专利名称：：一种新型球状活性炭及其在脱硫领域的应用的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种新型球状活性炭的制备及其在脱硫领域的应用，具体涉及一种通过浸渍碱性化合物表面改性的新型球状活性炭，以及此种球状活性炭作为H2S脱硫剂的应用。
背景技术：
：在石油天然气工业中，天然气和炼厂气(两者总称石油气)的净化脱硫是一个非常重要的工艺过程，该过程直接影响到石化产品的合成生产及环境保护。目前，研究和开发的H2S脱除方法种类繁多。按脱硫方法，可分为干法和湿法两大类。湿法一般由于脱硫精度不高，二次污染等缺点，往往达不到精脱硫的合成气的要求，而且成本高，能耗大。干法脱硫主要包括氧化铁法、氧化锌法和活性炭法。氧化铁法，占地面积大，脱硫精度不高，而且需要定期再生或更换，总体上不是很经济；氧化锌法虽然脱硫精度高，一般不能再生即废弃，且常温硫容低，使用成本高，因此限制了它的使用范围。活性炭法与其它工业脱硫方法相比，具有操作方便、硫容量大和脱硫效率高，脱硫精度高，成本低等特点，因而得到广泛应用。特别是通过改性后可以更有效地脱除H2S。活性炭脱硫剂具有脱硫精度高、操作条件温和、适用范同广、能耗低、无二次污染等特点，多年来一直是国内外的研究热点。但是现有的活性炭脱硫剂在使用中存在着硫容偏小、固定床使用时脱硫剂装填不均匀，气体阻力大、长期使用掉屑较多等缺点。球状活性炭是一种新型的高性能活性炭，其具有外表均匀，结构规整，孔径分布较窄，比普通活性炭的使用寿命更加长久等特点。球状活性炭比一般的活性炭更易于浸渍化学物质，从而提高反应速度和选择性，活性炭的耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑，产品杂质含量低的优点使它更适宜于再生脱附过程。球状活性炭目前主要应用于军工和医药领域。在军工领域主要用来制作防化服、滤毒罐以及潜艇和飞船中的气体过滤装置。在医药领域，球状活性炭可以用作药剂或者口服吸附剂，比如在治疗炎性肠疾病、口周围炎性疾病的药物中有使用，也可以用作治疗或者缓解肾衰竭的血液灌流的载体。但是球状活性炭作为一种高性能的活性炭，至今尚未用作气体脱硫剂。
发明内容针对现有的活性炭脱硫剂的缺陷，本发明提供一种经改性的新型球状活性炭，用于H2S的脱除，解决了普通活性炭脱硫剂硫容小和固定床使用阻力大等缺陷。本发明是通过以下技术方案实现的一种新型球状活性炭，其特征在于，所述的新型球状活性炭是以沥青基球状活性炭或树脂基球状活性炭为载体，以质量浓度为1-10%钠或钾的碱性化合物的溶液进行等体积浸渍或者过量浸渍，然后在30-16(TC下进行干燥而成，钠或钾碱性化合物的量为所述的新型球状活性炭质量的1-10%;其中，所述的沥青基或树脂基球状活性炭粒径0.1-2mm，表观密度为0.4-0.8g/cm3，球形度大于95%，比表面积为400-1600m2/g，孔容为0.2-0.9cm3/g。上述钠或钾的碱性化合物优选NaOH、NaHC03、Na2C03、KOH、KHC03、K2C03中的一种。上述新型球状活性炭优化方案为将沥青基或树脂基球状活性炭与6%的钠或钾碱性化合物溶液进行等体积或者过量浸渍，然后在12(TC下干燥12h制得而成。本发明的新型球状活性炭形状为球形，颜色为黑色，粒径为0.1-2mm，比表面积为300-1600m2/g，孔容为0.2-0.9cm3/g，堆密度为0.4-0.8g/cm3。本发明所使用的球状活性炭，由于外表均匀，结构规整，孔径分布较窄，因此它比一般的活性炭更易于浸渍化学物质，不需要共浸催化剂助剂或分散剂即可制得高硫容的脱硫剂，比一般的活性炭脱硫剂的制备方法更简单，脱除硫化氢的效果更好。本发明还提供本新型球状活性炭在脱硫领域的应用，即作为H2S脱硫剂的应用。本新型球状活性炭作为H2S脱硫剂的应用将含有H2S的标准混合气，在含氧条件下通入装填有球状活性炭脱硫剂的反应器，反应温度控制在15-60°C，气体相对湿度15-100%，压力为常压到8MPa。本球状活性炭的穿透硫容可达5080%。在玻璃柱反应器中可测定本球状活性炭作为脱硫剂脱除H2S的性能，过程如下玻璃反应器直径为4mm，脱硫剂的粒径为0.4-0.6mm，反应温度控制在3(TC，气体的相对湿度为90%，原料气为N2与H2S配置的标准混合气。含有H2S的标准混合气以一定的空速进入反应器，被脱硫剂吸附，随着时间的进行，脱硫剂逐渐被穿透和饱和。通过进气流量，H2S进出口浓度，脱硫剂的质量，穿透时间来计算该脱硫剂的硫容。本球状活性炭作为脱硫剂，在脱除H2S的过程中不仅起吸附剂的作用，更重要的是起催化剂的作用。本球状活性炭脱硫的机理主要包括一下三个过程(1)气体中的水被活性炭吸附后在其表面形成一层水膜；(2)H2S和02扩散进入活性炭孔内并溶解在水膜中，H2S在水膜中解离生成HS—，02在活性炭作用下吸附活化，并与HS—发生反应；(3)键断裂生成的活性氧原子也与HS—反应，生成的单质S逐渐沉积在活性炭孑L内。对于生成的单质S，部分会继续被氧化生成S02，进而生成硫酸。用反应方程式表示为H2Sgas—H2Sads(吸附)H2Sads—H2Sads-liq(溶解)H2Sads-iiq~>HSads+H(电离)HS_ads+0*ads—Sads+OH—(氧化)HS—ads+30*ads—S02ads+OH—(进一步氧化)H++OH——H20(H20的生成)其中O'ads是指解离的吸附态的氧。有益效果本球状活性炭作为脱硫剂与其他活性炭脱硫剂相比，制备过程简单，脱除H2S的硫容却有明显的提高，而且具有球状活性炭的优点固定床填充均匀，压降小，粉尘和掉渣率小，流动性好等，从而可以大幅降低脱硫过程中的处理费用和能耗。本球状活性炭可以应用于天然气、石油伴生气、合成气和污水处理厂尾气中的H2S的脱除。本球状活性炭脱硫剂与现有活性炭脱硫剂(专利号为CN1088387C和CN1037068C等)相比具有一下三大优点一、制备方法简单，本球状活性炭浸渍过程中不需要添加助剂或分散剂，浸渍后不用高温煅烧即可制得。二、穿透硫容大，在优化条件下的穿透硫容可达60%以上。三、压降小、掉渣少。本球状活性炭脱硫剂外表为均匀球形，结构规整，在固定床使用中，填充均匀，气体压降小，可以降低风机功率消耗。图l一a、图l一b:不同种类活性炭脱硫剂的固定床压降性能比较图2:不同种类活性炭脱硫剂的粉尘量比较具体实施例方式下面通过实施例及附表、图对本发明作进一步阐述。实施例1将10g沥青基球状活性炭(PSAC-220)与质量浓度8Q/。的Na2C03溶液进行等体积浸渍，于12(TC干燥24h制得本发明的新型球状活性炭。将本发明的新型球状活性炭作为脱硫剂，在常压，温度为30°C，相对湿度为90%，H2S进口浓度1500ppm，氧气含量为1%的条件下进行脱硫性能表征，当穿透浓度为lppm时，试验结果表明新型球状活性炭脱硫剂的穿透硫容为620/0。实施例2将10g酚醛树脂基球状活性炭与质量浓度为5%的KOH溶液进行等体积浸渍，于12(TC干燥24h制得本发明的球状活性炭。将本发明的新型球状活性炭作为脱硫剂，在常压，温度为25°C，相对湿度为80%，H2S浓度1500ppm，氧气含量为1%的条件下进行脱硫性能表征，当穿透浓度为lppm时，试验结果表明该新型球状活性炭的穿透硫容为54%。实施例3在常压，温度为3(TC，相对湿度为90%，原料气中H2S含量为1000卯m，氧气含量为1%的条件下，对实施实例1的新型球状活性炭脱硫剂、普通浸渍活性炭、高硫容浸渍活性炭干法脱硫剂(专利号CN1088387C)、美国Westvaco活性炭进行性能比较，结果见表l。从表l可以看出，当穿透浓度为l卯m时，本发明的新型球状活性炭作为脱硫剂的穿透硫容最大，可达62%。实施例4在常压，不同气速下对本发明的新型球状活性炭脱硫剂(PSAC)、柱状炭脱硫剂(EAC)、和颗粒炭脱硫剂(GAC)进行压降和粉尘量测试，测试结果如图l、2所示。从图l可以看出，本发明的球状活性炭脱硫剂的压降最小，仅为颗粒炭或者柱状炭压降的50%左右。从图2可以看出本发明的球状炭的粉尘量也最少，只有0.02%左右。因此本球状活性炭的在固定床的使用中性能是较好的。注本发明使用的沥青基或树脂基球状活性炭均由上海合达炭素有限公司提供。表1不同活性炭脱硫剂及其硫容<table>complextableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种新型球状活性炭，其特征在于，所述的新型球状活性炭是以沥青基球状活性炭或树脂基球状活性炭为载体，以质量浓度为1-10％钠或钾的碱性化合物溶液进行等体积浸渍或者过量浸渍，然后在30-160℃下进行干燥而成，钠或钾碱性化合物的量为所述的新型球状活性炭质量的1-10％；其中，所述的沥青基或树脂基球状活性炭，粒径为0.1-2mm，表观密度为0.4-0.8kg/m3，球形度大于95％，比表面积为400-1600m2/g，孔容为0.2-0.9cm3/g。2、如权利要求1所述的新型球状活性炭，其特征在于，所述的钠或钾的碱性化合物为选自NaOH、NaHC03、Na2C03、KOH、KHC03、&2(:03中的一种。3、如权利要求1所述的新型球状活性炭，其特征在于，所述的新型球状活性炭，是将沥青基或树脂基球状活性炭与质量浓度6%的钠或钾碱性化合物溶液进行等体积浸渍，然后在12(TC下干燥12小时制得的。4、一种如权利要求1所述的新型球状活性炭的应用，其特征在于，所述的新型球状活性炭作为H2S脱硫剂。5、一种如权利要求4所述的新型球状活性炭的应用，其特征在于，将含有H2S的标准混合气，在含氧条件下通入装填有球状活性炭脱硫剂的反应器，反应温度控制在15-60°C，气体相对湿度15-100%，压力为常压到8MPa。全文摘要本发明涉及一种新型球状活性炭及其及其在脱硫领域的应用。本发明的新型球状活性炭是通过将沥青基球状活性炭或树脂基球状活性炭与钠或钾的碱性化合物进行等体积浸渍或过量浸渍，在30-160℃下干燥而成。本发明可作为H<sub>2</sub>S脱硫剂，具有制备简单，穿透硫容大，固定床应用中气体阻力小，压降小，活性炭的粉尘量小的优点。可广泛应用于石油天然气、合成气以及污水处理厂尾气中H<sub>2</sub>S的脱除过程。文档编号B01D53/52GK101347718SQ20081004066公开日2009年1月21日申请日期2008年7月17日优先权日2008年7月17日发明者乔文明,凌立成,刘小军,徐生盼,梁晓怿,志王,陈庆军申请人:华东理工大学