干法脱硫-活性炭法

1、干法脱硫活性炭法 应用活性炭脱除工业气体中硫化氢及有机硫化物，称为活性炭脱硫。目前广泛应用的是活性炭脱硫过热蒸汽再生工艺。 （1）基本原理 在室温下，气态的硫化氢与空气中的氧能发生下列反应： 在一般条件下，该反应速度较慢。而活性炭对这一反应具有良好的催化作用，并兼有吸附作用。 活性炭是一种孔隙性大的黑色固体。主要成分以石墨微晶呈不规则排列。属无定形。活性炭中的孔隙大小不是均匀一致的，可分为大孔(2000100000A)、过渡孔(1002000A)及微孔(10100A)，但主要是微孔。孔隙体积8.0l0m/kg，比表面积最高可达1810m/kg，一般为(510)10mkg。 活性炭脱硫属多相反应

2、。研究证明，硫化氢及氧在活性炭表面的反应分两步进行。第一步是活性炭表面化学吸附氧，形成作为催化中心的表面氧化物。这一步极易进行，因此工业气体中只要含少量氧(0.10.5)便已能满足活性炭脱硫的需要。第二步是气体中的硫化氢分子碰撞活性炭表面，与化学吸附的氧发生反应，生成的硫磺分子沉积在活性炭的孔隙中。沉积在活性炭表面的硫，对脱硫反应也有催化作用。在脱硫过程中生成的硫，呈多分子层吸附于活性炭的孔隙中，活性炭中的孔隙越大，则沉积于孔隙内表面上的硫分子愈厚，可超过20个硫原子。在微孔中，硫层的厚度一般为4个硫原子。活性炭失效时，孔隙中基本上塞满了硫。活性炭具有很大的空隙性，因此，活性炭的硫容量比其他固

3、体脱硫剂(例如活性氧化铁、氧化锌、分子筛等)的大。脱硫性能好的活性炭，其硫容量可超过100。 活性炭脱硫的反应，主要在活性炭孔隙的内表面上进行。由于表面张力的存在，其对工业气体中分子具有一定的吸附作用。水蒸气在活性炭中，除存在多分子层的吸附外，还存在毛细管的凝结作用。因此在常温下进行脱硫时，活性炭孔隙的表面上凝结着一薄层的水膜。利用硫化氢在水中的溶解作用，使活性炭容易吸附硫化氢，从而能加速脱硫作用。这时硫化氢的氧化作用将在液相水膜中进行。所以，当气体中存在足够的水蒸气时才能使硫化氢更快地被吸附与氧化。若在气体中存在少量氨，会使活性炭空隙表面的水膜呈碱性，更有利于吸附呈酸性的硫化氢分子，能显著地

4、提高活性炭吸附与氧化硫化氢的速度。 活性炭脱除硫化氢气体时，还发生下列副反应： 气体中氨的含量越大，在活性炭脱硫过程中越易生成硫的含氧酸盐。 （2）影响脱硫的主要因素及控制条件 活性炭的质量 活性炭的质量可由其硫容量与强度直接判断。在符合一定强度的条件下，活性炭的硫容量高，其脱硫效果也就好。在活性炭中添加某些化合物后，可以显著提高活性炭的脱硫性能，甚至改变活性炭脱硫的产物。除上述的氨外，已知能够增大活性炭脱硫性能的化合物有铵或碱金属的碘化物或碘酸盐、硫酸铜、氧化铜、碘化银、氧化铁、硫化镍等。工业上常用含氧化铁的活性炭净化含硫化氢的气体。活性炭中氧化铁的存在，能显著改进活性炭的脱硫性能，提高硫化

5、氢的氧化速度。 氧及氨的含量 氧和氨都是直接参与化学反应的物质。对脱除硫化氢来说工业生产中氧含量一般控制在超过理论量的50，或者使脱硫后气体中残余氧含量为0.l。含硫化氢lgm的工业气体，活性炭脱硫时，要求氧含量为0.05，对含硫化氢10gm的工业气体，含氧0.53便足够了。一般来说，半水煤气含氧0.5左右，变换气、碳化气及合成甲醇气中的硫化氢含量均在1gm3以下。所以在以煤为原料的合成氨厂，使用活性炭脱硫时，都不需要补充氧。 氨易溶于水，使活性炭孔晾内表面的水膜呈碱性，增强了吸收硫化氢的能力。吸收硫化氢时，氨的用量很少，一般保持在0.10.25gm，或者相当于气体中硫化氢含量的120(物质的

6、量比)，便可使活性炭的硫容量提高约一倍。 相对湿度 在室温下进行脱硫时，高的气体相对湿度能提高脱硫效率，最好是气体被水蒸气所饱和。但需要注意的是，进人活性炭吸附器的气体，不能带液态水。否则会使活性炭浸湿，活性炭的空隙被水塞满失去脱硫能力。 脱硫温度 温度对活性炭脱硫的影响比较复杂。对硫化氢来讲，当气体中存在水蒸气时，脱硫的温度范围为2782，最适宜温度范围为3254。低于27时，硫化氢被催化氧化的反应速度较慢；温度高于82时，由于硫化氢及氨在活性炭孔隙表面水膜中的溶解作用减弱，也会降低脱硫效果。当气体中存在水蒸气时，则活性炭脱除硫化氢的能力反而随温度的升高而加强。 煤焦油及不饱和烃 活性炭对煤

7、焦油有很强的吸附作用。煤焦油不但能够堵塞活性炭的孔隙，降低活性炭的硫容量及脱硫效率，而且还会使活性炭颗粒黏结在一起，增加活性炭吸附器的阻力，严重影响脱硫过程的进行。另外，气体中的不饱和烃会在活性炭表面发生聚合反应，生成分子量大的聚合物，同样会降低活性炭的硫容量，减少使用时间，并且降低脱硫效率。（3） 活性炭的再生 活性炭作用一段时间后，会失去脱硫能力。因活性炭的空隙中聚集了硫及硫的含氧酸盐。需要将这些硫及硫的含氧酸盐从活性炭的孔隙中除去，以恢复活性炭的脱硫性能，这叫做活性炭的再生。优质活性炭可再生循环使用2030次。 活性炭再生方法较多，较早的方法是利用S与碱易生成多硫根离子的性质，以硫化铵溶液把活性炭中的硫萃取出来，反应式为： 式中n最大可达9，一般为25，此法再生彻底，副产品硫磺纯度高（f99)。缺点是设备庞大，操作复杂，并且污染环境。目前出现了一些新的再生方法几种。主要有以下几种。用加热氮气通入活性炭吸附器，从活性炭吸附器再生出来的硫在120150变为液态硫放出，氮气再循环使用。用过热蒸汽通入活性炭吸附器，把再生出来的硫经冷凝后与水分离。用有机溶剂再生。 （4）工艺流程 20世纪80年代以来，国内小型合成氨厂采用活性炭脱硫的日益增多，都采用过热蒸汽再生。工艺流程如图5-4所示。图5-4活性炭脱硫过热蒸汽再生工艺流程1-电加热器；2-活性炭吸附器；3-