專利名稱：一種中溫煤氣脫硫用吸附劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤氣脫硫凈化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種煤氣脫硫吸附劑的制備方法，特別是一種中溫煤氣脫硫吸附劑的制備方法。
背景技術(shù)：
我國煤炭儲存量相對豐富，在可預(yù)見的將來，煤炭仍將是我國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要能源資源。以煤氣化為源頭的煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)以及整體煤氣化循環(huán)發(fā)電技術(shù)是目前被公認的兩種煤炭高效轉(zhuǎn)化途徑，對我國的能源安全和環(huán)境保護具有重要的意義。新型煤轉(zhuǎn)化技術(shù)，除了追求煤炭利用的高效率，更加關(guān)注的還有煤利用中引起的污染物排放問題。原煤中所含的硫元素在煤氣化過程中有相當比例會轉(zhuǎn)移到煤氣化為源頭技術(shù)產(chǎn) 生的粗煤氣中，它們將主要以H2S的形式存在，很大程度上影響了煤氣的進一步轉(zhuǎn)化利用，煤氣使用之前必須對其脫除凈化。對粗煤氣進行中溫干法脫硫凈化，在有效脫除含硫氣體的同時不會引起粗煤氣熱量的損失，還可以節(jié)省常溫濕法凈化脫硫方法中煤氣降溫、升溫所需的配套設(shè)備，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的氣體凈化技術(shù)。中溫煤氣干法凈化技術(shù)的關(guān)鍵是脫硫用吸附劑的制備，目前被認可的中溫煤氣脫硫用吸附劑的活性組分主要是金屬氧化物，金屬氧化物吸附劑的制備方法與其結(jié)構(gòu)特性以及脫硫行為之間存在著直接的關(guān)聯(lián)，活性組分分布均勻、比表面積大的結(jié)構(gòu)特征是脫硫用吸附劑具有硫容大、穿透時間長的關(guān)鍵因素。浸潰法是吸附劑制備的常用方法，可以在載體上浸潰一種或幾種活性組分。浸潰法工藝簡單，處理量大，生產(chǎn)能力及生產(chǎn)率高。浸潰法一般分為傳統(tǒng)的過量溶液浸潰和等體積浸潰，但傳統(tǒng)的過量溶液浸潰法和等體積浸潰法都有無法保證活性組分最大程度地均勻分布在多孔材料的孔道內(nèi)外。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)浸潰法無法保證活性組分最大程度地均勻分布在多孔材料孔道的問題，提供一種硫容大、活性組分負載量容易控制且在載體上分散均勻、在中溫條件下穿透時間長的脫硫用吸附劑的制備方法。本發(fā)明的中溫煤氣脫硫用吸附劑的制備方法是在將硝酸鐵溶液等體積浸潰于Y-Al2O3載體上的同時，在真空擴孔作用下使硝酸鐵最大程度地負載于Y-Al2O3載體上，在超聲波作用下使硝酸鐵在Y -Al2O3載體上的分布更加均勻，經(jīng)真空干燥、高溫焙燒后，制得一種活性組分為氧化鐵的中溫煤氣脫硫用吸附劑。實驗證明，超聲功率、超聲時間以及真空壓力、真空溫度直接影響著載體Y-Al2O3的比表面積和活性組分在載體上的負載行為。本發(fā)明中溫煤氣脫硫用吸附劑的制備方法具體包括以下步驟
1).以干燥的Y-Al2O3為載體，硝酸鐵為前驅(qū)體，配置等體積浸潰法所需體積的硝酸鐵水溶液，不斷攪拌下將硝酸鐵溶液倒入Y-Al2O3載體中；
2).將步驟I)制得的等體積浸潰液在20 50°C，-0.05 -0. IOMPa真空條件下浸潰4 7h ;
3).室溫下，以20 500W的超聲功率對步驟2)的等體積浸潰液超聲浸潰I 4h;
4).50 80 °C，-0. 09 -0. IOMPa真空條件下干燥10 15h，制得負載硝酸鐵的Y -Al2O3浸潰樣；
5).將負載硝酸鐵的Y-Al2O3浸潰樣于600 700°C恒溫焙燒2 3h，冷至室溫，制得中溫煤氣脫硫用吸附劑。其中，所述的硝酸鐵水溶液中，活性組分氧化鐵的質(zhì)量百分數(shù)為5 21%。脫硫用吸附劑的脫硫活性評價標準當出口 H2S濃度為入口 H2S濃度的0. 1% (脫硫效率低于99. 9%)時，即認為脫硫用吸附劑穿透，不再有脫硫能力。硫化時間即為穿透時間，穿透時間內(nèi)的累積硫容即為脫硫用吸附劑的穿透硫容。

脫硫用吸附劑的脫硫活性評價在固定床反應(yīng)器內(nèi)進行，反應(yīng)器為長650mm，￠20 X 3mm的石英玻璃管，脫硫用吸附劑裝填量20ml，床層上下空間填充石英棉以使氣流均勻通過、避免吸附劑被氣體夾帶。床層溫度350 600°C，空速200( '反應(yīng)氣體組成40%H2, 33% CO, 20% CO2, 3% H2O, A 口 H2S 濃度 5000ppm, N2 為平衡氣。當出口 H2S 濃度為 5ppm(即進口濃度的0. 1%)時，認為吸附劑床層被穿透，停止評價試驗，進行吸附劑穿透時間和穿透硫容的記錄和計算。在等體積浸潰過程中，在真空環(huán)境下可以脫除多孔材料孔道內(nèi)部吸附的氣體和水分，有利于浸潰液中金屬離子向孔道內(nèi)部的遷移，載體內(nèi)表面積的有效利用率得以提高，在真空條件下浸潰更易于使浸潰液中的金屬離子在孔道內(nèi)部負載。超聲波的機械效應(yīng)能夠提高相間質(zhì)量的傳遞速度，有效改善金屬離子的分散性，使金屬離子更均勻地分布在載體表面上。在真空超聲的協(xié)同作用下，可以使金屬離子最大程度地均勻負載在多孔材料載體上，以制備出硫容大、脫硫精度高的脫硫用吸附劑。本發(fā)明的中溫煤氣脫硫用吸附劑制備方法具有以下有益效果
1.脫硫吸附劑的制備工藝操作簡單，可以廣泛應(yīng)用于以煤為原料生成的還原性化工原料氣的脫硫凈化領(lǐng)域；
2.制備脫硫用吸附劑的過程中，采用超聲和真空協(xié)同作用，在改善載體比表面積的同時將活性組分均勻負載到載體上，即載體孔結(jié)構(gòu)改善、組分負載及干燥在超聲、真空作用下完成。制得的脫硫用吸附劑中，活性組分在載體表面分布均勻、活性組分利用率高、穿透硫容大、穿透時間長。本發(fā)明的制備方法還可以應(yīng)用于其他還原性煤基原料氣脫硫用吸附劑的制備中。
具體實施例方式實施例I
將市售Y-Al2O3在200°C下烘干2 4h，降溫后置于干燥器中冷卻，制得Y-Al2O3載體。將粒徑2 3mm的Y-Al2O3載體50g置于燒杯中，與預(yù)先配置好的0. 79mol/L硝酸鐵(吸附劑中氧化鐵質(zhì)量質(zhì)量百分數(shù)理論值5. 0%)溶液40. OOml混合。先在室溫、-0. 06MPa真空條件下等體積浸潰4h，而后在室溫、常壓下，以功率150W的超聲波作用，等體積浸潰4h0
于70°C，-0. IOMPa真空條件下干燥Ilh后，放入馬弗爐中，700°C下保溫2h，自然冷卻至室溫，制得脫硫用吸附劑I。在500°C進行吸附劑脫硫性能評價，其穿透時間為4. 8h，硫容為2. 9g/100g吸附劑。實施例2
將粒徑2-3mm的Y -Al2O3載體50g置于燒杯中，與預(yù)先配置好的I. 57mol/L硝酸鐵(吸附劑中氧化鐵質(zhì)量百分數(shù)理論值10. 0%)溶液40. OOml混合。先在室溫、-0. 09MPa真空條件下等體積浸潰7h，而后在室溫、常壓下，以功率350W的超聲波作用，等體積浸潰lh。于60°C，-0. 09MPa真空條件下干燥14h后，放入馬弗爐中，600°C下保溫2. 5h，自然冷卻至室溫，制得脫硫用吸附劑II。分別在450、500和550°C進行吸附劑脫硫性能評價，其穿透時間分別為10. 3、11. 8和11. 2h，硫容分別為5. 1,6. 9和6. 2g/100g吸附劑。實施例3
將粒徑2-3mm的Y -Al2O3載體50g置于燒杯中，與預(yù)先配置好的2. 35mol/L硝酸鐵(吸附劑中氧化鐵質(zhì)量百分數(shù)理論值15. 0%)溶液40. OOml混合。先在室溫、-0. 07MPa真空條件下等體積浸潰6h，而后在室溫、常壓下，以功率250W的超聲波作用，等體積浸潰2h。于50°C，-0. 09MPa真空條件下干燥12h后，放入馬弗爐中，600°C下保溫2h，自然冷卻至室溫，制得脫硫用吸附劑III。在500°C進行吸附劑脫硫性能評價，其穿透時間為13. 9h，硫容為8. 7g/100g吸附劑。比較例I
將粒徑2 3mm的Y -Al2O3載體50g置于燒杯中，與預(yù)先配置好的2. 35mol/L硝酸鐵溶液40. OOml混合。室溫、常壓下等體積浸潰8h，50 °C，-0. 09MPa真空條件下干燥12h后，放入馬弗爐中，600°C下保溫2h，自然冷卻至室溫，制得脫硫用吸附劑1#。比較例2
將粒徑2 3mm的Y -Al2O3載體50g置于燒杯中，與預(yù)先配置好的2. 35mol/L硝酸鐵溶液40. OOml混合。室溫、常壓下，以功率250W的超聲波作用，等體積浸潰lh，而后室溫、常壓下等體積浸潰6h，再室溫、常壓下，以功率250W的超聲波作用，等體積浸潰lh，50°C, -0. 09MPa真空條件下干燥12h后，放入馬弗爐中，600°C下保溫2h，自然冷卻至室溫，制得脫硫用吸附劑2#。比較例3
將粒徑2 3mm的Y -Al2O3載體50g置于燒杯中，與預(yù)先配置好的2. 35mol/L硝酸鐵溶液40. OOml混合。在室溫、-0. 07MPa真空條件下等體積浸潰8h，50 °C，-0. 09MPa真空條件下干燥12h后，放入馬弗爐中，600°C下保溫2h，自然冷卻至室溫，制得脫硫用吸附劑3#。在前驅(qū)體樣品、操作時間和焙燒溫度均與吸附劑III相同的條件下，比較例I使用常壓等體積浸潰、比較例2使用超聲等體積浸潰、比較例3使用真空等體積浸潰的方法分別制得脫硫用吸附劑，與實施例3脫硫用吸附劑比較在500°C的脫硫性能，結(jié)果如表I。_表I不同制備方法制得的脫硫吸附劑的脫硫性能_
權(quán)利要求
1.一種中溫煤氣脫硫用吸附劑的制備方法，包括以下步驟 1).以干燥的Y-Al2O3為載體，硝酸鐵為前驅(qū)體，配置等體積浸潰法所需體積的硝酸鐵水溶液，不斷攪拌下將硝酸鐵溶液倒入Y-Al2O3載體中； 2).將步驟I)制得的等體積浸潰液在20 50°C，-0.05 -0. IOMPa真空條件下浸潰4 7h ;3).室溫下，以20 500W的超聲功率對步驟2)的等體積浸潰液超聲浸潰I 4h; 4).50 80°C，-0. 09 -0. IOMPa真空條件下干燥10 15h，制得負載硝酸鐵的Y -Al2O3浸潰樣； 5).將負載硝酸鐵的Y-Al2O3浸潰樣于600 700°C恒溫焙燒2 3h，冷至室溫，制得中溫煤氣脫硫用吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的中溫煤氣脫硫用吸附劑的制備方法，其特征是所述的硝酸鐵水溶液中，活性組分氧化鐵的質(zhì)量百分數(shù)為5 21%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中溫煤氣脫硫用吸附劑的制備方法，是在將硝酸鐵溶液等體積浸漬于γ-Al2O3載體上的同時進行真空浸漬和超聲波浸漬，經(jīng)真空干燥、高溫焙燒后，制得一種活性組分為氧化鐵的中溫煤氣脫硫用吸附劑。本發(fā)明在制備脫硫用吸附劑的過程中，采用超聲和真空協(xié)同作用，在改善載體比表面積的同時將活性組分均勻負載到載體上，即載體孔結(jié)構(gòu)改善、組分負載及干燥在超聲、真空作用下完成，制得的脫硫用吸附劑中活性組分在載體表面分布均勻、活性組分利用率高、穿透硫容大、穿透時間長。
文檔編號C10K1/32GK102764629SQ20121029205
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者盧曉芳, 常麗萍, 廖俊杰, 王美君, 肖雨, 馬清亮, 鮑衛(wèi)仁 申請人:太原理工大學(xué)