[发明专利]一种氧化铁脱硫方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及焦炉煤气、天然气、煤制气脱硫领域，具体而言，涉及氧化铁脱硫方法及设备。

背景技术

焦炉煤气未经利用放空，不仅造成资源浪费，而且对环境造成巨大污染。将焦炉煤气转变为既是化工原料又是清洁燃料的甲醇成为近年来的热点。在成熟的甲醇合成方案中，经济性最好的包括焦化(焦炉气)联醇、化肥(合成氨)联醇和利用高硫煤多联供生产甲醇。与以煤为原料相比，焦炉煤气作为合成甲醇、合成氨和制氢的原料，具有装置投资少、资源丰富和原料成本低的特点，经济优势明显。焦炉煤气的资源最大化利用，符合我国建设节约型社会、保护环境、循环经济和资源、环境与社会协调和可持续发展的国策，也是煤基甲醇和煤基合成氨的又一种实现形式。

焦炉煤气中含微量硫、烯烃、氧气、焦油、萘、氰化氢、氨和苯等杂质。焦炉煤气作为化工原料使用时，这些杂质会对后续化工工艺过程中的催化剂造成毒害，导致催化剂部分或完全失活。尤其是现代高效合成催化剂，要求合成气中硫含量低于0.1×10^-6，而焦炉煤气进入蒸汽转化催化剂前也要求烯烃等杂质总含量尽可能低于50×10^-6。因此，无论是作为工业原料还是民用燃料，高效脱除焦炉煤气中的硫杂质，是焦炉煤气资源化利用的关键，也是近期研究的热点。

现如今，焦炉煤气的脱硫方法主要有以下几种方法：

1、氧化铁法

氧化铁法脱硫工艺是一种经典传统的脱硫方法，可以将焦炉煤气中的硫含量由2000mg/Nm³降低至200mg/Nm³以下(以S计)，脱硫机理为H₂S在氧化铁水合物颗粒表面的液膜中解离为H⁺、SH^-和S^2-，而后与水合氧化铁中的晶格氧(OH^-、O^2-)相互作用生成Fe₂S₃·H₂O。其反应式为：Fe₂O₃·H₂O+3H₂S→Fe₂S₃·H₂O+3H₂O氧化铁应在碱性、常温且保持水合形式的条件下操作。常温氧化铁的再生反应式为：Fe₂S₃·H₂O+3/2O₂→Fe₂O₃·H₂O+3S

通过分析氧化铁的理论硫容量指出当氧化铁的50-80％转变为硫化物时，就应进行脱硫剂的再生反应。但是在实际运行中需严格控制氧的含量，避免在脱硫剂表面生成硫单质后，H₂S扩散受阻，而且氧化铁脱硫剂再生是一个放热过程，如果再生过快，放热剧烈，脱硫剂容易起火燃烧引起火灾，具有安全隐患。

2、活性炭法

活性炭干法脱硫工艺按照脱硫机理可分为吸附法，催化法和氧化法。

吸附法活性炭脱硫可根据活性炭具有很大的比表面积，和其选择吸附特性进行焦炉煤气中硫杂质的脱除。该方法对脱除噻吩最为有效，但由于该种活性炭的硫容过小，使得噻吩的脱除在工业化中一直没有得到有效的途径。

催化法活性炭脱硫是活性炭经浸渍铜、铁等活性金属后，焦炉煤气通过脱硫剂，有机硫被催化转化为硫化氢，再被活性炭吸附或至后续精脱硫工段脱除的方法。传统活性炭脱硫由于吸附和反应速率低，且硫容较低，难以达到工业脱硫要求。

氧化法活性炭脱硫是最常用的脱硫方法，在氧存在和碱性条件下，H₂S被O₂氧化成单质硫，其反应式为：2H₂S+O₂→2H₂O+2S，有机硫中的COS与O₂反应，转化为单质硫，反应式为：2COS+O₂→2CO₂+2S，随着反应的不断进行，生产的单质硫逐渐吸附于活性炭内的微孔中，这就要求活性炭拥有一定的微孔数量，对其孔径也有一定要求。以上三种活性炭法虽然应用也比较广泛，但是脱硫过程中转变为硫单质后容易堆积在活性炭表面并阻塞活性炭的微孔道，而且活性炭法本身硫容低，反应速率也不高，不能满足快速脱硫的要求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容