为室温离子液体，是在室温条件下呈液态的物质，由不对称的有机阳离子和有机或无机阴离子组成。将亲水型离子液体[bmim]Cl与FeCl₃·6H₂O在开放的环境中混合或与无水FeCl₃在N₂环境下混合可合成疏水的铁基离子液体[bmim]FeCl₄。铁基离子液体[bmim]FeCl₄是一种Lewis酸催化剂。余江等(CN200910092486.5)发明了以铁基离子液体为脱硫剂构建非水相湿法氧化硫化氢的脱硫新工艺。铁基离子液体集氧化性、疏水性及稳定性好的特点，具有酸性条件下脱硫、脱硫液无流失、以及不产生副盐的优点。值得注意的是，铁基离子液体的热重分析表明其分解温度达到350℃，可在不超过240℃条件下保持原有的液体状态和物化特性。因此，本发明设计以铁基离子液体为脱硫剂，在不超过240℃条件下氧化硫化氢的中高温湿法氧化硫化氢脱硫，生成硫磺产物，以空气中氧气为氧化剂再生铁基离子液体而循环使用。中高温湿法氧化硫化氢脱硫工艺集湿法脱硫和干法脱硫的共同优点，既可以在高温条件下直接脱硫，又可以满足大流量、含硫量低或浓度变化大的硫化氢气体的脱硫。

发明内容

本发明的目的之一是发明一种能够在高温条件稳定存在的液体氧化脱硫剂。利用铁基离子液体在低于240℃下具有良好的高热稳定性的特点，突破传统的水相湿法脱硫液只能在60℃以下操作的局限性，使脱硫反应温度可以超过100℃。

本发明的目的之二是提供一种在中高温条件下脱除硫化氢的方法。利用铁基离子液体在240℃以下能够保持其物化特性而循环使用的特性，发展中高温脱硫新方法。

本发明的目的之三是构建一种无二次污染的中高温湿法氧化硫化氢的绿色脱硫工艺。在中高温氧化硫化氢的过程中不需要调控pH，铁基离子液体的酸性特点避免了硫代硫酸盐和硫酸盐等副产物的生成，是一种绿色且适应中高温的湿法氧化脱除硫化氢工艺。

本发明的目的之四是提供一种集高温干法精脱硫与常温湿法高容量脱硫的优点于一体的硫化氢氧化脱硫新工艺。利用离子液体的液态温度范围宽以及三价铁的强氧化性的特点，能够提供一种在中高温条件下大气量脱除硫化氢新工艺。

本发明的铁基离子液体中高温氧化硫化氢脱硫的方法包括以下步骤：