絡(luò)合鐵脫硫催化劑絡(luò)合鐵脫硫工藝

時(shí)間：2022-10-12

作者：廊坊奧山保溫材料有限公司

絡(luò)合鐵法脫硫技術(shù)是一種以絡(luò)合鐵為催化劑的濕式氧化脫除硫化氫的方法，其特點(diǎn)是直接將氣體中的H2S轉(zhuǎn)變成元素S，吸收后氣體中H2S的含

量小于20ppm，是一種工藝簡(jiǎn)單、工作硫容高且環(huán)保無毒的新型脫硫技術(shù)，克服了傳統(tǒng)脫硫工藝硫容量低、脫硫工藝復(fù)雜、副鹽生成率高、環(huán)

境污染嚴(yán)重等弊端，硫磺回收率達(dá)到**，凈化后的尾氣焚燒后煙氣二氧化硫含量降低到20mg/Nm3，可滿足不斷提升的環(huán)保指標(biāo)。

絡(luò)合鐵脫硫工藝為脫除硫化氫提供了一種恒溫、低成本的運(yùn)行方法。其化學(xué)反應(yīng)原理是利用空氣中的氧氣氧化氣相中的硫化氫，使硫化氫被

氧化為單質(zhì)硫。其化學(xué)反應(yīng)方程式如式(1)：

H2S + 1/2O2 → H2O + S （1）

絡(luò)合鐵脫硫催化劑利用水溶液中絡(luò)合鐵離子的氧化還原性，使含硫化氫氣體與含絡(luò)合鐵催化劑的水溶液（簡(jiǎn)稱絡(luò)合鐵吸收劑，下同）進(jìn)行氣液相接觸反應(yīng)。該氣液相接觸反應(yīng)首先通過水溶液的偏堿性，在氣液接觸時(shí)通過酸堿化學(xué)吸收將原料氣中的硫化氫吸收進(jìn)入水溶液；在水溶液中，利用高價(jià)絡(luò)合鐵離子的氧化性將硫化氫氧化成單質(zhì)硫，絡(luò)合鐵離子被還原為低價(jià)絡(luò)合亞鐵離子。絡(luò)合鐵離子水溶液的吸收氧化反應(yīng)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）——?dú)庀?，下同?/p>

（L）——液相，下同

H2S電離：

H2S(L)H+ (L)+ HS-(L) （3）

高鐵離子(Fe3+)氧化二價(jià)硫：

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

吸收氧化總反應(yīng)方程式 (即方程式(2)，(3)，(4)疊加)

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

水溶液中絡(luò)合亞鐵離子容易被氧氣氧化，因此，將絡(luò)合亞鐵離子溶液直接與空氣進(jìn)行氣液相接觸反應(yīng)，利用空氣中的氧氣將水溶液中的絡(luò)合

亞鐵離子氧化為絡(luò)合鐵離子。絡(luò)合亞鐵離子水溶液的再生還原反應(yīng)方程式（6）～（8）如下：

絡(luò)合亞鐵離子水溶液吸收氧氣：

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

絡(luò)合亞鐵離子(Fe2+)再生反應(yīng)：

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

再生還原總反應(yīng)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(yīng)中，絡(luò)合鐵離子的作用是將吸收反應(yīng)中產(chǎn)生的電子釋放到再生反應(yīng)中去，由于每一個(gè)單質(zhì)硫的產(chǎn)生需要消耗兩個(gè)鐵原子，所以在反

應(yīng)過程中，至少提供兩個(gè)鐵原子。由此，鐵離子是作為反應(yīng)物。不過，在總反應(yīng)中并不消耗鐵離子，鐵離子是作為硫化氫和氧氣反應(yīng)的催化

劑。由于這種雙重功能，鐵離子絡(luò)合物一般被定義為催化劑。

在絡(luò)合鐵脫硫工藝中，循環(huán)水溶液的pH值是一個(gè)非常重要的可變操作因素，因?yàn)樗芤嚎晌誋2S氣體的總量完全取決于水溶液的pH值（反應(yīng)

方程式（2）、（3））。pH值是衡量水溶液酸堿度的一種方式，pH值為7代表水溶液是中性的，就是說既不呈酸性也不呈堿性；pH值在1～7代

表水溶液是酸性的；pH值7～14代表水溶液是堿性的。反應(yīng)方程式（2）和（3）的雙向箭頭表明反應(yīng)處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)，如果增加H+離子的濃

度，反應(yīng)將向左邊進(jìn)行，H2S能被水溶液吸收的總量減少。如果增加OH-離子的濃度，溶液中的H+將被中和形成水(OH- + H+ → H2O)，因此反

應(yīng)將向右邊進(jìn)行，H2S能被水溶液吸收的總量增加。

反應(yīng)方程式（1）表明反應(yīng)沒有H+離子和OH-離子的凈產(chǎn)物生成，所以水溶液的pH值不會(huì)產(chǎn)生變化。但是，副反應(yīng)會(huì)釋放H+離子，使得水溶液

的pH值降低，較終導(dǎo)致水溶液吸收H2S總量減少。其中的一個(gè)副反應(yīng)如反應(yīng)方程式（9）所示，反應(yīng)產(chǎn)生的硫代硫酸根(S2O32-)對(duì)脫硫工藝有

益，它使得之前提到的螯合劑變得較加穩(wěn)定，同時(shí)降低螯合劑的分解。

2HS-(L) + 2O2(L) →S2O32-(L) + H2O(L) （9）

當(dāng)該反應(yīng)與電離反應(yīng)（方程式（3））相結(jié)合時(shí)，可以看出，隨著硫代硫酸根(S2O32-)產(chǎn)生，H+離子生成凈產(chǎn)物，使得水溶液的pH值降低。

由于處理的氣相中含有二氧化碳(CO2)，尤其是在壓力較高時(shí)，二氧化碳較易溶于水，會(huì)形成碳酸氫鹽(HCO3-)和碳酸鹽(CO32-)，隨之發(fā)生副

反應(yīng)降低水溶液的pH值。反應(yīng)方程式如（10）～（12）：

CO2 (g) + H2O (L) → H2CO3 (L) （10）

H2CO3 (L) → H+(L) + HCO3-(L) （11）

HCO3-(L) → CO32-(L) + H+ (L) （12）

為了穩(wěn)定水溶液的pH值，需要在系統(tǒng)中加入氫氧化鉀，它與二氧化碳的反應(yīng)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，較高的pH值能夠提高反應(yīng)效能，會(huì)促進(jìn)硫代硫酸鹽離子的形成，減少氧氣的吸收，但也阻礙單質(zhì)硫的凝聚；而過低的pH值會(huì)阻礙H2S氣

體的吸收。所以，控制pH值為8.0-9.0的弱堿性水溶液。

系統(tǒng)采用堿性絡(luò)合鐵催化劑的氧化還原性質(zhì)，吸收酸性氣中的H2S。H2S被絡(luò)合鐵直接氧化生成單質(zhì)硫，絡(luò)合鐵轉(zhuǎn)化為絡(luò)合亞鐵，然后在再生

沉降槽鼓入空氣，以空氣氧化堿性吸收劑中的絡(luò)合亞鐵，使吸收劑中的絡(luò)合亞鐵轉(zhuǎn)化為絡(luò)合鐵，再生回用。同時(shí)，在再生沉降槽對(duì)硫磺進(jìn)行

沉降分離形成硫磺漿，將硫磺漿送至過濾機(jī)中脫水成硫磺餅。該法的特點(diǎn)是采用高硫容量的絡(luò)合鐵催化劑，不僅適用于高含硫的原料氣處理

，而且循環(huán)液量小，裝置尺寸小，并可直接生成單質(zhì)硫，不存在二次污染問題。

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