燃料脱硫

燃料脱硫是指燃燒前用物理、化學等方法減少或消除燃料含硫量的工藝。主要指對煤和重油兩種燃料中硫分的脱除。煤和燃料油的含硫量差異較大，約為0.5～5%（質量）。硫在燃料中的形態因燃料種類不同也有很大不同。按照燃料中硫含量、硫的形態和要求的脱硫率，現以發展出多種脱硫工藝。天然氣中所含硫分大部分是硫化氫，僅有少量有機硫化物，因而可用脱除硫化氫的方法脱硫 ^[1]  。

1 物理法：硫在煤中主要以無機的硫化鐵和有機的硫化物兩種形式存在。其中以硫化鐵(黃鐵礦)形式存在的硫約佔2/3。黃鐵礦比重大於煤，同時,黃鐵礦是順磁性物質，比磁化係數約為25化係數^-6克/釐米³；煤是反磁性物質，比磁化係數約為-0.5係數約^-6克/釐米³。因此，可將煤破碎，然後用重力分離法或高梯度磁分離法，將黃鐵礦去除。物理法能把燃料的硫分脱除50%左右。

2 化學法：煤經破碎後與硫酸鐵水溶液混合，在反應器中加熱至100～130℃，硫酸鐵與黃鐵礦反應轉化為硫酸亞鐵和單體硫。同時通入氧氣，使硫酸亞鐵再生為硫酸鐵，在工藝系統中循環使用。煤通過過濾器和溶液分離，硫成為副產品。

3 氣化法:煤的氣化是在煤氣發生爐中進行的熱化學過程。煤在1000～1300℃高温下，通過氣化劑，使之發生不完全氧化，而成為煤氣。如果氣化劑是空氣，適量空氣由下部通過煤層，首先被灰渣層預熱，然後進入氧化層，空氣中的氧與高温的煤作用生成二氧化碳(CO₂)和少量一氧化碳(CO)。CO₂上升通過還原層，與熾熱的煤作用被還原成CO，以CO為主要成分的氣體受熱上升排出爐外，製得空氣煤氣。如果氣化劑是蒸汽，則反應生成物為CO和H₂，製得的煤氣為水煤氣。煤的氣化還有加壓、加氫氣化法，使一氧化碳或碳元素同氫作用生成甲烷等碳氫化合物氣體，提高了煤氣的熱值。為省去煤的開採、運輸等生產環節，蘇聯、美國等國家還採用了地下氣化法。中國也在開展地下氣化的實驗研究。煤中的硫分在氣化時大部分成為硫化氫，進入煤氣，再用液體吸收或固體吸附等方法脱除。

4 液化法：煤的液化有合成法、直接裂解加氫法和熱溶加氫法等。合成法是將煤製成煤氣，按一定比例加氫，在高壓、高温和催化劑作用下，合成液體燃料，其主要成分是烷烴和甲醇。直接裂解加氫法是把煤溶解在溶劑裏製成糊狀，然後在400～500℃，約200個大氣壓的壓力下,通過催化劑的作用，使之與加入的氫反應，而成為液體燃料。熱溶加氫法是把煤粉加熱溶解在與煤性質近似的油裏，在約100個大氣壓的壓力下加氫,同時將不溶物分離出來，就得到了液態煤。在液化過程中，硫分與氫反應生成硫化氫逸出，因此得到的是高熱值、低硫、低灰分燃料。燃料油一般指重油，是由原油常壓蒸餾殘油製成的。重油含硫較多，其中硫分大多是環狀硫化物，如聯苯並硫（雜）茂、萘硫（雜）茂等。這些硫化物分子量高，若含硫量為3%，則硫化物含量可達到重油的1/3，因此重油不宜用直接去除硫化物的方法脱硫。重油脱硫是在催化劑作用下，用高壓加氫反應，切斷碳與硫的化合鍵，以氫置換出碳，同時，氫與硫作用成為硫化氫，從重油中分離出來，用吸收法除去。另一種方法是將重油用蒸汽、氧氣部分燃燒氣化，硫轉化成為硫化氫和少量二氧化硫，再進行處理。

燃料油一般指重油，是由原油常壓蒸餾殘油製成的。重油含硫較多，其中硫分大多是環狀硫化物，如聯苯並硫（雜）茂、萘硫（雜）茂等。這些硫化物分子量高，若含硫量為3%,則硫化物含量可達到重油的1/3，因此重油不宜用直接去除硫化物的方法脱硫。重油脱硫是在催化劑作用下，用高壓加氫反應，切斷碳與硫的化合鍵，以氫置換出碳，同時，氫與硫作用成為硫化氫，從重油中分離出來，用吸收法除去。另一種方法是將重油用蒸汽、氧氣部分燃燒氣化，硫轉化成為硫化氫和少量二氧化硫，再進行處理。

反應中使用的催化劑採用鉻、鉬、鎢、鐵、鈷、鎳、鉑等，也可由鈷-鉬，鎳-鉬或鎳鈷-鉬組合使用，一般以氧化鋁為載體。生產過程中，如果催化劑表面上積碳，以及重油中釩、鎳的有機金屬化合物與氫反應沉積在催化劑上，就會使催化劑中毒，失去催化作用。為解決這個問題，發展了直接脱硫和間接脱硫兩種工藝。直接脱硫是選用抗中毒性能較好的催化劑，直接加氫脱硫，同時採取適當防護措施，如有的工藝在反應塔前加防護塔，填充其他廉價的催化劑，儘可能除去不純物和金屬成分。間接脱硫是把重油減壓蒸餾，分成餾出油和殘油。單獨將餾出油加氫脱硫，然後與殘油進行混合。或將殘油以液化丙烷（或丁烷）作溶劑，對殘油進行處理，分離出瀝青後，再與餾出油混合進行加氫處理。

由於天然的低硫燃料遠遠不能滿足改善大氣質量的需要，因此採用把高硫燃料在燃燒前先脱去其中的硫分變為低硫燃料的方法，即燃料脱硫將日顯迫切。從長遠效果看，燃料脱硫將是控制大氣污染的一項根本性措施 ^[2]  。