众所周知，几乎所有的化工生产过程都离不开脱硫。脱硫的方法和脱硫剂的品种繁多，又各有其特点。但就应用范围和数量而言，活性炭脱硫剂无疑是最广泛、最多的。因此，研究和掌握活性炭脱硫的机理和各种因素的影响规律对搞好气体净化具有重要的意义。

一、活性炭的结构和主要技术参数

1. 活性炭的种类和结构

活性炭用途广泛，品种繁多。这里着重讨论脱硫用活性炭。脱硫用活性炭多为煤－焦质或煤质、圆柱状富孔海绵型结构，孔道之间相互贯通，表面发达，具有很强的吸附能力。可吸附流体中的水份和多种物质。优质活性炭吸水量达到70%以上时表明仍然看不到明显的水。劣质活性炭多为煤质炭甚至煤质－粘土炭（俗称土炭）。

活性炭的吸附和脱附性能取决于微孔的大小。孔径较大的孔比较容易脱附。

活性炭生产过程一般经碳化和活化。活化过程温度达到900℃甚至更高，因此活性炭本身挥发组分极低。

2. 活性炭的主要技术参数

1). 堆比重：单位：kg/l；常见的脱硫用活性炭堆比重为0.35～0.55 kg/l；

2). 水份：单位：%（重）；常见的脱硫用活性炭水份一般在5%以下。

3). 灰份：1200℃以上灼烧60分钟后的余重与灼烧前样品重量之比，单位：%（重）；常见的脱硫用活性炭灰份在8~15%，劣质活性炭灰份最高达85%左右。

4). 孔容：单位：ml/g；常见的脱硫用活性炭孔容一般在45~90ml/g，最高可达到110ml/g以上。

5). 孔隙率：单位：%；常见的脱硫用活性炭孔隙率为50~85%。

  6). 比表面积：单位：m2/g；常见的脱硫用活性炭比表面积为500~900 m2/g，最高可达到1100 m2/g以上。

  7). 碘吸附值：单位：mg/g；常见的脱硫用活性炭碘吸附值400~700 mg/g ，最高可达1200mg/g甚至更高。

  8). 四氯化碳值：单位：%；常见的脱硫用活性炭四氯化碳值40~60%，优质脱硫炭四氯化碳值在70%以上。

  9). 强度(磨耗余量，单位：%；压碎强度，单位：N/cm)；常见的脱硫用活性炭磨耗余量≥90%，好的可大于96%。

  10). PH值：PH值低不利于硫化物的吸附，PH值过高不利于其他酸性气体的解吸。脱硫用活性炭在未浸渍前的PH值通常为6.5~7.5。成品活性炭脱硫剂的PH值应为8.0～10。

二、活性炭脱硫剂的制造过程

    准确地讲，活性炭脱硫剂应当称之为改性活性炭。按不同要求选择不同指标的活性炭载体（基炭），选择不同性能的活性炭改性物质，用浸渍方式将改性物质载于活性炭上，经特殊的干燥方式将水份降低至合适的范围。改性物质通常都是可溶于水的。基炭本身的性质和添加物的种类、数量及负载方式决定了活性炭脱硫剂的性能。

三、活性炭脱硫剂的主要工作原理

1. 活性炭脱除H2S的机理和主要化学反应

首先，硫化氢（H2S）被选择性地吸附在活性炭表面；之后，H2S与O2反应生成单质硫（S沉积在微孔中）和水（H2O随气体带入后工序）；如此循环往复，直至大量微孔被单质硫占据，活性炭脱硫剂的脱硫能力逐渐下降而报废。

      H2S+ O2==H2O+S↓

2. 活性炭脱除有机硫的机理和主要化学反应

 首先，有机硫化物（COS、CS2等）被选择性地吸附在活性炭的表面；之后，有机硫被水解转化为H2S，主要化学反应为：

       COS+H2O== H2S+CO2

       CS2+ 2H2O== 2H2S+CO2

 H2S与O2进一步反应生成单质硫（S沉积在微孔中）和水（H2O随气体带入后工序）；如此循环往复，直至大量微孔被单质硫占据，活性炭脱硫剂的脱硫能力逐渐下降而报废。

       H2S+ O2==H2O+S↓

需要特别指出，所有能够脱除有机硫的高档活性炭脱硫剂都能很好地脱除硫化氢。因此，我们建议所有用户在使用转化吸收型活性炭脱硫剂达到一定的周期、脱硫精度明显下降之后将这些脱硫剂“降级”使用，继续用于脱除硫化氢或精度要求较低的场合。

四、工艺条件对活性炭脱硫的影响

1．操作温度

最适宜的操作温度为15～50℃；温度低有利于吸附，但化学反应速度减慢；温度高则不利于吸附，脱硫精度下降。

 

 

 

2. 操作压力 活性炭脱硫剂适用于常压～10MPa，一般认为压力对活性炭脱硫剂的脱硫性能影响不大。 1. 空速 单位体积催化剂（净化剂）单位时间内通过的气量。单位：Nm³/Nm³·h(也即h^-1)。空速实际上是接触时间的倒数。 空速越高，催化剂装填量减少，接触时间越短，脱硫精度越差；反之亦然。 对脱碳净化气，适宜的空速为800～1500 h^-1；对变换气，适宜的空速为600～1200 h^-1；对二氧化碳气，适宜的空速为300～800 h^-1。当操作压力较高时，气体实际流速减慢，可适当提高空速。

 

 

 

4. 气体湿度（水份） 原料气中有适量的水份可形成吸附膜，对吸附有利；但水份过高时容易在活性炭上形成液态的水，堵塞活性炭的微孔，使有效表面迅速下降，最终导致脱硫效率严重下降甚至基本丧失。活性炭脱硫剂长时间在较高水汽含量气氛下运行，会造成其中的水溶性组分流失而失去脱硫能力。最适宜的气体湿度是在操作条件下无冷凝水产生（水汽浓度饱和）。 5．气体组成 对活性炭脱硫剂而言，气体组分的影响主要反映在与H₂S的竞争吸附上。酸性气体组分（如CO₂）分压越高，对H₂S的吸附影响越大。例如同一种活性炭脱硫剂在半水煤气、变换气和CO₂气中的脱硫精度和硫容量就有很大的差别。此外，硫化物的种类越多，反应机理越复杂，脱硫精度和硫容量就会有所降低。只有通过改变改性物质的成分和添加量适应不同气体组分的脱硫要求。

 

 

由于O₂在脱硫过程中起反应物的作用，因此在无O₂的环境下脱硫必须补充适量的O₂。补O₂可以加入压缩空气的形式补给。一般控制O₂/S（摩尔比）5~10为宜。 6. 脱硫塔的高径比 高径比通常指单一品种脱硫剂的装填高度与脱硫塔内径之比。脱硫塔直径大则高径比小，气体流速慢，压力降小，但容易发生偏流现象而导致泄硫。脱硫塔直径小则高径比大，气体流速快，压力降大，可较好地预防因装填不匀造成的偏流现象。一般情况下，脱硫塔的高径比应在3.0左右，最低应在2.0以上。

 

五、活性炭脱硫常见的问题 1．水汽浓度过高或带水导致脱硫效果下降 变脱气、碳化气脱硫和尿素原料气(CO₂)脱硫常常会遇到这样的情况。用户往往会怀疑脱硫剂质量问题，其实不然。解决该问题的惟一有效措施是改善水分离的效果。 2.原料气中O₂含量不足导致脱硫精度下降或“失效” 原料气中O₂含量会低导致脱硫精度下降；过低甚至会产生“放硫”现象。此时如果气氛干燥、 CO₂含量较高还会出现H₂S转化为有机硫的现象。此时补氧将起到立竿见影的效果。 3.装填不匀或脱硫剂泄漏导致气体偏流。 4.付线阀门内漏导致出口超标。 5.取样或分析方法误差，导致分析数据偏低或偏高，导致对系统判断出现错误。 6.出口硫化物含量高于进口含量（放硫）。 我们最早发现了某些企业活性炭脱硫剂有时会出现出口硫化物含量高于进口的现象，有时也会发生在经过活性炭脱硫后部分无机硫转化为有机硫的现象。经过长期的调查和研究初步摸清了其原因。参见我公司公开发表的“干法脱硫工艺中的放硫现象及原因分析”一文。 7.后工段发现大量活性炭粉末。

 

七、脱硫工艺和脱硫剂的选择 参见我公司公开发表的“中型合成氨（联醇）厂干法脱硫工艺和脱硫剂的选择”一文。 任殿荣简历 任殿荣，男，1963年生，山西临县人。高级工程师，1984年毕业于太原工学院（现太原理工大学）无机化工专业。1980年参加工作，历任山西汾阳催化剂厂技术科科长，榆次迪利斯公司分厂厂长、总工程师、副总经理，榆次化肥厂副长厂，山西科灵催化净化技术发展公司副总经理，山西普友气体净化有限公司经理。先后主持设计完成了新型氧化铁脱硫剂生产工艺改进和国内第一条氧化铁脱硫剂机械化生产线建设；首先提出并成功开发了有机硫前置水解工艺技术，对简化水解工艺流程、节约能源起到了关键作用；为国内大约30%的精脱硫用户制订了精脱硫工艺方案，无一失误。熟悉合成氨、甲醇等煤化工生产工艺，对干法脱硫技术、产品研究和应用有丰富的经验。 现被聘为全国气体净化信息总站技术委员会委员。