[发明专利]一种利用微波固相合成法制备铁酸锌脱硫剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于脱硫剂制备技术领域，涉及一种高温煤气脱硫剂的制备方法，特别是涉及一种铁酸锌脱硫剂的制备方法。

背景技术

整体煤气化联合循环发电（IGCC）是新兴崛起的21世纪最具前景的技术，由于其潜在的环境友好性、经济高效性，在世界范围内引起广泛的关注。煤气化产生的气体中通常含有H₂S、COS、CS₂、HCl、HCN等成分，这些高温成分进入燃气轮机内，不仅会腐蚀叶片，降低燃气轮机寿命，排放的气体也会污染环境。因此，煤气净化是IGCC系统中最重要的一个环节。

煤气净化一般分为湿法脱硫和干法脱硫。湿法脱硫虽然技术成熟，但需要在常温下进行，会浪费煤气中的显热，而干法脱硫可以回收煤气中的显热，提高发电效率，同时省去了煤气热交换装置，减少了设备投资，降低了发电成本，故干法脱硫在IGCC系统中更具有优势。

基于上述目的，人们对中高温煤气脱硫剂展开了大量的研究。Westmoreland通过分析元素周期表中各元素，认为可能用于中高温煤气脱硫的金属元素有28种，进而根据热力学研究结果并考虑到价格和毒性，只有其中11种金属元素即Ba、Ca、Co、Cu、Fe、Mn、Mo、Sr、W、V和Zn可用于干法脱硫，这些金属的氧化物可用作352～1202℃温度范围内的脱硫。

经过科学工作者的大量研究，发现单一的金属氧化物都各有优缺点。例如氧化铁脱硫剂硫容高，价格低，使用温度低，但是其硫化对还原气氛H₂、CO、H₂O比较敏感，硫化后的脱硫剂在空气中再生，放出大量热导致温度失控，从而引起表面烧结，机械强度和再生效率降低，因此，脱硫—再生循环中Fe的利用率持续衰减。氧化锌具有较高的脱硫精度，脱硫效率可达99%，但其价格高，使用温度较铁系脱硫剂高，且再生困难。

为了解决单一金属氧化物在脱硫中存在的问题，研究者将目光转向了复合金属氧化物。大量研究表明，复合金属氧化物无论从结构特性还是反应性能上，都比单一金属氧化物更有优势。这些复合金属氧化物可以是两个活性组分的混合物，如ZnFe₂O₄，其组成一般是其中一种金属氧化物具有很高的硫容，如Fe₂O₃，而另一种氧化物与H₂S有很强的亲和力，如ZnO，两者结合可以大大提高脱硫剂的脱硫性能。

在所有的复合金属氧化物脱硫剂中，铁酸锌是一种很有前途的脱硫剂，它既具备了Fe₂O₃高硫容、反应速度快、易再生的特点，也具有ZnO的高脱硫精度、高脱硫效率等优点，而且具有尖晶石结构的ZnFe₂O₄含有阳离子空位，容易吸引阴离子，使H₂S与ZnFe₂O₄的反应更容易进行，能较完全吸收硫而转化为ZnS和FeS；同时，硫化后的铁酸锌也很容易用空气/蒸汽进行再生。

但目前铁酸锌高温煤气脱硫剂尚未实现全面工业化，制约该脱硫剂进一步工业化的症结是脱硫剂结构不稳定、机械强度或耐磨损性差，导致脱硫剂在经过多次硫化/再生循环后出现较严重的粉化现象，引起脱硫剂损耗和脱硫效率下降。因此，开发高强度、高活性的铁酸锌脱硫剂成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁酸锌脱硫剂的制备方法，以解决铁酸锌在硫化/再生循环过程中由于内部结构不断变化引起的粉化问题。

本发明利用微波固相合成法制备铁酸锌脱硫剂的方法是以ZnCl₂、FeCl₃·6H₂O、NaOH为原料，本山绿泥为粘结剂，利用微波固相合成制备脱硫剂。

本发明的具体制备方法是将制备铁酸锌活性组分的原料ZnCl₂、FeCl₃·6H₂O、NaOH以1︰2︰5～7的摩尔比例混合，再添加占脱硫剂总质量60～75%的本山绿泥为粘结剂，研磨后加水捏合，挤条、干燥成型，在微波焙烧温度500～600℃下焙烧1～3h，制成铁酸锌脱硫剂。