一种担载型铁酸锌基脱硫剂及制备方法
【专利摘要】一种担载型铁酸锌基脱硫剂，其活性组分为摩尔比为1:2的Fe2+和Zn2+的复合金属氧化物，并含有与Zn2+的摩尔比为0.05-0.1的助剂Cu2+的氧化物；活性组分和助剂担载在陶粒载体上，担载时活性组分与陶粒载体的质量比为1.0-2.0:4.0。本发明还公开了制备上述担载型铁酸锌基脱硫剂的方法。
【专利说明】一种担载型铁酸锌基脱硫剂及制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种担载型铁酸锌基脱硫剂。
[0002]本发明还涉及一种制备上述担载型铁酸锌基脱硫剂的方法。
【背景技术】
[0003]整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)是一种高效率、低污染的燃煤发电技术。煤气化所得粗煤气中含有固体粉尘、硫化氢、氮化物等，为了满足燃烧后气体的排放要求及减少煤气中硫化氢进入燃气轮机燃烧后对燃气轮机造成的腐蚀，需进行粗煤气净化，煤气脱硫是煤气净化的一项关键技术。为了利用煤气中占煤气热值15%以上的显热，希望煤气脱硫净化工艺温度在300-500°C，以避免传统湿法煤气脱硫工艺中因煤气净化过程中的冷却及煤气利用前的再热造成的煤气显热损失。
[0004]目前化工行业中应用的ZnO脱硫剂，其脱硫精度高，但在循环过程中由于高温锌挥发会使得脱硫剂活性下降。氧化铁脱硫剂反应速度快，但其脱硫精度低，且再生过程中因放出大量热会引起脱硫剂烧结，降低脱硫剂机械强度和再生效率。为了改善单一金属氧化物的脱硫性能，两种或多种金属氧化物组成的复合金属氧化物得到广泛研究，如铁酸锌、钛酸锌等。但目前的研究表明，铁酸锌脱硫剂在循环使用过程中脱硫性能会有所下降。为了提高铁酸锌脱硫剂的脱硫性能的循环稳定性，尤其是抑制其在强还原性气氛下氧化锌在硫化过程中的锌挥发和再生过程中的硫酸盐化，研究者尝试引入活性助剂对铁酸锌脱硫剂进行改性，但目前尚处于实验室研究阶段。同时，结合脱硫剂的工业运用，脱硫剂的成型也是影响脱硫剂运用的关键。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种担载型铁酸锌基脱硫剂。
[0006]本发明的又一目的在于提供一种制备上述担载型铁酸锌基脱硫剂的方法。
[0007]为实现上述目的，本发明提供的担载型铁酸锌基脱硫剂，其活性组分为摩尔比为1:2的Fe2+和Zn2+组成的复合金属氧化物，并含有与Zn2+的摩尔比为0.05-0.1的助剂Cu2+的氧化物；活性组分和助剂担载在陶粒载体上。
[0008]所述的担载型铁酸锌基脱硫剂中，活性组分与陶粒载体的质量比为1.0-2.0:4.0。
[0009]本发明提供的制备上述担载型铁酸锌基脱硫剂的方法，其步骤为:
[0010]I)硝酸铁和硝酸锌按照Fe2+和Zn2+摩尔比为1:2进行溶解，同时按照Cu2+: Zn2+的摩尔比为 0.05-0.1:1 加入 Cu (NO3) 2 ；
[0011]2)于60_80°C将氨水加入到步骤I制备的溶液中进行沉淀反应；
[0012]3)沉淀物于100-120°C干燥后于400-600°C焙烧；
[0013]4)焙烧后研磨成粉末状的活性组分；
[0014]5)将步骤4得到的活性组分浸溃在水溶液中，然后将陶粒载体浸溃于该水溶液中，磁力搅拌，经100-120°C干燥后于400-600°C煅烧，得到担载型铁酸锌基脱硫剂。[0015]所述的方法中，步骤I中的溶解是在蒸馏水中溶解。
[0016]所述的方法中，步骤4中粉末状的活性组分粒径为0.12-0.18mm。
[0017]所述的方法中，步骤5中活性组分与陶粒载体的质量比为1.0-2.0:4.0。
[0018]本发明与现有技术相比，具有以下突出优点:
[0019]I)本发明符合脱硫净化工艺温度在300-500°C的温度要求，且脱硫循环性能稳定;
[0020]2)本发明所用陶粒载体的制备材料中的粉煤灰是燃煤电厂废弃物，载体的制备不仅能用于脱硫剂的担载成型，而且有利于对废弃物的有效利用，而且成型工艺简单。
【具体实施方式】
[0021]本发明要解决的关键技术问题是提供一种操作简单且能制备出循环性能稳定的铁酸锌脱硫剂的活性组分，以及成本可控的对该脱硫剂活性组分进行成型的担载成型方法。
[0022]本发明的技术方案包括添加CuO助剂的铁酸锌脱硫成分的制备以及陶粒载体对活性组分的担载。通过共沉淀法进行脱硫剂粉体的制备，通过CuO助剂的添加改善铁锌基脱硫剂的循环稳定性能。
[0023]本发明的添加有CuO助剂的铁酸锌基脱硫剂成分脱硫性能及循环性能较好，脱硫剂成型工艺简单。
[0024]本发明的担载型铁酸锌基脱硫剂，其活性组分为摩尔比为1:2的Fe2+和Zn2+的复合金属氧化物，并含有与Zn2+的摩尔比为0.05-0.1的助剂Cu2+ ;活性组分和助剂担载在陶粒载体上，活性组分与陶粒载体的质量比为1.0-2.0:4.0。
[0025]本发明的担载型铁酸锌基脱硫剂的制备方法是:
[0026]I)将硝酸铁、硝酸锌按照摩尔比1.0:2.0进行取样，同时按照Cu2+:Zn2+的摩尔比在(0.05-0.1):1之间进行Cu(NO3)2取样，并分别用蒸馏水溶解配置溶液，然后将溶液混合；
[0027]2)在60_80°C将氨水加入到步骤I制备的硝酸盐溶液中，沉淀反应1_2小时，然后在100-120°C进行样品干燥；
[0028]3)将干燥后的样品在400_600°C焙烧2-3小时；
[0029]4)对焙烧后的样品进行研磨处理即得到粒径在0.12-0.18mm的粉末状的活性组分。
[0030]5)将含有CuO助剂的活性组分浸溃在水溶液中，然后将对应质量的陶粒载体浸溃于该溶液中，磁力搅拌0.5-1小时，经100-120°C干燥后在600°C煅烧1_2小时得到陶粒载体担载的铁酸锌基脱硫剂。
[0031]本发明的陶粒载体是购自北京宏通建材公司的粉煤灰质陶粒，再经过简单的破碎筛分得到一定粒径范围的孔隙丰富的陶粒载体进行担载实验。
[0032]实施例1:制备含CuO助剂的担载型铁酸锋基脱硫剂
[0033]I)将硝酸铁、硝酸锌按照摩尔比1.0:2.0进行取样，同时按照Cu2+:Zn2+的摩尔比为0.1: 1.0进行Cu (NO3) 2取样,并分别用蒸懼水溶解配置溶液，然后将溶液混合；
[0034]2)在80°C将氨水加入到步骤I制备的盐溶液中，沉淀反应2小时，然后在120°C进行样品的干燥；
[0035]3)将干燥后的样品在6000C焙烧2小时；
[0036]4)对焙烧后的样品进行研磨处理即得到粒径在0.12-0.18mm的粉末状的活性组分。
[0037]5)将步骤4的活性组分与粒径为I~2mm的陶粒载体按质量比2.0:4.0进行取样，首先将活性组分2.0g浸溃在80ml的水溶液中，然后将对应的4.0g陶粒载体浸溃于该溶液中，磁力搅拌0.5小时，经100°C干燥后再在600°C煅烧I小时得到陶粒载体担载的铁锌基脱硫剂。
[0038]比较例:制备不含CuO助剂的担载型铁酸锌基脱硫剂
[0039]I)将硝酸铁、硝酸锌按照摩尔比1.0:2.0进行取样，分别用蒸馏水溶解配置溶液，并将溶液混合；其余步骤同实施例1，制备得到不含CuO助剂的担载型铁酸锌基脱硫剂。
[0040]测试例1:
[0041]称取实施例1制备的铁酸锌脱硫剂样3g，通过石英砂稀释在固定床反应器中进行脱硫性能测试实验，进行脱除H2S反应的煤气组分:20%C02、12%H2、8%C02、7%H20、2000ppmH2S, N2平衡气；再生反应气体组分:5%02、15%H20、N2平衡气。
[0042]实施例1的铁酸锌基脱硫剂以600ppm作为脱硫剂穿透时的H2S浓度，该脱硫剂的穿透硫容为7.4g S/100g脱硫剂。
[0043]测试例2:
[0044]各称取实施例1和比较例制备的均未担载在载体上的活性组分3g，通过石英砂稀释在固定床反应器中进行脱硫性能测试实验，进行脱除H2S反应的煤气组分:20%C02、12%H2、8%C02、7%H20、2000ppm H2S、N2 平衡气；再生反应气体组分:5%02、15%H20、N2 平衡气。脱硫测试结果如表1所示，结果表明加入CuO助剂后增强了活性组分的脱硫性能的循环稳定性。
[0045]表1:
【权利要求】
1.一种担载型铁酸锌基脱硫剂，其活性组分为摩尔比为1:2的Fe2+和Zn2+的复合金属氧化物，并含有与Zn2+的摩尔比为0.05-0.1的助剂Cu2+ ； 活性组分和助剂担载在陶粒载体上。
2.根据权利要求1所述的担载型铁酸锌基脱硫剂，其中，活性组分与陶粒载体的质量比为 1.0-2.0:4.0。
3.一种制备权利要求1所述担载型铁酸锌基脱硫剂的方法，其步骤为: 1)硝酸铁和硝酸锌按照Fe2+和Zn2+摩尔比为1:2进行溶解，同时按照Cu2+:Zn2+的摩尔比为 0.05-0.1:1 加入 Cu (NO3) 2 ； 2)于60-80°C将氨水加入到步骤I制备的溶液中进行沉淀反应； 3)沉淀物于100-120°C干燥后于400-600°C焙烧； 4)焙烧后研磨成粉末状的活性组分； 5)将步骤4得到的活性组分浸溃在水溶液中，然后将陶粒载体浸溃于该水溶液中，磁力搅拌，经100-120°C干燥后于400-600°C煅烧，得到担载型铁酸锌基脱硫剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤I中的溶解是在蒸馏水中溶解。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤4中粉末状的活性组分粒径为0.12-0.18mm。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤5中活性组分与陶粒载体的质量比为1.0-2.0:4.0。
【文档编号】B01D53/82GK103463963SQ201310416230
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】杨新芳, 赵丽凤, 孙振丽, 田文栋, 肖云汉 申请人:中国科学院工程热物理研究所