水煤氣DSH脫硫廢液活性炭脫色研究

＊左雅萌 陳志云 牛亮亮 安磊 田軟靜 葛培堯 鞏宇

（山西晉豐煤化工有限責任公司 山西 048000）

煤焦化產生的焦爐煤氣、煤氣化產生的合成氣中往往含有一定量的硫化氫氣體。硫化氫氣體有很強的毒性和腐蝕性，易導致環境污染、催化劑中毒以及設備腐蝕，因此在利用焦爐煤氣和合成氣前，通常需要脫除硫化氫。大規模連續化脫除硫化氫常用濕式催化氧化法[1]，該方法在脫硫過程中會發生副鹽反應，產生一定量的副鹽[2]。脫硫廢液是復雜的多成分堿性水溶液，含有催化劑、碳酸鹽、碳酸氫鹽、硫氰酸鹽、硫代硫酸鹽、硫酸鹽、防腐劑、穩定劑等成分，直接排放會嚴重污染環境。近年來不少研究[3-5]試圖將脫硫廢液中的副鹽提取出來作為產品銷售，脫鹽后的脫硫廢液又可返回脫硫系統循環使用。脫硫廢液成分復雜，為提高產品品質，一般在提鹽之前須通過預處理去除其中懸浮物、焦油、催化劑及其他雜質。活性炭脫色是常用預處理方法[3]，但迄今系統的研究報道很少。本文針對DSH脫硫廢液的活性炭脫色進行了系統研究，考察了活性炭種類、活性炭用量、脫色溫度、脫色時間對脫色效果的影響規律，并確定最佳脫色條件。

1.實驗部分

本研究選用大同神利凈化材料有限公司生產的三種工業煤制活性炭作為試驗樣品，三種活性炭碘值分別為700mg/g（30～80目，記為C700），900mg/g（200目篩下，記為C900），950mg/g（30～80目，記為C950），以山西晉豐煤化工有限責任公司凈化車間一脫B系統DSH脫硫廢液作為研究對象，考察了活性炭種類、活性炭用量、脫色溫度、脫色時間對脫色效果的影響規律。

脫色實驗裝置如圖1所示。將三口燒瓶置于恒溫水浴中，內加脫硫廢液200mL，加一定量的活性炭，攪拌，加熱升溫至給定溫度（T），恒溫攪拌一定時間（to），停止攪拌，恒溫靜置30min，降至室溫，過濾，濾液則為脫色后清液。冷凝管用來將揮發氣體中水蒸氣冷凝返回燒瓶，去離子水鼓泡器用于吸收尾氣中水溶性氣體，活性炭濾瓶用于吸附尾氣中有害氣體。

圖1 活性炭脫色實驗裝置示意圖

實驗考察了活性炭種類（C700、C900、C950）、活性炭用量（5g、10g、15g、20g、25g、30g）、脫色溫度(30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃)、脫色時間（30min+30min，60min+30min，90min+30min，120min+30min,150min+30min）對脫色效果的影響規律。實驗通過對比清液顏色及紫外可見光譜圖來判斷脫色效果。顏色越淺、可見光區域吸光度越低，說明脫色效果越好。

2.結果與討論

（1）DSH脫硫廢液組成。DSH催化劑是一種絡合鐵系濕式催化氧化脫硫催化劑，用于山西晉豐煤化工有限責任公司凈化車間一脫B系統脫硫工藝。脫硫后所得的DSH脫硫廢液是多組分堿性水溶液，呈深棕紅色。其含有DSH催化劑、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫氰酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸鈉等。

（2）活性炭種類對脫色效果的影響。實驗固定活性炭用量10g、脫色溫度80℃、脫色時間60min+30min，考察三種不同活性炭的脫色效果。碘值分別為700mg/g、900mg/g、950mg/g的三種活性炭依次記為C700、C900、C950，其粒度依次為8～30目，200目過篩，8～30目。

圖2為DSH脫硫液脫色前以及用三種不同活性炭脫色后樣品的顏色。可以看出，脫色后顏色由深紅棕色變成淺黃色，脫色效果明顯。但不同活性炭脫色所得樣品顏色差別不明顯。為此需要測試紫外可見光譜以判別不同活性炭脫色的微小差異。

圖2 DSH脫硫液活性炭脫色前后顏色變化

圖3為DSH脫硫廢液脫色前以及用三種不同活性炭脫色后樣品的紫外可見光譜圖。可以看出，脫色后清液在600～1000nm的吸收峰幾乎全消失，400～600nm吸光度有大幅降低且降低幅度隨波長增長而加大，這些現象與脫色后樣品顏色由深紅棕色變為淺黃色相符。比較三種活性炭脫色后清液紫外可見光譜，發現C900在400～1000nm區域吸光度最低，說明其脫色效果最佳。原因可能是：①C900比C700孔容積高，因此吸附有色物質的量更高；②盡管C900孔容比C950的稍低，但其粒度比C950的小很多，因此內孔比C950的淺，在給定吸附條件下，吸附過程可能是以內擴散為控制步驟，因此C900的內孔利用率高于C950，總的效果是C900比C950吸附有色物更多，脫色效果更好。

圖3 DSH脫硫液脫色前及用三種不同活性炭脫色后樣品的紫外可見光譜圖

（3）活性炭用量對脫色效果的影響。實驗固定活性炭為C700，脫色溫度80℃，脫色時間60min+30min，考察活性炭用量不同（5g、10g、15g、20g、25g、30g）對200mL DSH脫硫廢液脫色效果的影響規律。

圖4為DSH脫硫廢液脫色前顏色以及用不同量活性炭（C700）脫色后清液的顏色。可以看出，脫色后顏色由深紅棕色變成了淺黃色。活性炭用量為5g時顏色略深，10g時顏色略變淺，活性炭用量再增加，顏色不再有明顯變化。說明活性炭用量至少要10g。

圖4 不同量活性炭（C700）對DSH脫硫液脫色前后顏色對比

圖5為DSH脫硫廢液脫色前以及用不同量活性炭（C700）脫色后清液的紫外可見光譜圖。可以看出，脫色后，脫硫廢液在6HS0D0～1000nm的吸收峰大幅降低，且波長越長，降低幅度越大，900nm時趨于零。在400～600nm區域也有大幅降低，但仍有明顯吸收，吸光度隨波長增長而降低。這與脫色后樣品顏色由深紅棕色變為淺黃色的事實相符。脫色后由于在藍色區域仍有吸收，所以樣品呈淺黃色。

圖5 活性炭用量對DSH脫硫廢液脫色效果的影響

為比較活性炭用量的微弱影響，對不同量活性炭脫色后清樣的紫外可見吸收光譜圖在可見區放大，如圖6所示。可以看出，在500～800nm范圍、20g時吸光度明顯最低，因此活性炭用量為20g時脫色效果最佳。

圖6 活性炭用量對DSH脫硫廢液脫色效果的影響（局部放大圖）

（4）脫色溫度對脫色效果的影響。實驗固定活性炭為C700，用量為10g，脫色時間60min+30min，考察脫色溫度（30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）對200mL DSH脫硫廢液脫色效果的影響規律。

圖7為DSH脫硫液脫色前顏色以及不同溫度（50℃、60℃、70℃、80℃、90℃）下用活性炭脫色后液體樣品的顏色。可以看出，活性炭脫色后樣品顏色由深紅棕色變為淺黃色。脫色溫度為80℃時顏色最淺，因此最佳脫色溫度為80℃。

圖7 不同溫度下活性炭脫色前后樣品顏色

（5）脫色時間對脫色效果的影響。實驗固定活性炭為C700，用量為10g，脫色溫度為70℃，考察脫色時間（30min+30min，60min+30min，90min+30min，120min+30min，150min+30min）對200mL DSH脫硫廢液脫色效果的影響規律。

圖8為DSH脫硫廢液顏色以及在不同脫色時間下脫色所得清液的顏色。可以看出，脫色后顏色由深紅棕色變成淺黃色，不同脫色時間下的清液顏色差別不大。考慮到實驗時間所限，脫色時間可選為60min+30min。

圖8 不同脫色時間下DSH脫硫液脫色前后顏色對比

圖9為DSH脫硫液以及不同脫色時間下脫色所得液體樣品的紫外可見光譜圖。可以看出，脫色后脫硫液在500～1000nm區吸收峰消失，吸光度幾乎為零，但在400～500nm區域還有吸光度且波長越短吸光度越高，所以脫色后樣品呈現淺黃色。

圖9 DSH脫硫液以及不同脫色時間下脫色所得清液的紫外可見光譜圖

圖10將三個不同脫色時間下所得液體樣品的紫外可見光譜在可見區進行了放大，可以看出，在可見區四條光譜曲線幾乎平行，隨脫色時間延長，在整個可見光譜區吸光度有平行下降的趨勢，這與顏色變化規律一致。說明在給定實驗條件下，吸附未達到完全平衡。考慮實驗時間不能太長問題，可選擇60min+30min為脫色時間。

圖10 DSH脫硫液以及不同脫色時間下脫色所得清液的紫外可見光譜在可見區的放大圖

3.結論

實驗考察了活性炭種類、用量、脫色溫度、脫色時間對DSH脫硫廢液脫色效果的影響規律，通過比較DSH脫硫廢液脫色前后顏色及分析樣品的紫外可見光譜，可以得出結論：對200mL DSH脫硫廢液，較適宜的脫色條件是：最佳活性炭為900mg/g（200目篩下），最佳活性炭用量為20g，最佳脫色溫度為80℃，最佳脫色時間為60min恒溫攪拌，30min恒溫靜置。