技术领域本发明属于煤气净化技术领域，涉及煤气中H2S和Hg0的脱除净化，具体是一种应用Fe2O3/炭质载体催化剂同时脱除煤气中H2S和Hg0的方法。
背景技术：
煤炭是我国的主要能源，在一次能源结构中占70％左右。近年来随着我国经济的发展，对煤炭的利用量也来越大，由此引起的环境污染问题也更加突出，严重影响了生态环境和人体健康以及经济的可持续发展。煤气化是清洁、高效利用煤炭的重要途径，也是目前应用最为广泛的洁净煤技术。但在粗煤气中，仍然存在H2S、Hg等有害污染物，不仅会引起设备腐蚀，而且会造成后续利用过程中的催化剂中毒，还会严重危害生态环境和人类健康。因此，粗煤气在使用之前必须对H2S、Hg进行净化脱除，才能达到低排放、低污染的生产要求。对于煤气中H2S的脱除，目前研究的方法主要是湿法和干法。湿法脱硫的技术成熟，效率较高，但该法需在常温下进行，会造成煤气中显热的浪费。干法脱硫省去了冷却和加热等换热过程及废水处理系统，充分利用煤气的显热和潜热，使得整个系统的热效率大大提高。虽然国内外对干法脱硫进行了大量的研究，但目前尚未实现大规模工业应用，主要原因是脱硫剂在高温使用过程中存在粉化的问题，引起脱硫剂的损耗和煤气粉尘含量增加。此外，目前的干法脱硫剂价格较高，使得运行成本较高。因此，需开发高硫容、低成本的脱硫剂。汞是煤中含有的痕量重金属元素之一，煤气化过程中，煤中的汞会大部分以气态Hg0和Hg2+化合物的形式释放进入气相。煤气中Hg的形态受煤气化过程中反应气氛的影响较大，主要以气态的Hg0和Hg2+化合物的形式存在。Hg2+易溶于水，可以较容易地进行脱除。Hg0约占气态Hg的40-60％，由于其挥发性高且难溶于水，难以被现有的煤气净化装置脱除，因而成为煤气中Hg净化脱除的难点和重点。目前，对于煤气中Hg的脱除技术的研发还处于起始阶段，还缺乏有效的脱除方法，尚未形成经济有效的控制技术，主要是借鉴燃煤烟气脱除Hg技术，目前研究较多的是吸附剂吸附法。活性炭是目前研究和使用最广泛的吸附剂，利用向烟气中喷入粉末状活性炭脱除Hg的方法已经开始应用到工业中。活性炭对Hg的脱除主要是靠物理吸附，受烟气温度及成分的影响很大。运用化学方法对活性炭进行改性，可增强其对Hg的吸附能力。活性炭喷射技术的实际应用仍有一些问题必须解决：活性炭与烟气的接触时间短、活性炭利用率低、消耗量大，成本很高。美国环保署(EPA)和美国能源部(DOE)的估算结果表明：如采用活性炭喷射方式脱除燃煤烟气中的Hg，每脱除1镑Hg需耗资2.5-7万美元。利用金属氧化物及负载的金属氧化物脱除煤气中的Hg是近年来的研究新方向。Wu等研究了Fe2O3吸附剂对煤气中Hg0的脱除(S.Wu，M.Uddin，E.Sasaoka，Characteristicsoftheremovalofmercuryvaporincoalderivedfuelgasoverironoxidesorbents.Fuel85(2006)213-218.)，发现Hg0可与H2S在吸附剂上反应生成HgS，但该吸附剂只能在较低温度60-100℃下保持较好的脱除Hg0效果。中国专利CN102430383B公开了一种负载Fe、Zn和/或Pd的氧化物的γ-Al2O3吸附剂，该吸附剂可同时脱除中温煤气中H2S和Hg，煤气中H2S的脱除率最高可达90％以上，Hg的最佳脱除效率可达到60％以上。Wang等研究了两种商业的Fe基脱硫剂对模拟煤气中H2S和Hg的同时脱除(J.Wang，Y.Zhang，L.Han，L.Chang，W.Bao，Simultaneousremovalofhydrogensulfideandmercuryfromsimulatedsyngasbyiron-basedsorbents.Fuel103(2013)73-79.)，发现其中一种脱硫剂具有较高的脱除H2S和Hg的活性，140℃时Hg和H2S的脱除率达到65％和接近100％。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种应用Fe2O3/炭质载体催化剂同时脱除煤气中H2S和Hg0的方法，实现对煤气中H2S和Hg0的一体化高效、经济脱除，而且不对环境造成二次污染。本发明所提供的Fe2O3/炭质载体催化剂，其重量百分比组成是：炭质载体90-99％，以Fe2O3为计量单位Fe的氧化物1.0-10％。所述的催化剂的制备方法，是将炭质载体等体积浸渍于一定浓度的铁盐前驱体溶液中，搅拌均匀，经室温静置、50℃和110℃干燥，然后依次在250-400℃氮气和空气气氛中煅烧2-5h制得。本发明的应用Fe2O3/炭质载体催化剂同时脱除煤气中H2S和Hg0的方法，是将催化剂装填于固定床反应器中，控制反应温度150-250℃，通入含H2S和Hg0的模拟煤气，其中H2S的浓度为500-2000ppm，Hg0的浓度为20-200μg/m3，空速3000-15000h-1。本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：1、本发明所述的应用Fe2O3/炭质载体催化剂同时脱除煤气中H2S和Hg0的方法，可实现对煤气中H2S和Hg0的一体化高效、经济脱除，与H2S和Hg0的单一脱除相比，简化了工艺，降低了成本。2、按照本发明的方法，Hg0可与H2S反应生成HgS并吸附在Fe2O3/炭质载体催化剂上，实现Hg0的无害化处理，避免了对环境造成二次污染。3、按照本发明的方法，Hg0和H2S的同时脱除具有协同作用，在150-250℃温度范围内具有较高的脱除效率。煤气中H2S不仅对Fe2O3/炭质载体催化剂无毒化作用，反而对其脱除Hg0具有一定的促进作用。具体实施方式实施例1将10克活性焦等体积浸渍于10mL0.0305g/mL的Fe(NO3)3溶液中，搅拌均匀，在空气中放置5h，50℃干燥5h，110℃干燥5h，然后在氮气气氛中350℃煅烧2h，空气气氛中300℃煅烧2h，制得Fe2O3负载量1wt％的Fe2O3/活性焦催化剂。将该1wt％的Fe2O3/活性焦催化剂装填于固定床石英管反应器中，两端用石英棉固定。催化剂在反应器中程序升温至150℃后保持恒温，开始通入模拟煤气，其中H2S的浓度为500ppm，Hg0的浓度为20μg/m3，空速3000h-1，恒温吸附反应4h，H2S的脱除效率为63％，Hg0的脱除效率为59％。实施例2将10克活性焦等体积浸渍于10mL0.3050g/mL的Fe(NO3)3溶液中，搅拌均匀，在空气中放置12h，50℃干燥8h，110℃干燥8h，然后在氮气气氛中350℃煅烧4h，空气气氛中250℃煅烧2h，制得Fe2O3负载量10wt％的Fe2O3/活性焦催化剂。将该10wt％的Fe2O3/活性焦催化剂装填于固定床石英管反应器中，两端用石英棉固定。催化剂在反应器中程序升温至150℃后保持恒温，开始通入模拟煤气，其中H2S的浓度为1000ppm，Hg0的浓度为80μg/m3，空速5000h-1，恒温吸附反应4h，H2S的脱除效率为92％，Hg0的脱除效率为74％。实施例3将10克活性焦等体积浸渍于10mL0.2440g/mL的Fe(NO3)3溶液中，搅拌均匀，在空气中放置8h，50℃干燥10h，110℃干燥10h，然后在氮气气氛中400℃煅烧2h，空气气氛中300℃煅烧5h，制得Fe2O3负载量8wt％的Fe2O3/活性焦催化剂。将该8wt％的Fe2O3/活性焦催化剂装填于固定床石英管反应器中，两端用石英棉固定。催化剂在反应器中程序升温至200℃后保持恒温，开始通入模拟煤气，其中H2S的浓度为1500ppm，Hg0的浓度为20μg/m3，空速8000h-1，恒温吸附反应4h，H2S的脱除效率为89％，Hg0的脱除效率为81％。实施例4将10克活性焦等体积浸渍于10mL0.0915g/mL的Fe(NO3)3溶液中，搅拌均匀，在空气中放置12h，50℃干燥5h，110℃干燥8h，然后在氮气气氛中350℃煅烧3h，空气气氛中300℃煅烧2h，制得Fe2O3负载量3wt％的Fe2O3/活性焦催化剂。将该3wt％的Fe2O3/活性焦催化剂装填于固定床石英管反应器中，两端用石英棉固定。催化剂在反应器中程序升温至250℃后保持恒温，开始通入模拟煤气，其中H2S的浓度为1000ppm，Hg0的浓度为80μg/m3，空速3000h-1，恒温吸附反应4h，H2S的脱除效率为91％，Hg0的脱除效率为67％。实施例5将10克活性焦等体积浸渍于10mL0.1525g/mL的Fe(NO3)3溶液中，搅拌均匀，在空气中放置10h，50℃干燥8h，110℃干燥10h，然后在氮气气氛中300℃煅烧5h，空气气氛中300℃煅烧3h，制得Fe2O3负载量5wt％的Fe2O3/活性焦催化剂。将该5wt％的Fe2O3/活性焦催化剂装填于固定床石英管反应器中，两端用石英棉固定。催化剂在反应器中程序升温至180℃后保持恒温，开始通入模拟煤气，其中H2S的浓度为1500ppm，Hg0的浓度为20μg/m3，空速15000h-1，恒温吸附反应4h，H2S的脱除效率为78％，Hg0的脱除效率为68％。实施例6将10克活性焦等体积浸渍于10mL0.3050g/mL的Fe(NO3)3溶液中，搅拌均匀，在空气中放置12h，50℃干燥10h，110℃干燥10h，然后在氮气气氛中350℃煅烧3h，空气气氛中300℃煅烧3h，制得Fe2O3负载量10wt％的Fe2O3/活性焦催化剂。将该10wt％的Fe2O3/活性焦催化剂装填于固定床石英管反应器中，两端用石英棉固定。催化剂在反应器中程序升温至200℃后保持恒温，开始通入模拟煤气，其中H2S的浓度为2000ppm，Hg0的浓度为200μg/m3，空速5000h-1，恒温吸附反应4h，H2S的脱除效率为91％，Hg0的脱除效率为72％。