鐵法脫硫技術(shù)的工藝原理

復合鐵脫硫工藝為脫硫化氫提供了恒溫、低成本的操作方法。其化學(xué)反應原理是利用空氣中氧氣中的硫化氫氧化硫化氫?；瘜W(xué)反應方程如下（1）：

H2S 1/2O2 → H2O S （1）

復合鐵脫硫催化劑利用水溶液中復合鐵離子的氧化還原，使含硫化氫氣體與含復合鐵催化劑的水溶液（以下簡(jiǎn)稱(chēng)復合鐵吸收劑）接觸氣液。氣液的相接觸反應首先通過(guò)水溶液的堿性和酸堿化學(xué)吸收將原料氣體中的硫化氫吸收到水溶液中；在水溶液中，硫化氫氧化成單硫，復合鐵離子還原為低復合亞鐵離子。(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(jià)硫：

HS-(L) 2Fe3 (L) → 2Fe2 (L) H (L) S↓ （4）

吸收氧化總反應方法 (2)，(3)

H2S(g) 2Fe3 (L) → 2H (L) S↓ 2Fe2 (L) （5）

水溶液中的復合亞鐵離子容易被氧氣氧化。因此，復合亞鐵離子溶液直接接觸空氣，利用空氣中的氧氣將復合亞鐵離子氧化成復合鐵離子。復合亞鐵離子水溶液的再生還原方程(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）

復合亞鐵離子(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 (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，復合鐵離子的作用是將吸收反應中產(chǎn)生的電子釋放到再生反應中。在反應過(guò)程中，至少提供兩個(gè)鐵原子，因為每個(gè)單質(zhì)硫的產(chǎn)生需要消耗兩個(gè)鐵原子。因此，鐵離子被用作反應物。然而，鐵離子被用作硫化氫和氧反應的催化劑。由于這種雙重功能，鐵離子復合物通常被定義為催化劑。

復合鐵脫硫過(guò)程中循環(huán)水溶液pH因為水溶液可以吸收水溶液，所以值是一個(gè)非常重要的可變操作因素H2S氣體總量完全取決于水溶液pH值(反應方程(2)、(3)。pH值是衡量水溶液酸堿度的一種方法，pH值7代表水溶液為中性，即既不酸也不堿性；pH1~7值表示水溶液為酸性；pH7~14代表堿性水溶液。若增加反應方程(2)和(3)的雙向箭頭，則表示反應處于平衡穩定狀態(tài)H 對離子濃度的反應將向左進(jìn)行，H2S能被水溶液吸收的總量減少。如果增加OH-溶液中的離子濃度，H 將被中和形成水(OH- H → H2O)，因此，反應將向右進(jìn)行，H2S能被水溶液吸收的總量增加。

反應方程(1)表示無(wú)反應H 離子和OH-產(chǎn)生離子凈產(chǎn)物，因此水溶液pH值不會(huì )改變。但副作用會(huì )釋放。H 離子，使水溶液pH降低值較終導致水溶液吸收H2S總量減少。反應方程式(9)所示的副作用之一(S2O32-)有利于脫硫工藝，使之前提到的螯合劑更加穩定，同時(shí)減少了螯合劑的分解。

2HS-(L) 2O2(L) →S2O32-(L) H2O(L) （9）

當反應與電離反應(方程式(3))結合時(shí)，硫代硫酸根可見(jiàn)(S2O32-)產(chǎn)生，H 離子產(chǎn)生凈產(chǎn)物，使水溶液pH值降低。

因為處理后的氣體含有二氧化碳(CO2)二氧化碳在高壓下容易溶于水，形成碳酸氫鹽(HCO3-)和碳酸鹽(CO32-)，然后發(fā)生副作用，以減少水溶液pH值

CO2 (g) H2O (L) → H2CO3 (L) （10）

H2CO3 (L) → H (L) HCO3-(L) （11）

HCO3-(L) → CO32-(L) H (L) （12）

穩定水溶液pH需要在系統中加入氫氧化鉀，與二氧化碳反應如式(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，更高pH該值可提高反應效率，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)硫的凝結；過(guò)低pH值會(huì )阻礙H2S吸收氣體。因此，控制pH值為8.0-9.弱堿性水溶液。

該系統利用堿性復合鐵催化劑的氧化還原吸收酸性氣體H2S。H2S復合鐵直接氧化產(chǎn)生單硫，將復合鐵轉化為復合鐵，然后將空氣鼓入再生沉降罐，將空氣氧化堿性吸收劑中的復合鐵轉化為復合鐵，再利用。同時(shí)，硫磺沉降分離形成硫磺漿，硫磺漿送至硫磺回收系統。該方法的特點(diǎn)是復合鐵催化劑具有高硫容量，不僅適用于高硫原料氣處理，而且循環(huán)液量小，設備尺寸小，可直接產(chǎn)生單硫，無(wú)二次污染問(wèn)題。

綠源復合鐵脫硫工藝：脫硫塔與循環(huán)泵自下而上的貧液反向接觸，氣體從脫硫塔頂部進(jìn)入汽水分離器，通過(guò)汽水分離器捕獲游離水進(jìn)入后續工藝。脫硫塔底部溶液中的三價(jià)鐵吸收沼氣中的硫化氫，變成二價(jià)鐵，溶液變成含硫富液，流入氧化再生塔，氧化氧化風(fēng)扇鼓起的空氣。富液中的二價(jià)鐵氧化后變成三價(jià)鐵的貧液。同時(shí)，氧化再生塔中的單質(zhì)硫通過(guò)隔間逐層生長(cháng)，與部分貧液一起進(jìn)入沉降槽。硫顆粒沉積在沉降槽錐體底部，上層分離硫的貧液通過(guò)循環(huán)泵輸送至脫硫塔脫硫。硫磺漿通過(guò)硫磺漿泵送到沉降罐底部進(jìn)行循環(huán)擾動(dòng)，防止堵塞。硫含量達到一定濃度后，硫漿泵進(jìn)入板框壓濾機進(jìn)行固液分離，液體回收到系統，硫膏可銷(xiāo)售。