H2S--硫化氢尾气净化

硫化氢尾气净化方法
1.化学吸收法:吸收液一般是弱碱水溶液。
1.1 单乙醇胺溶液(MEA):
MEA是吸收硫化氢较好的溶剂,其优点是:价格低,反应能力强,稳定性好,且易回收;缺点是:蒸气压高,溶液损失大。可采用简单的水洗法从气流中吸收蒸发的胺来加以回收。而与氧硫化碳(COS)反应而不能再生,因此,MEA法只能用于净化天然气和不含COS(或CS2)的气体。
1.2 乙二醇胺(DEA):
由于石油炼制含有COS气,一般使用DEA溶剂作为吸收剂。DEA法由于投资运营费低,蒸气压低,损失比MEA法少,DEA对烃类溶解度小,用此法回收的硫化氢气体中含烃类<0.5%,净化程度高。
1.3 二异丙醇胺(DIPA):
对于含硫化氢、CO2,和COS的烟气,常采用二异丙醇胺(DIPA)30%一40%的水溶液进行吸收,称DIPA法。
1.4 热碳酸盐法:
热碳酸盐法的吸收液是加活化剂的碳酸盐水溶液。碳酸盐多用碳酸钾,也有用碳酸钠的。活化剂为胺-硼酸盐、或甘氨酸。该法已成功地用于从气体中脱除大量CO2,也已用来脱除含CO2和硫化氢的天然气中的酸性气体。缺点是不适于用来脱除不含CO2或含少量CO2的混合气的酸性组分。
2.1 物理吸收法:
流程简单,只需吸收塔,常压闪蒸罐和循环泵,不需蒸气和其他热源
2.2 物理-化学吸收法:
这是一种将化学吸收剂与物理吸收剂联合应用的脱硫方法,目前以环丁砜法为常用,环丁砜脱硫法所用溶剂一般是由DIPA、环丁砜和水组成。环丁砜对水、酸、碱、氧等均稳定,挥发性小,无毒。实验表明,溶液中环丁砜浓度高,适于脱除COS,反之,低的环丁砜浓度则适合于脱除硫化氢。
3 吸收氧化法
3.1 费罗克斯法:
江苏省物业管理条例其净化对象为焦炉煤气和其他含硫化氢的气体。吸收液用Na2CO3溶液,以Fe(OH)3作催化剂,
反应式为:
吸收:2Fe(OH)3+3H2S—Fe2S3+6H2O (1)
再生:2Fe2S3+6H2O+3O2—4Fe(OH)3+6S (2)
其工艺条件为:Na2CO3浓度为3%一5%,Fe(OH)3浓度为0.5%,净化效率可达98%。该法的缺点是再生反应速度比脱硫速度慢,因此,再生速度是整个过程的主要控制步骤。
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3.2 砷碱法(Thylox法):
洗液由K2CO3或Na2CO3和As2O3组成,以砷酸盐或硫代砷酸盐为硫氧化剂,主要成分是Na4As2S5O2。脱硫及再生过程反应原理为:
Na4As2S5O2+H2S—Na4AsS6O+H2O (3)
Na4As2S6O+H2S-Na4As2S7+H2O (4)
2Na4As2O7+O2--2Na4As2S6O+2S (5)
2Na4AsS6O+O2—2Na4As2S5O2+2S (6)
此法脱除硫化氢很有效果,能产生含硫化氢<5mg/m3(标)的气体。但随着环保要求严格,砷
是剧毒物质,因此,目前砷碱法已被其他一些脱硫方法所取代,工业上已很少使用。
3.3 改良砷碱法(G—V 法):
该法是对砷基工艺的改进,洗液由钾或钠的砷酸盐组成,其反应式为:
吸收:Na3AsS5O+H2S—Na3AsS4+H2O (7)
再生:2Na3AsS4+O2—2Na3AsS3O+2S (8)
在G—V法中,必须进行后处理以除去亚砷酸盐。该法应用范围较广,吸收温度从常温到150℃,压力从常压到7.4 MPa,可以处理CO2浓度很高的气体。净化后气体中的硫化氢含量<1 mg/m3(标),溶液的硫容量高(0.5—8kg/m3)
3.4 蒽醌二磺酸钠法(ADA法):
该工艺以钒作为脱硫的基本催化剂,并采用蒽醌一2,7一二酸钠(ADA)作为还原态钒的再生氧载体,洗液由碳酸盐作介质。脱硫原理为:
吸收:H2S+Na2CO3一NaHS+NaHCO3 (9)
2NaHS+4NaVO3+H2O —Na2V4O9+4NaOH+2S(10)
Na2V4O9+2NaOH+H2O+2ADA(氧化态)一4NaVO3+2ADA(还原态) (11)
再生:O2+2ADA(还原态)一2ADA(氧化态)+2H2O (12)
该溶液组成:Na2CO3为3%一5%;NaVO3为0.12%一0.28%;酒石酸钾钠少量;操作温度20—40℃;pH值为8.5—9.2;净化效率可达99%。该法的工艺问题在于:(1)悬浮的硫颗粒回收困难,易造成过滤器堵塞;(2)副产物使化学药品耗量增大;(3)硫质量差;(4)对CS2、CO2及硫醇几乎不起作用;(5)有害废液处理困难,可能造成二次污染;(6)气体刺激性大。
3.5 配合铁法(铁基工艺):
反应方程式为:
H2S(g)+2Fe3+-2H++S(s)+2Fe2+ (14)
O2(g)+2H2S+2Fe2+-4OH-+2Fe 3+(15)
硫化氢治理
刘梦露硫化氢产生于天然气净化﹑石油炼制﹐以及制煤气﹑制革﹑制药﹑造纸﹑合成化学纤维等生产过程。硫化氢是无气体﹐有刺激性恶臭﹐易挥发﹐燃烧时呈蓝火焰。硫化氢是大气的主要污染物之一﹐不仅危害人体健康﹐还会严重腐蚀设备等。
硫化氢治理开始较早。1809年英国克莱格使用石灰乳净化器脱硫﹐1849年英国兰宁和希尔斯获得干式氧化铁法专利﹐1870年美国发展了氧化铁制备方法﹐这种干式氧化铁法在脱硫领域沿用100年之久。20世纪30~40年代出现溶液法﹐将氢氧化铁悬浮在碱液中进行脱硫。50年代起﹐西欧普遍采用氨水法。60年代出现砷碱法﹐用砷化物作催化剂。因砷化物有剧毒﹐逐渐为无毒催化剂所取代。如对苯二酚法﹑A.D.A.法﹑富玛克斯法﹑达克哈克斯法等都使用无毒催化剂。这些方法都是近年发展较快的技术。另一方面溶液法的吸收废液处理技术也不断发展﹐形成了不同的脱硫工艺。
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脱硫方法
基本上分干法和湿法两类﹕
干法
包括氢氧化铁法﹑活性炭法﹑克劳斯法和氧化锌法等。
氢氧化铁法﹕将铁屑和湿木屑充分混合﹐加0.5%氧化钙﹐制成脱硫剂﹐湿度为30~40%。硫化氢同
脱硫剂反应而被脱除﹐再生的氢氧化铁可继续使用。其反应如下﹕2Fe(OH)+3HS─→FeS+6HO
2FeS+6HO+3O─→4Fe(OH)+6S 此法脱硫效率高﹐适于净化硫化氢含量低的气体﹐但设备占地面积大﹐脱硫剂必须定期再生和更换﹐操作条件差﹐因而已逐渐为湿法取代﹐或同湿法联合用于深度脱硫。
活性炭法﹕用活性炭吸附硫化氢﹐通氧气转换成单体硫和水﹐用硫化胺洗去硫磺﹐活性炭可继续使用。此法不宜用于含焦油的气体。
克劳斯法﹕先把1/3硫化氢氧化成二氧化硫﹐再使它在转化炉内同剩余硫化氢反应﹐可直接从气相制取高质量熔融硫。
氧化锌法﹕粒状的氧化锌和硫化氢反应生成硫酸锌和水。主要用于净化硫化氢含量低的废气。此法效率较高﹐但不经济。
湿法
包括溶剂法﹑中和法和氧化法。
溶剂法﹕常用15~20%二乙醇胺水溶液吸收硫化氢﹐形成“复合物”﹐把富液加热到100~130℃﹐硫化
氢被解析出来﹐经冷凝可得到高浓度硫化氢﹐再制成硫磺。溶液再生后经换热器冷却继续使用﹐这种工艺叫胺洗。此法特点是溶剂容易生产﹐价格低廉﹐工艺成熟﹐脱硫效率高﹐降解和蒸发损失小。广泛应用于石油炼制的脱硫。此法还可采用环丁﹑氨基异丙醇﹑聚乙醇醚﹑磷酸酯﹑碳酸丙烯酯﹑冷甲醇等作为溶剂。但某些溶剂不适于重烃﹑芳烃含量高的气体脱硫。
姆拉迪奇中和法﹕硫化氢是酸性物质﹐可用碱性吸收液去除。富液可经过加热减压处理﹐使硫化氢脱吸﹐吸收液可循环使用。应用的碱性吸收液主要有碳酸钠﹑磷酸钾﹑氢氧化钙的溶液和氨水等﹐其中氨水应用较广。氨水法可利用煤气中的氨作碱性吸收液去除硫化氢﹐既不用外来碱源﹐也不产生废液。其反应如下﹕中和法操作简单﹐费用低﹐废液少﹐但碱耗高﹐吸收液再生较困难﹐脱硫效率一般比较低。
氧化法﹕硫化氢用碱性吸收液吸收后﹐在催化剂作用下氧化成硫磺。催化剂可用空气再生﹐继续使用。常用催化剂有镍盐﹑铁﹑氧化铁﹑对苯二酚﹑氢氧化铁﹑硫化砷酸的碱金属盐类﹑二磺酸盐﹑﹑二磺酸盐等。常用吸收液有碳酸钠溶液﹑氨水等。氧化法因催化剂和吸收液的不同而异﹐举例如下﹕对苯二酚法﹕以碳酸钠溶液或氨水作吸收液﹐以对苯二酚作催化剂。对苯二酚是一种有机载氧体﹐脱硫效率高﹐催化剂再生所需空气少。
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砷碱法﹕以氨水或碳酸钠溶液作吸收液﹐以硫代砷酸的碱金属盐类作催化剂﹐其反应如下﹕吸收NaAsSO+HS─→NaAsS+HO 再生2NaAsS+O─→2NaAsSO+2S 砷碱法为焦化厂广泛使用﹐但因催化剂污染水体﹐所以应用受到限制。
A.D.A.法﹕是以3~5%碳酸钠溶液作吸收液﹐以二磺酸钠和偏钒酸钠作催化剂﹐并加入少量酒石酸钠﹐防止有钒存在时出现沉淀物﹐硫化氢被吸收并被氧化为单体硫而加以回收。此法脱硫效率高﹐获得的硫纯度也高﹐但有副反应﹐碱耗大。
富玛克斯法﹕以2~3%碳酸钠溶液作吸收液﹐加入0.1%作催化剂﹐吸收硫化氢。吸收硫化氢后的溶液输送到再生塔用空气再生﹐反应如下﹕HS吸收NaCO+HS─→NaHS+NaHCO HS氧化
NaHS+*RNO+HO─→NaOH+S+*RNHOH NaHCO+NaOH─→NaCO+HO 再生*R表示芳基。此法催化剂易得﹐操作温度范围较宽﹑效率高。
达克哈克斯法﹕以二磺酸钠为催化剂﹐以碳酸钠溶液或氨水为吸收液﹐吸收塔采用高效的泰勒填料﹐可同时脱硫脱氰。此法因碱源和废液处理方法不同可组成三种全流程﹕氨型达克哈克斯湿式氧化法﹐可得到硫酸和硫酸铵。氨型达克哈克斯燃烧法﹐产生单体硫﹑二氧化硫和氮气﹐二氧化硫可制硫酸。钠型达克哈克斯还原热解法﹐产生单体硫﹑氮气﹑硫化氢﹐后者可制硫酸或再吸收﹐碳酸钠可回收使用。中国研究成功的APS脱硫法以为催化剂﹐以煤气中的氨为吸收剂﹐可同时脱除硫化氢和氰化氢。催化剂在再生塔中用空气再生﹐废液用加压加酸转化﹐转化尾气中含有部分有机硫可在催化剂作用下通蒸汽变为硫化氢﹐返回吸收塔脱除﹐回收产品为硫和硫酸铵。此法脱硫效率高。

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