[发明专利]一种铁酸锌脱硫剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁酸锌脱硫剂及其制备方法，属于脱硫剂技术领域。

背景技术

煤炭洁净利用在世界经济发展中非常重要，而煤气化联合循环发电技术(简称IGCC)以其大于40％的发电效率更引起人们极大关注。然而煤气中存在的H₂S、COS、NH₃、HCl、HF和碱金属等污染物不仅会造成环境污染，而且也会造成对设备的严重腐蚀，降低了设备的使用寿命，因此煤气净化是实现IGCC工程的关键环节之一。

煤气净化主要包括脱硫、除尘两个阶段，其中煤气脱硫净化阶段通常是指对煤气化产生的高温煤气(指温度为400℃～700℃的煤气)的脱硫净化。高温煤气脱硫可以采用湿法脱硫和干法脱硫。湿法脱硫虽技术成熟，但需将高温煤气降至常温下才可进行，这样不仅会浪费煤气中的显热，且需增设换热设备，导致设备投资增大的问题。为了解决湿法脱硫产生的技术问题，现有技术中开发了干法脱硫，干法脱硫可以在高温下进行；同湿法脱硫相比，干法脱硫具有很多优点，例如可回收煤气中的显热；省去热交换装置，减少设备投资，降低发电成本；干法脱硫硫回收弹性大，可视市场供需情况，生产硫磺或硫酸；煤气中的焦油等杂质不因冷凝而堵塞系统。

由于干法脱硫具有上述很多优点，人们开始对干法脱硫的脱硫剂进行深入研究。Phillip等通过对元素周期表中各元素的分析，列出了可能用于高温煤气干法脱硫的28种金属元素。经过研究与筛选，可作为干法脱硫剂使用的元素达十多种，能满足脱硫基本要求的主要有11种金属氧化物，这些元素即Zn、Fe、Cu、Ca、Co、Cd、Mo、Pb、W、V、Ba和Mn。这些金属氧化物可在350℃～1200℃下作为脱硫剂进行干法脱硫。

随着干法脱硫技术的进一步发展，人们研究发现单一金属氧化物的脱硫剂各有优缺点，例如氧化铁硫容大，但脱硫精度低，易粉化，再生过程中易于烧结；氧化锌脱硫精度高，最佳脱硫温度为500～750℃，但温度过高氧化锌易被还原成单质锌而失去脱硫活性，温度过低氧化锌则容易与H₂S反应生成ZnS，ZnS覆盖在脱硫剂表面，阻止了H₂S分子与氧化锌的直接接触，从而影响了脱硫效率。

为了解决上述技术问题，脱硫剂已从单金属氧化物转移到复合金属氧化物上，而铁酸锌脱硫剂作为一种复合金属氧化剂脱硫剂，具有良好的脱硫效果；诸如，欧洲专利文献EP2174710A1就公开了一种基于铁酸锌的固体在含氧原料深度脱硫的方法中的应用，该专利中所述的脱硫剂包含铁氧化物或锌氧化物和多于20wt％的铁酸锌，其中铁酸锌的用量优选为50wt％，更优选为80wt％，还更优选大于98wt％。所述的脱硫剂在氢气存在下在200～400℃下对含氧化合物、含烃化合物和有机含硫化合物原料进行脱硫。另外，该专利中还公开了所述脱硫剂中铁酸锌的制备方法，是将硝酸锌、硝酸铁的水溶液和作为碱化剂的氨水溶液混合，进行沉淀反应制备得到的。

此外，中国专利文献CN101440313A也公开了一种中、高温煤气抗粉化的铁酸锌脱硫剂及其制备方法，主要是用铁和锌的硝酸盐饱和溶液与氨水在一定温度和pH条件下进行共沉淀制备铁酸锌，以铁酸锌为活性组分，粘土、造孔剂为助剂在600～800℃下焙烧制备脱硫剂，其各组分重量百分比为铁酸锌50～65wt％，粘土15～30wt％，造孔剂6～12wt％，润滑剂0.1～0.3wt％的脱硫剂。

上述技术中，制备得到的铁酸锌脱硫剂硫容较低，其仅适用于进口H₂S浓度为2000～3000ppm的煤气脱硫，但是硫容也只能达到30％，而对于H₂S浓度大于5000ppm的煤气脱硫则脱硫效果甚微。

并且该方法制备得到的铁酸锌脱硫剂中含有较多游离的氧化锌和氧化铁，而脱硫剂中残留的硫在再生时容易生成二氧化硫和三氧化硫等硫的氧化物。再生时，铁酸锌脱硫剂中游离的氧化锌很容易与三氧化硫等生成硫酸锌，降低了再生的铁酸锌脱硫剂中活性组分的含量，影响再生脱硫剂的脱硫效果。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是现有技术中制备得到的铁酸锌脱硫剂的硫容较低，不适用于H₂S浓度大于5000ppm的煤气脱硫，进而提供一种可用于制备高硫容、适用于H₂S浓度大于5000ppm的脱硫环境的铁酸锌脱硫剂的原料组成。