目前煙氣脫硫技術(shù)種類達(dá)幾十種,按脫硫過(guò)程是否加水和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài),煙氣脫硫分為:濕法、半干法、干法三大類脫硫工藝。濕法脫硫技術(shù)較為成熟,效率高,操作簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的石灰石/石灰—石膏法煙氣脫硫工藝采用鈣基脫硫劑吸收二氧化硫后生成的亞硫酸鈣、硫酸鈣,由于其溶解度較小,極易在脫硫塔內(nèi)及管道內(nèi)形成結(jié)垢、堵塞現(xiàn)象。雙堿法煙氣脫硫技術(shù)是為了克服石灰石—石灰法容易結(jié)垢的缺點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的。
1、主要來(lái)源:
近年來(lái),隨著機(jī)動(dòng)車的增多,汽車尾氣已成為主要的大氣污染源,酸雨也因此更加頻繁,嚴(yán)重危害到了建筑物、土壤和人類的生存環(huán)境。因此,世界各國(guó)紛紛提出了更高的油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)一步限制油品中的硫含量、烯烴含量和苯含量,以更好地保護(hù)人類的生存空間。
隨著對(duì)含硫原油加工量的增加及重油催化裂化的普及,油品含硫量超標(biāo)及安定性不好的現(xiàn)象也越來(lái)越嚴(yán)重。由于加氫脫硫在資金及氫源上的限制,對(duì)中小型煉油廠來(lái)說(shuō)進(jìn)行非加氫精制的研究具有重要的意義。本文簡(jiǎn)單介紹了非加氫脫硫技術(shù)進(jìn)展及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
2、硫的分布:
原油中有數(shù)百種含硫烴,目前已驗(yàn)證并確定結(jié)構(gòu)的就有200余種,這些含硫烴類在原油加工過(guò)程中不同程度地分布于各餾分油中。
燃料油中的硫主要有兩種存在形式:通常能與金屬直接發(fā)生反應(yīng)的硫化物稱為“活性硫”,包括單質(zhì)硫、硫化氫和硫醇;而不與金屬直接發(fā)生反應(yīng)的硫化物稱為“非活性硫”,包括硫醚、二硫化物、噻吩等。對(duì)于汽油餾分而言,含硫烴類以硫醇、硫化物和單環(huán)噻吩為主,其主要來(lái)源于催化裂化(簡(jiǎn)稱FCC)汽油。因此,要使汽油符合低硫汽油的指標(biāo)必須對(duì)FCC汽油原料進(jìn)行預(yù)處理或?qū)CC汽油產(chǎn)品進(jìn)行后處理。而柴油餾分中的含硫烴類有硫醇、硫化物、噻吩、苯并噻吩和二苯并噻吩等,其中二苯并噻吩的4,6位烷基存在時(shí),由于烷基的位阻作用而使脫硫非常困難,而且隨著石油餾分沸點(diǎn)的升高,含硫化合物的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜。
3、生產(chǎn)方法:
1.酸堿精制
酸堿精制是傳統(tǒng)的方法,目前仍有部分煉廠使用。由于酸堿精制分離出的酸堿渣難以處理,而且油品損失較大,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,此技術(shù)必將遭到淘汰。
2.酸精制
該法用一定濃度的硫酸、鹽酸等無(wú)機(jī)酸從石油產(chǎn)品中除去硫醚和噻吩,從而達(dá)到脫硫的目的。反應(yīng)如下所示:
R2S+H2SO4R2SH++HSO-4
3.堿精制
NaOH水溶液可以抽提出部分酸性硫化物,在堿中加入亞砜、低級(jí)醇等極性溶劑或提高堿的濃度可以提高萃取效率。如用40%的NaOH可除去柴油中60%以上的硫醇及90%的苯硫酚,其中苯硫酚對(duì)油品的安定性影響很大。
4.催化法
在酞菁催化劑法中,目前工業(yè)上應(yīng)用較多是聚酞菁鈷(CoPPC)和磺化酞菁鈷(CoSPc)催化劑。此催化劑在堿性溶液中對(duì)油品進(jìn)行處理,可以除去其中的硫醇。夏道宏認(rèn)為聚酞菁鈷(CoPPC)和磺化酞菁鈷(CoSPc)在堿液中的溶解性不好,因而降低了催化劑的利用率,為此合成出了一種水溶性較好的新型催化劑——季銨磺化酞菁鈷(CoQAHPc)n,該催化劑分子內(nèi)有氧化中心和堿中心,二者產(chǎn)生的協(xié)同作用使該催化劑的活性得到了明顯的提高。此外,金屬螯合劑法和酸性催化劑法都能使有機(jī)硫化物轉(zhuǎn)化成硫化氫,從而有效的去除成品油中的硫化物。
以上這幾種催化法脫硫效率雖然較高,但都存在著催化劑投資大、制備條件苛刻、催化活性組分易流失等缺點(diǎn)。目前煉廠使用此方法的其經(jīng)濟(jì)效益都不是很好,要想大規(guī)模的應(yīng)用催化法脫硫技術(shù),尚需克服一些技術(shù)上的問(wèn)題。
5.溶劑萃取
選擇適當(dāng)?shù)娜軇┩ㄟ^(guò)萃取法可以有效地脫除油品中的硫化物。一般而言,萃取法能有效地把油品中的硫醇萃取出來(lái),再通過(guò)蒸餾的方法將萃取溶劑和硫醇進(jìn)行分離,得到附加值較高的硫醇副產(chǎn)品,溶劑可循環(huán)使用。在萃取的過(guò)程中,常用的萃傘液是堿液,但有機(jī)硫化物在堿液和成品油中的分配系數(shù)并不高,為了提高萃取過(guò)程中的脫硫效率,可在堿液中添加少量的極性有機(jī)溶劑,如MDS、DMF、DMSOD等,這樣可以大大提高萃取過(guò)程中的脫硫效率。夏道宏等人提出了MDS-H2O-KOH化學(xué)萃取法,用這三種萃取劑對(duì)FCC汽油進(jìn)行了萃取率及回收率的實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明該方法在同一套裝置中既能把油品中的硫醇萃取出來(lái),還可以高效回收萃取液中的單一硫醇以及混合硫醇,得到高純度的硫醇副產(chǎn)品,具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。福建煉油化工公司把萃取和堿洗兩種工藝結(jié)合起來(lái),采用甲醇-堿洗復(fù)合溶劑萃取法顯著提高了FCC柴油的儲(chǔ)存安定性,萃取溶劑經(jīng)蒸餾回收甲醇后可循環(huán)使用。此種方法投資低,脫硫效率高,具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
6.催化吸附
催化吸附脫硫技術(shù)是使用吸附選擇性較好且可再生的固體吸附劑,通過(guò)化學(xué)吸附的作用來(lái)降低油品中的硫含量。它是一種新出現(xiàn)的、能夠有效脫除FCC汽油中硫化物的方法。與通常的汽油加氫脫硫相比,其投資成本和操作費(fèi)用可以降低一半以上,且可以從油品中高效地脫除硫、氮、氧化物等雜質(zhì),脫硫率可達(dá)90%以上,非常適合國(guó)內(nèi)煉油企業(yè)的現(xiàn)狀。由于吸附脫硫并不影響汽油的辛烷值和收率,因此這種技術(shù)已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外的高度重視。
Konyukhova等把一些天然沸石(如絲光沸石、鈣十字石、斜發(fā)沸石等)酸性活化后用于吸附油品中的乙基硫醇和二甲基硫,ZSM-5和NaX沸石則分別用于對(duì)硫醚和硫醇的吸附。Tsybulevskiy研究了X或Y型分子篩進(jìn)行改性后對(duì)油品的催化吸附性能。Wismann考察了活性炭對(duì)油品的催化吸附性能。而在這些研究中普遍在著脫硫深度不夠,吸附劑的硫容量較低,脫硫劑的使用周期短,且再生性能不好,因而大大限制了其工業(yè)應(yīng)用。據(jù)報(bào)道,菲利浦石油公司開(kāi)發(fā)的吸附脫硫技術(shù)于2001年應(yīng)用于258kt/a的裝置,經(jīng)處理后的汽油平均硫含量約為30μg/g,是第一套采用吸附法脫除汽油中硫化物的工業(yè)裝置,并準(zhǔn)備將這一技術(shù)應(yīng)用于柴油脫硫。
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