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絡合鐵脫硫工藝

發布時間:[ 2022-11-07 10:15:22]

鐵法脫硫技術的工藝原理

復合鐵脫硫工藝為脫硫化氫提供了恒溫、低成本的操作方法。其化學反應原理是利用空氣中氧氣中的硫化氫將硫化氫氧化。其化學反應方程如下(1):

H2S 1/2O2 → H2O S (1)

復合鐵脫硫催化劑利用水溶液中復合鐵離子的氧化還原,使含硫化氫氣體與含復合鐵催化劑的水溶液(以下簡稱復合鐵吸收劑)接觸氣液。氣液的相接觸反應首先通過水溶液的堿性,通過酸堿化學吸收將原料氣體中的硫化氫吸收到水溶液中;在水溶液中,硫化氫氧化成單硫,復合鐵離子還原為低復合亞鐵離子。絡合鐵離子水溶液的吸收氧化反應方程式(2)~(5)如下:

水溶液吸收H2S氣體:

H2S(g) H2O(L)H2S(L) H2O(L) (2)

式中:(g)——氣相,下同;

(L)——液相,下同

H2S電離:

H2S(L)→ H (L) HS-(L) (3)

高鐵離子(Fe3 )氧化二價硫:

HS-(L) 2Fe3 (L) → 2Fe2 (L) H (L) S↓ (4)

吸收氧化總反應方法 (2),(3),(4)疊加

H2S(g) 2Fe3 (L) → 2H (L) S↓ 2Fe2 (L) (5)

水溶液中的復合亞鐵離子容易被氧氣氧化。因此,復合亞鐵離子溶液直接與空氣接觸,利用空氣中的氧氣將復合亞鐵離子氧化成復合鐵離子。復合亞鐵離子水溶液的再生還原反應方程(6)~(8)如下:

絡合亞鐵離子水溶液吸收氧氣:

1/2O2 (g) H2O(L) → 1/2O2 (L) H2O(L) (6)

復合亞鐵離子(Fe2 )再生反應:

1/2O2(L) H2O(L) 2Fe2 (L) → 2OH-(L) 2Fe3 (L) (7)

再生還原總反應方程式 (即方程式(6),(7)疊加)

1/2O2(g) H2O(L) 2Fe2 (L) → 2OH-(L) 2Fe3 (L) (8)

在總反應中,復合鐵離子的作用是將吸收反應中產生的電子釋放到再生反應中。由于每個單質硫的產生需要消耗兩個鐵原子,因此在反應過程中至少提供兩個鐵原子。因此,鐵離子被用作反應物。然而,鐵離子在總反應中總反應中,鐵離子被用作硫化氫和氧反應的催化劑。由于這種雙重功能,鐵離子復合物通常被定義為催化劑。

循環水溶液在復合鐵脫硫過程中pH由于水溶液能吸收水溶液,因此值是一個非常重要的可變操作因素H2S氣體總量完全取決于水溶液pH值(反應方程式(2)、(3))。pH值是衡量水溶液酸堿度的一種方法,pH值7代表水溶液為中性,即既不酸也不堿性;pH1~7值表示水溶液為酸性;pH7~14代表水溶液為堿性。如果增加反應方程(2)和(3)的雙向箭頭,則表示反應處于平衡穩定狀態H 對離子濃度的反應將向左進行,H2S能被水溶液吸收的總量減少。如果增加OH-溶液中的離子濃度、H 將被中和形成水(OH- H → H2O),因此,反應將向右進行,H2S能被水溶液吸收的總量增加。

反應方程(1)表示沒有反應H 離子和OH-離子的凈產物生成,所以水溶液的pH值不會改變。但副作用會釋放H 離子,使水溶液pH降低值較終導致水溶液吸收H2S總量減少。其中一種副作用如反應方程式(9)所示,根(S2O32-)有利于脫硫工藝,使之前提到的螯合劑更加穩定,同時減少了螯合劑的分解。

2HS-(L) 2O2(L) →S2O32-(L) H2O(L) (9)

當反應與電離反應(方程式(3))結合時,可以看到硫代硫酸根(S2O32-)產生,H 離子產生凈產物,使水溶液pH值降低。

因為處理后的氣相含有二氧化碳(CO2),特別是在高壓下,二氧化碳容易溶于水,形成碳酸氫鹽(HCO3-)和碳酸鹽(CO32-),然后發生副作用,以減少水溶液pH值

CO2 (g) H2O (L) → H2CO3 (L) (10)

H2CO3 (L) → H (L) HCO3-(L) (11)

HCO3-(L) → CO32-(L) H (L) (12)

穩定水溶液pH氫氧化鉀需要在系統中加入,與二氧化碳的反應如式(13)~(15):

CO2 (g) H2O(L) → H2CO3(L) (13)

H2CO3(L) 2KOH (L)→ K2CO3 (L) 2H2O(L) (14)

K2CO3(L) H2CO3 (L)→ 2KHCO3(L) (15)

通常,更高pH該值可以提高反應效率,促進硫代硫酸鹽離子的形成,減少氧氣的吸收,但也阻礙單質硫的凝結;過低pH值會阻礙H2S吸收氣體。因此,控制pH值為8.0-9.弱堿性水溶液。

該系統采用堿性復合鐵催化劑的氧化還原性,吸收酸性氣體H2S。H2S被復合鐵直接氧化產生單質硫,復合鐵轉化為復合鐵,然后將空氣鼓入再生沉降罐,將空氣氧化堿性吸收劑中的復合鐵轉化為復合鐵,再生再利用。同時,硫磺沉降分離形成硫磺漿,硫磺漿送至硫磺回收系統。該方法的特點是采用高硫容量的復合鐵催化劑,不僅適用于高硫原料氣處理,而且循環液量小,設備尺寸小,可直接產生單質硫,無二次污染問題。

綠源復合鐵脫硫工藝流程:脫硫塔與循環泵從下到上的貧液反向接觸,氣體從脫硫塔頂部進入汽水分離器,通過汽水分離器捕獲游離水進入后續工藝。脫硫塔底部溶液中的三價鐵吸收沼氣中的硫化氫,變成二價鐵,溶液變成含硫富液,自流進入氧化再生塔,氧化氧化風扇鼓入的空氣。富液中的二價鐵通過氧化風鼓入的氧氣氧化后變成三價鐵的貧液。同時,氧化再生塔中的單質硫經各隔間逐層生長,與部分貧液一起進入沉降槽。硫顆粒由于重量沉積在沉降槽錐體底部,上層分離硫的貧液通過循環泵輸送至脫硫塔脫硫。底部硫磺漿通過硫磺漿泵送至沉降罐底部進行循環擾動,防止堵塞。硫含量達到一定濃度后,硫漿泵進入板框壓濾機進行固液分離,液體回收到系統,硫膏可銷售。

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