分子篩脫除硫化氫（H₂S）的應(yīng)用案例

從天然氣凈化到高爐煤氣治理，分子篩脫硫技術(shù)的工業(yè)化實(shí)踐

硫化氫（H₂S）是一種劇毒、強(qiáng)腐蝕性的酸性氣體，廣泛存在于天然氣、煉廠氣、高爐煤氣等工業(yè)氣流中。若不有效脫除，不僅會(huì)導(dǎo)致下游催化劑中毒、設(shè)備腐蝕，還會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染。分子篩作為一種吸附材料，在H₂S脫除領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

本文匯集了近年來(lái)分子篩脫除H₂S的多個(gè)工業(yè)化應(yīng)用案例與研究進(jìn)展，為您展示這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際效果與應(yīng)用前景。

一、天然氣凈化領(lǐng)域：13X分子篩的工業(yè)化應(yīng)用

案例1：天然氣凈化廠開(kāi)停工尾氣處理

應(yīng)用單位：某大型天然氣凈化廠
技術(shù)方案：尾氣吸收耦合吸附法脫硫工藝-3

在天然氣凈化裝置開(kāi)停工過(guò)程中，尾氣不經(jīng)過(guò)常規(guī)的SCOT尾氣處理裝置直接排放，具有時(shí)間長(zhǎng)、排放量高、組分復(fù)雜等特點(diǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，研究人員提出了堿液吸收SO₂耦合13X分子篩吸附H₂S的工藝方案。

實(shí)施效果：

• 堿液吸收工藝可保證SO₂幾乎被完全吸收，且基本不吸收H₂S和CO₂，避免了堿液的過(guò)度消耗

• 13X分子篩對(duì)H₂S表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能和再生效果，可循環(huán)使用

• 再生后的H₂S可在裝置重新開(kāi)工且達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行后循環(huán)使用

• 該工藝大幅減少了開(kāi)停工過(guò)程中的SO₂排放，且工藝簡(jiǎn)單、操作空間大-3

技術(shù)要點(diǎn)：13X分子篩之所以適合此工況，是因?yàn)槠鋵?duì)H₂S的吸附具有良好的選擇性，且再生性能穩(wěn)定，能滿足開(kāi)停工這種間歇性工況的需求。

二、高爐煤氣治理領(lǐng)域：FAU型分子篩的突破

案例2：太原理工大學(xué)高爐煤氣脫硫研究

應(yīng)用場(chǎng)景：鋼鐵行業(yè)高爐煤氣凈化
研究單位：太原理工大學(xué)省部共建煤基能源清潔利用***實(shí)驗(yàn)室-5-6

基于環(huán)境與雙碳戰(zhàn)略的需求，對(duì)高爐煤氣進(jìn)行脫硫以實(shí)現(xiàn)煉鐵行業(yè)的清潔生產(chǎn)勢(shì)在必行。研究人員選用LTA、MFI和FAU三種類型的沸石分子篩，通過(guò)固定床實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定了其脫除高爐煤氣中H₂S的性能。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

• FAU型分子篩相較于LTA、MFI具有優(yōu)良的脫硫性能，穿透硫容高達(dá)1.67g/100g-5

• 微孔沸石分子篩比介孔沸石分子篩對(duì)H₂S的吸附性能更好

• 較低的硅鋁比有利于分子篩吸附劑脫硫性能的提升

• 高爐煤氣中的CO₂和H₂O均會(huì)與H₂S產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，其中H₂O因分子結(jié)構(gòu)相似且均為性分子，競(jìng)爭(zhēng)吸附更強(qiáng)-5

案例3：堿金屬改性FAU分子篩的優(yōu)化應(yīng)用

技術(shù)突破：離子交換法改性提升脫硫性能-6

FAU型分子篩的脫硫性能與其堿性位密切相關(guān)。研究人員采用離子交換法對(duì)NaFAU型分子篩進(jìn)行K和Li改性，制得一系列堿性位數(shù)量和強(qiáng)度不同的吸附劑。

改性效果：

• K改性可增加NaFAU型分子篩的堿性位數(shù)量，進(jìn)而提高其脫除H₂S的性能

• Li改性會(huì)減少堿性位數(shù)量，導(dǎo)致脫硫性能降低

• 吸附劑表面的弱堿性位數(shù)量與脫硫性能存在線性正相關(guān)-6

• 當(dāng)K濃度從0.05 mol/L增加到1.0 mol/L時(shí)，脫硫性能呈先提高后降低的趨勢(shì)，存在佳改性濃度

工程意義：通過(guò)堿金屬改性，可在不改變分子篩骨架結(jié)構(gòu)的前提下，優(yōu)化其表面化學(xué)性質(zhì)，提升H₂S吸附能力。這為高爐煤氣的深度脫硫提供了經(jīng)濟(jì)可行的技術(shù)路徑。

三、工業(yè)尾氣精脫硫領(lǐng)域：創(chuàng)新催化劑的應(yīng)用

案例4：昆明理工大學(xué)“金屬-分子篩”復(fù)合催化劑

研發(fā)單位：昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院
技術(shù)成果：具有“動(dòng)態(tài)擇形效應(yīng)”的新型催化劑-10

在煤化工、石油化工等行業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中排放的尾氣常含有硫化氫、有機(jī)硫等多種硫化物。昆明理工大學(xué)寧平、李凱教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種具有“動(dòng)態(tài)擇形效應(yīng)”的新型催化劑，通過(guò)調(diào)控三氧化二鐵微觀結(jié)構(gòu)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榍曳�(wěn)定的硫化氫選擇性氧化催化劑。

技術(shù)特點(diǎn)：

• 采用錳摻雜三氧化二鐵的合成方法，成功制備出具有豐富表面非對(duì)稱氧空位的 “金屬—分子篩”復(fù)合催化劑-10

• 形成獨(dú)特的非對(duì)稱“鐵—氧—錳”結(jié)構(gòu)，顯著提升催化劑的氧活化性能

• 對(duì)硫化氫、甲硫醇、二甲基硫醚等典型硫化物的脫除率均達(dá)到99.99%以上

• 終尾氣中硫化物殘留量低于億分之五，遠(yuǎn)優(yōu)于***現(xiàn)行嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)-10

創(chuàng)新亮點(diǎn)：通過(guò)調(diào)節(jié)錳的摻雜比例，可靈活控制催化劑的氧化性能，實(shí)現(xiàn)硫化物向硫磺、硫酸或高純度硫單質(zhì)（純度達(dá)99.95%）的定向轉(zhuǎn)化，真正做到“治污”與“創(chuàng)效”雙贏。-10

四、高純氣體凈化領(lǐng)域：改性5A分子篩的應(yīng)用

案例5：中船特氣硫化氫純化專利技術(shù)

應(yīng)用單位：中船（邯鄲）派瑞特種氣體股份有限公司
技術(shù)方案：改性5A分子篩兩級(jí)吸附純化工藝-1

在電子特種氣體領(lǐng)域，高純度硫化氫（純度＞99.99%）是重要的半導(dǎo)體材料。中船特氣研發(fā)的發(fā)明專利“一種純化硫化氫氣體的方法和裝置”，采用改性5A分子篩對(duì)粗品硫化氫進(jìn)行深度凈化。

工藝流程：

1. 將粗品硫化氫氣體通入裝有改性5A分子篩的吸附塔

2. 經(jīng)過(guò)吸附塔吸附后的氣體再通入吸附塔

3. 經(jīng)兩級(jí)吸附后進(jìn)入低溫儲(chǔ)罐冷凝為固態(tài)

4. 抽真空去除氫氣、氮?dú)獾鹊头悬c(diǎn)雜質(zhì)

5. 緩慢升溫，硫化氫氣化后充裝

技術(shù)效果：通過(guò)改性5A分子篩對(duì)硫化氫依次進(jìn)行常溫吸附及深冷吸附，能夠有效脫除硫化氫氣體中的二氧化碳和水分等雜質(zhì)，終得到純度大于99.99%的硫化氫產(chǎn)品。-1

五、市政除臭領(lǐng)域：分子篩吸附技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用

案例6：上海深城環(huán)保市政污水除臭項(xiàng)目

應(yīng)用單位：上海深城環(huán)保設(shè)備工程有限公司
技術(shù)產(chǎn)品：普立凈®分子篩吸附/電熱RTO氧化工藝-7

在市政污水廠、垃圾中轉(zhuǎn)站等場(chǎng)景，硫化氫是主要的惡臭污染物。深城環(huán)保研發(fā)的普立凈®分子篩吸附技術(shù)，采用介孔分子篩材料，在多個(gè)市政項(xiàng)目中成功應(yīng)用。

應(yīng)用效果：

• 針對(duì)污水廠、垃圾中轉(zhuǎn)站等場(chǎng)景，硫化氫去除率提升至98%以上-7

• 分子篩吸附容量達(dá)200mg/g，是傳統(tǒng)活性炭的2倍

• 再生周期延長(zhǎng)至30天，大幅降低維護(hù)成本

• 上海某大型垃圾壓縮站改造項(xiàng)目，站內(nèi)臭氣濃度從800（無(wú)量綱）降至150以下-7

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：該工藝通過(guò)多級(jí)吸附-脫附循環(huán)，實(shí)現(xiàn)VOCs去除率≥99%，且能耗較傳統(tǒng)RTO降低40%，已在上海某化工區(qū)異味治理項(xiàng)目、蘇州某垃圾焚燒廠改造等項(xiàng)目中成功應(yīng)用。-7

六、前沿技術(shù)：碳分子篩膜的突破

案例7：碳分子篩膜用于高酸性天然氣凈化

研發(fā)進(jìn)展：我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的碳分子篩膜（CMSMs）技術(shù)-9

針對(duì)海上氣田開(kāi)采出的含23% H₂S的“酸性天然氣”，傳統(tǒng)分離技術(shù)面臨能耗高、高壓下性能衰減等難題。新研發(fā)的碳分子篩膜通過(guò)調(diào)控孔隙結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了重大突破。

性能數(shù)據(jù)：

• 在700 psi高壓下，H₂S/CH₄選擇性超100

• H₂S滲透性達(dá)50 barrer

• 連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)無(wú)衰減-9

• 將H₂S濃度從20%降至4 ppm以下（管道輸送標(biāo)準(zhǔn)）

• 能耗僅為胺吸收法的1/3

應(yīng)用前景：該技術(shù)已在我國(guó)南海某高酸性氣田完成中試，處理后天然氣H₂S含量<5 ppm，CO₂<2%，年減排CO₂ 2萬(wàn)噸，節(jié)約能耗成本4000萬(wàn)元。-9

七、案例總結(jié)與選型建議

不同應(yīng)用場(chǎng)景的分子篩選擇

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