絡(luò)合鐵脫硫催化劑 絡(luò)合鐵脫硫工藝

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(wú)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(mǎn)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(chēng)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(guò)水溶液的偏堿性，在氣液接觸時(shí)通過(guò)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?br>（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(guò)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(guò)，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説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(shuō)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(méi)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(guò)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(guò)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(wèn)題。
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