分子筛可以有效地对油品和气体中的有机硫进行脱除。尤其是可以催化氧化脱除油品中会产生臭味和恶心味的硫醇。由于硫醇是一种氧化剂发剂,它会使燃料中的不稳定物氧化、叠合生成胶状物质。此外,硫醇对油品的贮运设备还有腐蚀作用,并能使许多催化剂中毒。国内规定90#汽油中硫醇应低于10-6 或通过博士试验,即小于7×10-6。油品脱硫醇后,不仅能除去油品的臭味还能改善其安定性。目前,从航空煤油到溶剂油、石脑油和催化裂化汽油等油品采用分子筛进行催化氧化脱硫醇的炼油厂在国内已有多家,年加工能力在5Mt以上。脱硫醇机理在有氧气存在的条件下,沸石骨架上的催化活性组分二价铜离子可将硫醇催化氧化,从而达到脱除硫醇的目的。控制反应过程中的氧含量和水含量是完成脱硫醇反应的关键。2Cu2+(离子交换基+)+4RSH→RSSR+2RSCu+4H+(离子交换基+)2RSCu+4H+(离子交换基+)+ O2→RSSR+2 H2O+2 Cu+(离子交换基+)总反应式 4RSH+ O2→2RSSR+2 H2O制备方法7005型脱硫醇用净化剂的制备是采用Cu2+部分交换13X沸石并添加碱性氧化物及其他组分而制成。其沸石晶胞为:Cu4.96Na70.1AI80Si112O384.xH2O,制备工艺流程如图5-13。
在此催化剂的制备过程中若采用二次焙烧工艺,可明显地提高铜离子在沸石分子筛骨架上的稳定性,并延长催化剂的使用寿命。其制备工艺控制指标见表5-27。
表5-27 7005型催化剂制备工艺控制指标名称吸笨量①/ (mg/g)铜离子/%抗压强度/MPa堆密度/(g/cm3) SiO2/AI2O3结晶度/% 13x沸石>220 >2.5 >90 半成品>200 2.1~2.5 7005型催化剂>150 1.5~1.9 >0.29约0.5
①P/Ps=0.1使用问题(1)7005型催化剂的使用 原料油中水含量若控制在150×10-6以下则基本上不影响催化氧化反应的进行,也不会导致催化剂上铜离子的流失。但水含量过高会形成硫醇亚铜而使Cu2+流失。在固定床反应器内,于90~130℃、3~7 h-1的条件下,7005型催化剂可将硫醇从100×10-6降至10×10-6以下,寿命可在2年左右。催化氧化脱硫醇工艺是在有氧的情况下进行的,反应过程中必须有足够量的氧气。据计算每吨大庆航空炼油催化氧化脱硫醇需消耗空气33L,而喷气燃料中自溶的空气量为221L/t,已足够催化氧化的需要。但一些炼油厂采用热进料工艺则需要注氧。若注氧量超过自溶量,油品颜色就会加深,说明副反应增多,故注氧量以不超过自溶量为宜。最佳反应温度以不超过130℃为宜,否则油品颜色会变深。若反应低于90℃,不仅催化脱硫醇的能力下降,能造成铜离子流失超过200×10-9,工艺要求铜离子流失应小于50×10-9。(2)沸石催化剂的再生 俄罗斯曾用NaX沸石将丙烷中的硫含量降低到1×10-9,将天然气中的硫化氢和硫醇脱掉。该工艺条件为:原料气中的含硫醇(C2H5SH)量为16×10-9~20×10-9 kg/m3,操作压力1372~1960kPa,操作温度25℃,使用时间(到穿透为止)250~280h。吸附容量(以C2H5SH计)0.15kg/kg。在上述条件下,每吨NaX沸石分子筛在一个周期内可以净化50万立方米天然气。在25℃下,各种沸石分子筛对乙硫醇的活性最高。其再生过程是在350℃下用氮气或净化过的天然气以0.01~0.03 m3 / ( m3 .s)的流速进行解吸。一般解析温度比使用温度高100~200℃。也有采用溶剂洗涤再生沸石分子筛吸附剂,例如,可用CS2-SC12(1:1)溶液洗涤,随后用气体吹洗以脱除溶剂。(3)汽油脱硫醇剂的使用选择具有一定孔结构分布的载体和数种活性组分,采用浸渍法可制备汽油脱硫醇用固体净化剂。在工厂测流试验运行结果见表5-28。从表中可知测流试验阶段,脱硫剂净化的油体积倍数达1214.表5-28 汽油脱硫醇固体净化剂测流试验结果油批号RSH含量/×10-6液时空速/ h-1运行时间/h净化油的体积/倍累计净化的油体积/倍1 34.6 4 57 228 228
3 68 204 432
2 167 334 766 2 15.1 2 169 338 1104 3 10.3 2 28 56 1160 1.5 5 22 1182
1 32 32 1214
该汽油脱硫剂推荐使用的工艺条件为:常压~1.0MPa,脱硫温度为30~40℃,液时空速为1.5~2 h-1。脱硫剂应以两塔串联和并联交替的方式使用。该脱硫剂若以每吨2.5万元计,对年产8万吨90#催化汽油的炼厂装置,处理其中三分之一不合格汽油,每吨汽油所耗脱硫成本为7.5元,设备投资不会超过20万元。此工艺无汽油损失。