絡合鐵脫硫催化劑 絡合鐵脫硫工藝

絡合鐵法脫硫技術是一種以絡合鐵為催化劑的濕式氧化脫除硫化氫的方法，其特點是直接將氣體中的h2s轉變成元素s，吸收后氣體中h2s的含
量小于20ppm，是一種工藝簡單、工作硫容高且環保無毒的新型脫硫技術，克服了傳統脫硫工藝硫容量低、脫硫工藝復雜、副鹽生成率高、環
境污染嚴重等弊端，硫磺回收率達到**，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保指標。
絡合鐵脫硫工藝為脫除硫化氫提供了一種恒溫、低成本的運行方法。其化學反應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
氧化為單質硫。其化學反應方程式如式(1)：
h2s + 1/2o2 → h2o + s （1）
絡合鐵脫硫催化劑利用水溶液中絡合鐵離子的氧化還原性，使含硫化氫氣體與含絡合鐵催化劑的水溶液（簡稱絡合鐵吸收劑，下同）進行氣液相接觸反應。該氣液相接觸反應首先通過水溶液的偏堿性，在氣液接觸時通過酸堿化學吸收將原料氣中的硫化氫吸收進入水溶液；在水溶液中，利用高價絡合鐵離子的氧化性將硫化氫氧化成單質硫，絡合鐵離子被還原為低價絡合亞鐵離子。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）
水溶液中絡合亞鐵離子容易被氧氣氧化，因此，將絡合亞鐵離子溶液直接與空氣進行氣液相接觸反應，利用空氣中的氧氣將水溶液中的絡合
亞鐵離子氧化為絡合鐵離子。絡合亞鐵離子水溶液的再生還原反應方程式（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）
絡合亞鐵離子(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，絡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去，由于每一個單質硫的產生需要消耗兩個鐵原子，所以在反
應過程中，至少提供兩個鐵原子。由此，鐵離子是作為反應物。不過，在總反應中并不消耗鐵離子，鐵離子是作為硫化氫和氧氣反應的催化
劑。由于這種雙重功能，鐵離子絡合物一般被定義為催化劑。
在絡合鐵脫硫工藝中，循環水溶液的ph值是一個非常重要的可變操作因素，因為水溶液可吸收h2s氣體的總量完全取決于水溶液的ph值（反應
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。反應方程式（2）和（3）的雙向箭頭表明反應處于平衡穩定狀態，如果增加h+離子的濃
度，反應將向左邊進行，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
應將向右邊進行，h2s能被水溶液吸收的總量增加。
反應方程式（1）表明反應沒有h+離子和oh-離子的凈產物生成，所以水溶液的ph值不會產生變化。但是，副反應會釋放h+離子，使得水溶液
的ph值降低，較終導致水溶液吸收h2s總量減少。其中的一個副反應如反應方程式（9）所示，反應產生的硫代硫酸根(s2o32-)對脫硫工藝有
益，它使得之前提到的螯合劑變得較加穩定，同時降低螯合劑的分解。
2hs-(l) + 2o2(l) →s2o32-(l) + h2o(l) （9）
當該反應與電離反應（方程式（3））相結合時，可以看出，隨著硫代硫酸根(s2o32-)產生，h+離子生成凈產物，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，二氧化碳較易溶于水，會形成碳酸氫鹽(hco3-)和碳酸鹽(co32-)，隨之發生副
反應降低水溶液的ph值。反應方程式如（10）～（12）：
co2 (g) + h2o (l) → h2co3 (l) （10）
h2co3 (l) → h+(l) + hco3-(l) （11）
hco3-(l) → co32-(l) + h+ (l) （12）
為了穩定水溶液的ph值，需要在系統中加入氫氧化鉀，它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，較高的ph值能夠提高反應效能，會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聚；而過低的ph值會阻礙h2s氣
體的吸收。所以，控制ph值為8.0-9.0的弱堿性水溶液。
系統采用堿性絡合鐵催化劑的氧化還原性質，吸收酸性氣中的h2s。h2s被絡合鐵直接氧化生成單質硫，絡合鐵轉化為絡合亞鐵，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合亞鐵，使吸收劑中的絡合亞鐵轉化為絡合鐵，再生回用。同時，在再生沉降槽對硫磺進行
沉降分離形成硫磺漿，將硫磺漿送至過濾機中脫水成硫磺餅。該法的特點是采用高硫容量的絡合鐵催化劑，不僅適用于高含硫的原料氣處理
，而且循環液量小，裝置尺寸小，并可直接生成單質硫，不存在二次污染問題。
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