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络合铁脱硫工艺

发布时间:[ 2022-05-11 09:47:27]

铁法脱硫技术的工艺原理

复合铁脱硫工艺为脱硫化氢提供了恒温、低成本的操作方法。其化学反应原理是利用空气中氧气中的硫化氢将硫化氢氧化。其化学反应方程如下(1):

H2S 1/2O2 → H2O S (1)

络合铁脱硫催化剂利用水溶液中络合铁离子的氧化还原性,使含硫化氢气体与含络合铁催化剂的水溶液(简称络合铁吸收剂,下同)进行气液相接触反应。该气液相接触反应首先通过水溶液的偏碱性,在气液接触时通过酸碱化学吸收将原料气中的硫化氢吸收进入水溶液;在水溶液中,利用高价络合铁离子的氧化性将硫化氢氧化成单质硫,络合铁离子被还原为低价络合亚铁离子。络合铁离子水溶液的吸收氧化反应方程式(2)~(5)如下:

水溶液吸收H2S气体:

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

式中:(g)——气相,下同;

(L)——液相,下同

H2S电离:

H2S(L)→ H (L) HS-(L) (3)

高铁离子(Fe3 )氧化二价硫:

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

吸收氧化总反应方程 (即方程式(2),(3),(4)叠加)

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

水溶液中的复合亚铁离子容易被氧气氧化。因此,复合亚铁离子溶液直接与空气接触,利用空气中的氧气将复合亚铁离子氧化成复合铁离子。复合亚铁离子水溶液的再生还原反应方程(6)~(8)如下:

络合亚铁离子水溶液吸收氧气:

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

复合亚铁离子(Fe2 )再生反应:

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

总反应方程式 (即方程式(6),(7)叠加)

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

在总反应中,复合铁离子的作用是将吸收反应中产生的电子释放到再生反应中。由于每个单质硫的产生需要消耗两个铁原子,因此在反应过程中至少提供两个铁原子。因此,铁离子被用作反应物。然而,铁离子在总反应中总反应中,铁离子被用作硫化氢和氧反应的催化剂。由于这种双重功能,铁离子复合物通常被定义为催化剂。

循环水溶液在复合铁脱硫过程中pH由于水溶液能吸收水溶液,因此值是一个非常重要的可变操作因素H2S气体总量完全取决于水溶液pH值(反应方程式(2)、(3))。pH值是衡量水溶液酸碱度的一种方法,pH值7代表水溶液为中性,即既不酸也不碱性;pH1~7值表示水溶液为酸性;pH值7~14表示水溶液是碱性的。如果增加反应方程(2)和(3)的双向箭头,则表示反应处于平衡稳定状态H 离子浓度,反应将向左进行,H2S能被水溶液吸收的总量减少。如果增加OH-溶液中的离子浓度、H 将被中和形成水(OH- H → H2O),因此,反应将向右进行,H2S能被水溶液吸收的总量增加。

反应方程(1)表示没有反应H 离子和OH-产生离子净产物,因此水溶液pH值不会改变。然而,副作用将被释放H 离子使水溶液pH降低值最终导致水溶液吸收H2S总量减少。其中一种副作用,如反应方程式(9)所示,反应产生硫代硫酸根(S2O32-)有利于脱硫工艺,使之前提到的螯合剂更加稳定,同时减少了螯合剂的分解。

2HS-(L) 2O2(L) →S2O32-(L) H2O(L) (9)

当反应与电离反应(方程式(3))结合时,可以看到硫代硫酸根(S2O32-)产生,H 离子产生净产物,使水溶液pH值降低。

因为处理后的气相含有二氧化碳(CO2),特别是当压力较高时,二氧化碳很容易溶,形成碳酸氢盐(HCO3-)和碳酸盐(CO32-),随后,水溶液的副作用少pH值

CO2 (g) H2O (L) → H2CO3 (L) (10)

H2CO3 (L) → H (L) HCO3-(L) (11)

HCO3-(L) → CO32-(L) H (L) (12)

稳定水溶液pH氢氧化钾需要在系统中加入,与二氧化碳的反应如式(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该值可以提高反应效率,促进硫代硫酸盐离子的形成,减少氧气的吸收,但也阻碍单质硫的凝结;过低pH值会阻碍H2S吸收气体。因此,控制pH值为8.0-9.0弱碱性水溶液。

该系统采用碱性复合铁催化剂的氧化还原性,吸收酸性气体H2S。H2S复合铁直接氧化产生单质硫,复合铁转化为复合亚铁,然后将空气鼓入再生沉降罐,将空气氧化碱性吸收剂中的复合亚铁转化为复合铁,再生再利用。同时,在再生沉降罐中,硫分离形成硫磺浆,并将硫磺浆送至硫回收系统。该方法的特点是采用高硫容量的复合铁催化剂,不仅适用于高硫原料气处理,而且循环液量小,设备尺寸小,可直接产生单质硫,无二次污染问题。


复合铁脱硫工艺流程:脱硫塔与循环泵从下到上的贫液反向接触,气体从脱硫塔顶部进入蒸汽水分离器,通过蒸汽水分离器捕获游离水,进入后续工艺。脱硫塔底部溶液中的三价铁吸收沼气中的硫化氢,变成二价铁,溶液变成富含硫的液体,自流进入氧化再生塔,并与氧化风扇鼓起的空气氧化。富液中的二价铁氧化后变成三价铁的贫液。同时,氧化再生塔中的单质硫通过各隔间逐层生长,与部分贫液一起进入沉降槽。硫颗粒由于重量沉积在沉降槽锥体底部,上层分离硫的贫液通过循环泵输送到脱硫塔进行脱硫。底部底部通过硫浆泵送至沉降槽底部进行循环扰动,防止堵塞。当硫含量达到一定浓度时,硫浆泵进入板框压滤机进行固液分离,硫浆可回收到系统,硫膏可销售。

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