一、絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介
絡(luò)合鐵脫硫系統(tǒng)
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H2S轉(zhuǎn)變成元素S，處理后的H2S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、工藝復(fù)雜、副鹽生成率高、環(huán)境污染嚴(yán)重等弊端，硫磺回收裝置尾氣可使硫磺回收率達(dá)到99.9%。
絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的絡(luò)合鐵脫硫化氫成套技術(shù)，相對(duì)于其它絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)，具有硫容量高、可橇裝化、脫硫成本低、節(jié)能、運(yùn)行穩(wěn)定性高、投資低、對(duì)COS、硫醇有機(jī)硫脫除率高、無三廢排放等優(yōu)點(diǎn)。
二、絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.絡(luò)合鐵催化劑，工藝處理過程簡(jiǎn)單，采用一步法處理工藝即可快速將硫化氫直接氧化為硫單質(zhì)；對(duì)各種不同濃度的H2S，其脫硫后的H2S含量可低于20ppm，清除H2S效率高。
2.系統(tǒng)的抗波動(dòng)能力強(qiáng)。對(duì)于傳統(tǒng)的脫硫裝置，原料氣中硫化氫含量波動(dòng)較大時(shí)，會(huì)造成出口凈化氣的硫化氫含量波動(dòng)很大，甚至超標(biāo)。絡(luò)合鐵高硫容特性，其脫硫裝置完自動(dòng)處理以上波動(dòng)情況，并不需要人為改變操作且不會(huì)影響脫硫率。
3.運(yùn)行成本低。由于在脫硫過程中所使用的各種藥劑中的絡(luò)合鐵催化劑可再生循環(huán)使用且無副反應(yīng)發(fā)生，只需補(bǔ)充少量的在脫硫過程中損失的絡(luò)合鐵催化劑。
4.絡(luò)合鐵催化劑選擇性高，無副鹽外排。在絡(luò)合鐵脫硫中，絡(luò)合鐵離子氧化硫化氫為硫磺，脫硫過程副反應(yīng)少，藥劑使用壽命長(zhǎng)。
5.脫硫工作液硫容量高。使用絡(luò)合鐵脫硫劑能顯著降低循環(huán)液量，降低設(shè)備尺寸，減少投資和操作成本。
6.能脫除有機(jī)硫COS、硫醇。
7.設(shè)備尺寸小，可有效實(shí)現(xiàn)橇裝化。由于工作硫容量高，設(shè)備小，可有效實(shí)現(xiàn)橇裝化，非常適合小項(xiàng)目的橇裝化要求。
8.催化劑的安全性高，系統(tǒng)所采用的催化劑對(duì)環(huán)境及人體無毒無害，具有良好的環(huán)保效益。
9.三廢基本為零。
本設(shè)計(jì)脫硫系統(tǒng)不產(chǎn)生任何廢氣、固廢、廢液。用于再生后的空氣可以直接排放；分離出來的硫膏可直接出售；硫磺漿過濾產(chǎn)生的濾液最終打回系統(tǒng)繼續(xù)使用，降低藥劑消耗。
三、絡(luò)合鐵法脫硫技術(shù)的工藝原理
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?/div>
（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）
絡(luò)合鐵脫硫系統(tǒng)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*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，最終導(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更加穩(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)，二氧化碳極易溶于水，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，然后向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，將硫磺漿送至硫磺回收系統(tǒng)。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。
絡(luò)合鐵脫硫系統(tǒng)
工藝流程：從界區(qū)外來的含硫化氫氣體由下至上經(jīng)脫硫塔與循環(huán)泵打來的貧液逆向接觸，氣體從脫硫塔頂出裝置后進(jìn)入汽水分離器，經(jīng)汽水分離器捕捉游離水后進(jìn)入后續(xù)工藝。脫硫塔底部溶液中的三價(jià)鐵吸收沼氣中硫化氫變成二價(jià)鐵，溶液變成含硫富液自流進(jìn)入氧化再生塔,與氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣進(jìn)行氧化。富液中的二價(jià)鐵經(jīng)氧化風(fēng)機(jī)鼓入的氧氣氧化后變成三價(jià)鐵的貧液，同時(shí)，氧化再生塔中的單質(zhì)硫經(jīng)各個(gè)隔室逐層長(zhǎng)大后和部分貧液一起進(jìn)入沉降槽，硫磺顆粒因?yàn)橹亓砍练e到沉降槽錐體底部，上層分離了硫磺的貧液經(jīng)循環(huán)泵輸送到脫硫塔進(jìn)行脫硫。底部硫磺漿經(jīng)硫磺漿泵一路送到沉降槽底部進(jìn)行循環(huán)擾動(dòng)，防止堵塞，當(dāng)硫磺含量達(dá)到一定濃度后，由硫漿泵打入板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，液體回收至系統(tǒng)，硫膏可進(jìn)行銷售。
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