一种脱硫催化剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种脱硫催化剂及其制备方法，属于催化剂材料技术领域。


背景技术：

2.工业应用中的二氧化硫脱除技术通常以石灰石为主的湿法或半干法脱硫技术。这些脱硫工艺大多都是利用碱性物质间接或直接与二氧化硫反应生成稳定亚硫酸盐或硫酸盐，难以实现100％脱硫效率。
3.中国专利公开cn 101966470a记载了一种稀土脱硫催化剂及其制备方法。该专利公开所述的稀土脱硫催化剂由稀土、粘合剂以及金属氧化物混合物组成。所述的制备方法为：将稀土和粘合剂按比例混合，将所得混合物在活性金属盐或碱混合溶液中浸渍，所述的活性金属盐或碱混合溶液为铜盐、铁盐、铝盐、镍盐、锰盐、钴盐和锌盐中的两种以上的混合溶液；过滤，洗涤，干燥，焙烧得到稀土精脱硫催化剂成品。该专利公开记载的脱硫效率可达100％，未明确脱硫的试验条件，实际效果待验证。
4.中国专利公开cn108579802a记载了一种脱硫催化剂。该催化剂按重量计，由以下组分组成：
[0005][0006]
其中的三氧化二铝、氧化锌、氧化镍、二氧化钛、氧化镁、氧化稀土和活性金属能提高产品的活性，催化效果较好，催化效率较高。该专利公开记载的催化剂成分复杂，未有明确脱硫效率的生产试验数据。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的是提供一种脱硫催化剂。
[0008]
本发明的另一目的是提供上述脱硫催化剂的制备方法。
[0009]
本发明所述脱硫催化剂由含有下述重量份的原料制得：
[0010][0011]
上述催化剂原料基本构成中，还可以进一步含有1-5重量份氢氧化铝；
[0012]
和/或
[0013]
所述原料进一步含有0.5-15重量份钛白粉；
[0014]
和/或
[0015]
所述原料进一步含有0.5-5重量份羧甲基纤维素钠。
[0016]
所述的催化剂原料基本构成中，可以进一步含有氢氧化铝、钛白粉和羧甲基纤维素钠，也可以含有三者之中的任意一种或任意两种。
[0017]
所述催化剂中各原料为粉末形态，目数大于或等于300目。
[0018]
本技术所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0019]
a.将氢氧化铈、聚阴离子纤维素和水混合，并分散均匀，得到物料a备用；
[0020]
b.将其他原料混合均匀，得到物料b备用；
[0021]
c.将物料a和物料b混合搅拌，之后成型，整形，干燥，焙烧，自然冷却至常温，得到催化剂成品。
[0022]
所述制备方法使用含有下述重量份的原料：
[0023][0024]
其中，上述催化剂原料基本构成中，还可以进一步含有1-5重量份氢氧化铝；
[0025]
和/或
[0026]
所述原料进一步含有0.5-15重量份钛白粉；
[0027]
和/或
[0028]
所述原料进一步含有0.5-5重量份羧甲基纤维素钠。
[0029]
所述的催化剂原料基本构成中，可以进一步含有氢氧化铝、钛白粉和羧甲基纤维素钠，也可以含有三者之中的任意一种或任意两种。
[0030]
所述催化剂中各原料为粉末形态，优选目数大于或等于300目。
[0031]
所述步骤a中水的用量为10-15重量份。
[0032]
所述步骤c中物料a和物料b的重量比为1:(2-4)。
[0033]
所述步骤c中催化剂成型后形状为粉末状、球状、条状、圆柱状、多空通道或蜂窝体；优选条形。
[0034]
所述步骤c中干燥条件为在10-35℃通风干燥24h，之后在80-120℃条件下干燥2h。
[0035]
所述步骤c中焙烧条件为在380-420℃焙烧1h，之后在700-800℃焙烧4h。
[0036]
本技术所述催化剂应用于湿法脱硫，利用催化剂提高二氧化硫直接吸收反应速率，同时使脱硫效率稳定达到100％。
附图说明：
[0037]
图1为氧化镁法流程简图
[0038]
图2为应用实施例1脱硫催化剂(gct-99)装置流程简图
[0039]
图3为不同线速度下的脱硫效率。
[0040]
图4为床层高度对脱硫效率的影响。
[0041]
图5为不同线速度下对应的床层压降。
[0042]
图6为床层温度对脱硫效率的影响。
[0043]
图7为二氧化硫含量对脱硫效率的影响。
[0044]
图8为二氧化硫对床层阻力的影响。
[0045]
图9为电子压差计负载电阻与工作电压关系图。
具体实施方式
[0046]
实施例1：
[0047]
将60g氢氧化铈与1kg聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0048]
将4kg碱式氧化铁、20kg赤泥、8kg粘土、8kg硅酸镁混合均匀得到物料b；
[0049]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0050]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0051]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在80℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在380℃下焙烧1h，然后在750℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0052]
实施例2：
[0053]
将550g氢氧化铈与550g聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0054]
将8kg碱式氧化铁、20kg赤泥、8kg粘土、4kg硅酸镁混合均匀得到物料b；
[0055]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0056]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0057]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在120℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在420℃下焙烧1h，然后在800℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0058]
实施例3：
[0059]
将250g氢氧化铈与800g聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料
a；
[0060]
将6kg碱式氧化铁、16kg赤泥、12kg粘土、6kg硅酸镁混合均匀得到物料b；
[0061]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0062]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0063]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在100℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在400℃下焙烧1h，然后在750℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0064]
实施例4：
[0065]
将100g氢氧化铈与900g聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0066]
将5kg碱式氧化铁、15kg赤泥、10kg粘土、4kg硅酸镁、氢氧化铝2kg、钛白粉4kg 混合均匀得到物料b；
[0067]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0068]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0069]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在120℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在420℃下焙烧1h，然后在800℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0070]
实施例5：
[0071]
将100g氢氧化铈与900g聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0072]
将5kg碱式氧化铁、15kg赤泥、10kg粘土、4kg硅酸镁、氢氧化铝2kg、钛白粉2kg、羧甲基纤维素钠2kg混合均匀得到物料b；
[0073]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0074]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0075]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在120℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在420℃下焙烧1h，然后在800℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0076]
对比例1：
[0077]
本对比例通过具体实验，对实施例1-5制得的催化剂进行脱硫测试，以判断催化剂实际使用效果。
[0078]
一、实验条件：
[0079]
a.处理介质：含硫气体，气体构成以n2、co2、o2、so2为主；
[0080]
二氧化硫含量：＜2000ppm
[0081]
b.催化剂指标：
[0082]
外观：棕红色条形
[0083]
规格：φ2mm
×
长度5～15mm
[0084]
c.测试装置：
[0085]
脱硫塔：φ80mm，h600mm，催化剂装填高度：150mm
[0086]
一级喷淋，
[0087]
脱硫循环液水箱：20l；
[0088]
脱硫循环液：亚硫酸钠水溶液；亚硫酸钠与氢氧化钠混合水溶液。
[0089]
d.实验条件
[0090]
脱硫温度：30～80℃
[0091]
系统压力：-10～10kpa
[0092]
烟气流量：16m3/h
[0093]
液气比：0.5～1l/nm3[0094]
二、实验流程：
[0095]
a)含硫气体由脱硫塔顶进入，经过喷淋层，与脱硫循环液接触；
[0096]
b)循环液与含硫气体自上而下进入催化剂床层，并在催化剂上瞬间反应，完成脱硫；
[0097]
c)脱硫后气体与循环液分离，气体从脱硫塔侧面出气口排出；
[0098]
d)脱硫后的循环液由脱硫塔底排出，进入循环水箱循环喷淋，直至亚硫酸钠全部反应变成亚硫酸氢钠后，去后处理系统进行再生。
[0099]
e)比较含硫气体和出气口气体的二氧化硫含量，评价脱硫效果。三、反应机理：
[0100]
1、脱硫反应原理
[0101]
主反应：
[0102]
辅反应：
[0103][0104][0105][0106][0107]
2、循环液再生原理
[0108]
完全反应：
[0109]
2nahso3 ca(oh)2＝na2so3 caso3↓
h2o
[0110]
不完全反应：
[0111]
na2so3 ca(oh)2＝2naoh caso3↓
[0112]
四、实验结果：
[0113][0114]
结论：实施例1-5使用催化剂脱硫，二氧化硫脱除率均达到100％。
[0115]
对比例2
[0116]
本对比例为氧化镁法与应用实施例1脱硫催化剂(gct-99)对比试验
[0117]
一、试验目的及要求
[0118]
通过两套脱硫装置(1号线为氧化镁法工业脱硫装置，2号线为gct-99脱硫装置)进行脱硫各项效果对比试验。为了保证试验的客观公正及试验结果的准确性，试验前两种脱硫装置己稳定运行，计量精度均满足国标要求。两种脱硫装置所脱除的烟气属于同一出口，同样成分，保证对比试验的单一变量原则。
[0119]
通过同条件下氧化镁法工业脱硫装置和应用实施例1脱硫催化剂脱硫装置的对比试验，评价不同脱硫方法的脱硫效果、脱硫效率、能耗和环保效果。
[0120]
两种脱硫装置主要性能比较如下：
[0121]
烟气流量：瞬时流量(nm3/h)；累积流量(nm3)；
[0122]
烟气so2浓度(mg/nm3)：脱硫前、后；
[0123]
温度(℃)：烟气入口、出口温度；
[0124]
脱硫装置运行压降(kpa)：脱硫塔压降、床层压降；
[0125]
脱硫装置的电耗量(kw
·
h)；
[0126]
脱硫装置的水耗量(t/h)；
[0127]
脱硫材料消耗(t/t)；
[0128]
二、试验内容与方案
[0129]
(1)通过侧线验证应用实施例1脱硫催化剂脱硫装置的运行稳定性、可靠性。
[0130]
(2)氧化镁法工业脱硫装置和应用实施例1脱硫催化剂脱硫装置对同样烟气的二氧化硫脱除效果，对同一出口、同样成分的烟气进行脱除二氧化硫的试验，对比脱除之后的二氧化硫含量差值，根据差值推算二氧化硫减排量。
[0131]
(3)氧化镁法工业脱硫装置和应用实施例1脱硫催化剂装置主要设备为风机、循环泵等，通过主要设备的电流显示或电表电量，比较两套装置在单位能耗上的差别。根据单位能耗计算单位碳排放值。
[0132]
(4)gct-99脱硫装置的环保效益、社会效益。
[0133]
三、试验条件
[0134]
1、主要工艺参数：
[0135] 1号线2号线名称氧化镁法脱硫工艺应用实施例1脱硫催化剂技术脱硫塔φ8
×
30mφ0.2
×
1m入口烟气温度＜180℃＜180℃脱硫塔压降＜1200pa＜1900pa烟气流量24-25
×
104nm3/h250-300nm3/h
[0136] 2、主要设备：
[0137][0138]
3、试验相关标准
[0139]
gb 31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》
[0140]
dl/t 986-2005《湿法烟气脱硫工艺性能检测技术规范》
[0141]
dl/t 986-2006《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》
[0142]
db 37/664-2007《火电厂大气污染物排放标准(山东省)》
[0143]
gb/t37186-2018《气体分析二氧化硫和氮氧化物的测定紫外差分吸收光谱法》
[0144]
hj1131-2020《固定污染源废气二氧化硫的测定便携式紫外吸收法》
[0145]
hj1132-2020《固定污染源废气氮氧化物的测定便携式紫外吸收法》
[0146]
hj1045-2019《固定污染源烟气(二氧化硫和氮氧化物)便携式紫外吸收法测量仪器技术要求及检验方法》
[0147]
jjg968-2002《烟气分析仪检定规程》
[0148]
db37/t 2704-2015《固定污染源废气氮氧化物的测定紫外吸收法》
[0149]
db37/t 2705-2015《固定污染源废气二氧化硫的测定紫外吸收法》
[0150]
db37/t2641-2015《便携式紫外吸收法多气体测量系统技术要求及检测方法》
[0151]
hj/t 397-2007《固定源废气监测技术规范》
[0152]
四、试验设备和计量器具
[0153]
1、脱硫装置介绍：
[0154]
(1)1号线为氧化镁法工业脱硫装置
[0155]
工业脱硫工艺采用氧化镁湿法脱硫工艺，每台锅炉配备一台脱硫塔，并线运行的为4# 脱硫塔，分别配置2台风机和3台循环水泵，以及脱硫剂加料、氧化、雾化喷淋系统等。
[0156]
该锅炉为可燃烧废水、废气、废渣的三废锅炉，原料种类多，烟气组分复杂。工艺流程简图见图1。
[0157]
(2)2号线为应用实施例1脱硫催化剂脱硫装置
[0158]
侧线装置主要有喷淋塔、脱硫塔、除雾塔、脱硫液储槽、降温液储槽，以及相对应的循环泵组成。脱硫塔内装企业自主研发的高效so2脱除催化剂，入口高温烟气经喷淋降温、洗涤和初脱硫后进入脱硫塔，在高效催化剂作用下精脱硫，脱硫后的烟气经除雾后排出。工艺流程简图见图2。
[0159]
计量器具
[0160]
(1)气体流量计：
[0161]
产品名称涡街流量计介质温度-50℃～ 350℃测量介质气体、液体、蒸汽压力等级pn25、pn40等公称通径dn15-dn2000mm精度等级1.5级表体材质1cr18ni9ti等通讯方式rs485供电电压24v、锂电池可选输出信号4-20ma
[0162]
(2)液体流量计：
[0163][0164]
(3)液位计：
[0165][0166]
(4)电表：
[0167]
产品名称电能表显示方式电子式类型单相、三相工作电压220v、380v
频率50/60电流1.5(6)、10(40)、15(60)、质量标准国标等级1级
[0168]
(5)电子差压计：
[0169]
测量介质：液体或气体(与接触材质兼容)
[0170]
整体材质：
[0171]
膜片：316l不锈钢(接触)
[0172]
过程连接：304不锈钢(接触)
[0173]
外壳：304不锈钢
[0174]
密封件：丁腈橡胶(接触)
[0175]
显示外壳：abs工程塑料(数码管显示)
[0176]
赫斯曼接头：abs工程塑料
[0177]
量程范围：
[0178][0179]
压力方式：压差输出信号：4～20ma、rs485(标准modbus-rtu协议)、(0～10vdc、0～5vdc、1～5vdc) 供电电压：12～36vdc常规、15～36vdc常规
[0180]
(带显示或输出0～10vdc)
[0181]
工作条件：
[0182]
介质温度-40～85℃
[0183]
环境温度-40～85℃
[0184]
环境湿度0％～95％rh(无冷凝无结露)
[0185]
精度等级：
[0186]
0.25％fs(压差量程与额定量程比≥1:2.5)
[0187]
0.5％fs(压差量程与额定量程比《1:2.5)
[0188]
表头显示精度0.5％fs、数码管(led)显示
[0189]
抗震性能：10g(20...2000hz)
[0190]
响应频率：模拟信号输出≦500hz、数字信号输出≦5hz
[0191]
稳定性能：
±
0.1％fs/年
[0192]
温度补偿：-10～70℃
[0193]
温度漂移：
±
0.01％fs/℃(温度补偿范围内)
[0194]
整体重量：无显示≈420g；有显示≈500g
[0195]
防护等级：ip65(无显示)ip54(有显示)
[0196]
注：以上防护等级是指电气连接完整后所达到
[0197]
功率范围：
[0198]
电流型≦0.02us(w)
[0199]
数字型≦0.015us(w)
[0200]
注：us＝供电电流
[0201]
负载特性：
[0202]
电流型负载≦{(us-7.5)
÷
0.02(us＝供电电压)}ω
[0203]
负载电阻与工作电压关系见图9。
[0204]
(6)烟气分析仪：
[0205]
紫外烟气综合分析仪(以下简称分析仪)以紫外差分吸收光谱技术为核心的光学烟气分析仪，仪器主要用于排气管道中有害气体成分的测量，广泛应用于环境监测以及热工参数测量等部门。该分析仪采用紫外差分吸收光谱技术和化学计量学算法测量烟气中的so2，no， no2，o2，co，co2等气体的浓度，测量数据不受烟气中水蒸气影响，具有测量精度、交叉干扰少、响应时间快、可靠稳定、使用寿命长等特点，特别适合超低排放、高湿低硫工况测量。
[0206]
主要技术指标
[0207][0208]
[0209]
(7)so2在线监测系统
[0210]
固定源二氧化硫在线监测仪，传感器是选用进口高精度电化学传感器，采用泵吸式采样方式监测,内置除水除尘过滤器，可以很好的保护传感器不受侵害,采用声光报警装置。
[0211][0212]
(8)ph仪
[0213]
产品名称ph控制器测量范围ph(0-14)测量精度
±
0.02ph分辨率
±
0.01ph稳定性≤0.02ph/24h供电电源ac220v
±
10％温度范围-10～130℃温度补偿-10～130℃手动/自动
[0214]
五、基础数据采集
[0215]
表1：入口烟气成分(实际)
[0216]
成分单位1号装置2号装置o2％9～11％9～11％so2mg/nm3300-800300-800noxmg/nm3＜30＜30烟尘mg/nm3＜10＜10
[0217] 表2：出口烟气成分(实际)
[0218]
成分单位1号装置2号装置o2％9～11％9～11％so2mg/nm3＜10＜2noxmg/nm3＜30＜30烟尘mg/nm3＜5＜1
[0219]
表3：试验工况参数
[0220][0221]
六、脱硫效果对比
[0222]
对比两套装置的脱硫精度及床层阻力降等参数变化。
[0223][0224]
七、脱硫用电量数据对比
[0225][0226]
对比试验结果分析
[0227]
气源为三废锅炉烟气，进脱硫时烟气温度＜180℃，二氧化硫含量＜800mg/nm3，同条件下两种工艺的对比的试验结果如下：
[0228]
(1)装置稳定性方面：
[0229]
本次试验累计用时378个小时，在温差25℃环境下，gct-99脱硫工艺运行稳定，过程安全，可完全实现自动化控制。当烟气量200-400m3/h、二氧化硫浓度300-3500mg/nm3发生变化时，不调整设备运行参数，依然保证脱硫精度。
[0230]
(2)脱硫效果方面：
[0231]
相比氧化镁法工业脱硫装置，gct-99脱硫装置的脱硫效果更优，出口二氧化硫含量均为零。
[0232]
(3)适应性试验
[0233]
因现场烟气中二氧化硫含量较低，为了验证gct-99脱硫装置在不同二氧化硫浓度环境下的脱硫精度，测试期间向gct-99脱硫装置中补充二氧化硫共计47小时，累计补充二氧化硫 51.8kg。结果表明，入口二氧化硫的波动变化，对出口精度无任何影响。详见下表：
[0234][0235][0236]
(4)脱硫用电量方面：
[0237]
氧化镁脱硫装置的单位能耗为9.9kw
·
h，gct-99脱硫装置为3.8kw
·
h。根据单位能耗比较(处理每万方烟气的平均耗电量)，gct-99脱硫装置比氧化镁法装置节能62％。
[0238]
因测线装置所使用的的设备功率偏大，实际能耗不是唯一参考值。为此可参考液气比数据，以同等能力的装置平行比较，gct-99脱硫装置的液气比仅为氧化镁装置的1/10，即同样处理24.5m3/h的烟气，氧化镁法需用循环泵总功率396kw，而gct-99脱硫装置循环泵总功率仅为30kw，从工艺投资、设备选择和能耗方面更优。
[0239]
表1同等规模装置能耗对比
[0240]
参数1号装置2号装置处理气量24.5m3/h24.5m3/h循环泵功率396kw30kw液气比9.8l/nm30.625l/nm3[0241]
实验例
[0242]
本实验例为实施例1制得的催化剂中试实验
[0243]
实验条件：介质空气、脱硫塔φ80
×
h500mm、催化剂床层高度150mm、处理气量16m/h，计算线速度≈0.88m
·
s、床层温度35～55℃，二氧化硫含量～2000ppm、气液比≈1000:1。试验期间催化剂性能稳定，二氧化硫脱除率达到100％。
[0244]
一、脱硫及再生原理
[0245]
1.脱硫反应原理
[0246]
主反应：
[0247]
辅反应：
[0248][0249][0250][0251][0252]
2.循环液再生原理
[0253]
完全反应：2nahso3 ca(oh)2＝na2so3 caso3↓
h2o
[0254]
不完全反应：na2so3 ca(oh)2＝2naoh caso3↓
[0255]
二、实验目的
[0256]
1.gct-99型催化剂在烟气环境中的脱硫效果；
[0257]
2.测试线速度、温度、二氧化硫含量等对脱硫效率的影响；
[0258]
3.循环液再生系统的连续操作性。
[0259]
三、试验装置与器材
[0260]
1.分析仪器：泵吸式二氧化硫检测仪对进、出口二氧化硫进行检测。同时用二氧化硫检测管取样分析进行比对，确保数据的可靠性。
[0261]
2.试验设备：直径300mm玻璃柱(脱硫塔)，配套脱硫液循环装置、检测装置及再生装置。
[0262]
3.气体组分：
[0263]
组分氮气二氧化碳氧气二氧化硫含量vol％66～7024～266～8～4000ppm
[0264]
4.gct-99型脱硫催化剂物化指标：
[0265]
规格φ(10-4)
×
l(20-30)mm堆比重0.8～1.0kg/l；耐压强度≥100n(侧压)
[0266]
四、试验内容
[0267]
1.工艺流程
[0268]
含硫尾气
‑‑‑
升温
‑‑‑
流量计
‑‑‑
增湿系统
‑‑‑
脱硫系统
‑‑
排空(回风机入口)
[0269]
2.试验内容
[0270]
(1)gct-99型脱硫催化剂装填高度对脱硫效率的影响；
[0271]
(2)床层温度对脱硫效率的影响；
[0272]
(3)入口二氧化硫含量对脱硫效率的影响；
[0273]
(4)线速度变化对应的床层阻力及脱硫效率的影响；
[0274]
3.计算依据
[0275]
gct-99型脱硫催化剂脱硫率的计算如下：
[0276][0277]
式中：η
‑‑‑‑
脱硫率，％；
[0278]
x2‑‑‑‑
出口二氧化硫浓度
[0279]
x1‑‑‑‑
进口二氧化硫浓度
[0280]
五、实验过程及数据
[0281]
(1)线速度
[0282]
由于小试装置的线速度无法调整，因此先测试不同的线速度条件下脱硫效率的变化。进行线速度实验，在小试的基础上(床层高度150mm，线速度≈0.88m
·
s)，提高线速度，测试催化剂的脱硫效率，测试条件见下表：
[0283]
催化剂形状介质床层高度床层温度烟气二氧化硫含量气液比中空柱状合成烟气150mm50～60℃≈2000ppm1000:1
[0284]
测试结果如下：
[0285][0286]
不同线速度下的脱硫效率见图3。
[0287]
实验数据表明：床层高度150mm时，随着线速度的增加脱硫效率相应降低，线速度≈2.1m
·
s时，穿透循环液ph值呈强碱性，由此推断是床层高度不足所造成。因此下个实验测试增加床层高度对脱硫效率的影响，寻找合适的床层高度。
[0288]
(2)床层高度
[0289]
进行床层高度实验，在150mm床层高度、≈2.5m
·
s线速度基础上，分别对200、250、 300、350(mm)床层进行测试，测试条件见下表：
[0290][0291]
测试结果如下：
[0292][0293]
床层高度对脱硫效率的影响见图4。
[0294]
经数次测试，催化剂床层高度200mm，出口穿透时循环溶液为强碱性，脱硫效率较低。床层高度250mm，脱硫效率接近100％，穿透时循环液ph值接近中性。床层高度在300mm 时脱硫效率稳定，穿透时循环溶液ph值呈弱酸性。床层高度在350mm时循环溶液ph值略微降低，但床层阻力较高，不益于工业应用与节能。因此以床层高度300mm为基础，选取合适的线速度作为后续实验的条件。
[0295]
(3)300mm床层下线速度与阻力关系
[0296]
对300mm床层下的各种线速度进行了测试，详见下表：
[0297][0298]
不同线速度下对应的床层压降见图5。
[0299]
据调查，目前工业应用的脱硫线速度范围1.5～3.5m
·
s，脱硫塔阻力一般＜4000pa。因而得出床层线速度控制在1.5～2m
·
s之间较为适宜。
[0300]
(4)床层温度
[0301]
进行床层温度影响的实验，测试床层温度变化对脱硫效果的影响，验证脱硫剂适用的温度范围，测试条件见下表：
[0302][0303]
测试结果如下：
[0304][0305]
床层温度对脱硫效率的影响见图6。
[0306]
经测试，gct-99型催化剂在10～90℃区间内使用，无明显变化，脱硫效率始终维持在 100％，床层压降基本稳定，催化剂结构无明显变化。因床层温度超过90℃时循环液中的 nahco3开始分解，不利于脱硫反应；低于20℃时循环液容易结晶，这两种情况都不利于脱硫系统的正常运行，固建议床层温度控制在30～80℃范围内。
[0307]
(5)二氧化硫
[0308]
进行二氧化硫浓度变化的实验，测试催化剂对不同二氧化硫浓度下的脱硫效率，并通过床层压降及脱硫后催化剂强度判断gct-99型催化剂在弱酸性条件下的结构稳定性，测试条件见下表：
[0309][0310]
测试结果如下：
[0311][0312]
二氧化硫含量对脱硫效率的影响见图7。
[0313]
二氧化硫对床层阻力的影响见图8。
[0314]
gct-99型催化剂在高浓度二氧化硫环境使用时，脱硫效率及催化剂结构并无明显变化，系统运行稳定。在循环液ph值呈弱酸性时催化剂结构完好，脱硫后催化剂颗粒强度无降低。由于弱酸性环境下的设备腐蚀，催化剂床层附着少量铁锈，导致床层阻力略微升高，因此在选择设备时需要注意防腐问题。
[0315]
(6)处理介质
[0316]
上述实验处理介质均为合成烟气，为了降低实验成本，考虑用空气作为介质进行后期的连续性实验，因此通过此实验验证空气对脱硫效率是否产生影响。测试条件见下表：
[0317][0318]
测试结果如下：
[0319][0320]
通过200小试周期测试发现利用空气作为介质与烟气比较，没有发现催化剂的脱硫效率发生变化，系统运行稳定，所有测试结果均与烟气系统相吻合。因此后期的连续性实验从降低实验成本方面考虑，决定以空气作为介质进行长周期的连续性测试。
[0321]
六、gct-99型催化剂脱硫稳定性实验
[0322]
通过以上实验测试了催化剂在高二氧化碳、贫氧体系与含硫空气体系脱硫效率均无影响，并验证了催化剂的适用条件。对gct-99型催化剂进行了连续性测试，同时测试了循环液再生系统的可连续操作性。
[0323]
1.测试条件
[0324]
(1)实验装置与器材
[0325]
gct-99型催化剂：φ(10-4)
×
(20-30)mm中空柱状；
[0326]
脱硫塔：φ300mm
×
h1000mm；
[0327]
增湿塔：φ300mm
×
h1000mm；
[0328]
检测仪器：泵吸式二氧化硫检测仪、二氧化硫检测管、ph在线检测、温度检测、u型压力计；
[0329]
动力系统：旋涡气泵、磁力泵、离心泵、加热箱、配电柜；
[0330]
再生系统：高速分散机、压滤机、储槽。
[0331]
(2)实验条件
[0332]
介质：含硫空气
[0333]
二氧化硫含量：2000ppm
[0334]
处理气量：400m3/h
[0335]
催化剂床层高度：300mm
[0336]
床层温度：65～70℃
[0337]
气液比：1000:1
[0338]
(3)脱硫耗材
[0339]
氢氧化钠(片碱，含量＞99％)
[0340]
氢氧化钙(300目，含量＞90％)
[0341]
2.实验结果
[0342]
通过连续性实验，共计处理气量约300万方，脱除二氧化硫约15000kg。期间系统运行稳定，出口二氧化硫始终为零。循环液再生系统可连续操作。初期床层压降为2500pa，因设备腐蚀问题压降最高升至3200pa。
[0343]
脱硫耗材消耗总量为18360kg，其中片碱5500kg，氢氧化钙12860kg。以片碱2500元/吨、氢氧化钙700元/吨计算，脱硫耗材费用为22752元，每公斤二氧化硫脱硫耗材成本为1.52 元/kg。
[0344]
3.成本分析
[0345]
周期性实验的脱硫耗材成本比理论计算高出20％左右，其主要原因是片碱消耗量过多。从脱硫原理上讲，本工艺的耗材仅为氢氧化钙，片碱只作为首次配置循环液耗材，后
期应不再消耗或微量消耗。
[0346]
消耗片碱多是由于循环液再生系统所使用的压滤机没有水洗功能，循环液再生过程中有大量的钠随滤饼带出系统，因此需要不停的补充片碱，以保持循环液中的钠含量。
[0347]
因此测线装置的循环液再生系统设计时应充分考虑这点，选择带水洗功能的压滤设备，尽可能的减少钠损失，从而降低脱硫耗材成本。
[0348]
七、实验总结
[0349]
gct-99型脱硫催化剂的中试实验非常成功，催化剂在较宽的使用温度及较高二氧化硫含量条件下保证了良好的脱硫效率和脱硫精度。同时脱硫系统运行稳定，循环液再生系统可连续操作，已具备进入测线装置应用的条件。