脫硫原理

常溫下，氧化鐵（Fe₂O₃）的(of)α-水合物和(and)γ-水合物具有脫硫作(do)用(use)，它與硫化氫發生(born)下列反應：

Fe₂O₃·H₂O+3H₂S=Fe₂S₃·H₂O+3H₂O    ①

Fe₂O₃·H₂O+3H₂S=2FeS+S+4H₂O      ②

在(exist)堿性水膜存在(exist)下，脫硫反應大(big)緻經過以(by)下幾個(indivual)過程：

1 硫化氫分子通過氣固界面上的(of)氣膜，擴散帶氧化鐵水合物表面。

2 通過脫硫劑的(of)微孔向内部擴散。

3 硫化氫溶解于(At)氧化鐵表面的(of)水膜中，并離解成HS-，S-離子。

4 HS-，S-離子與水合氧化鐵的(of)晶格氧（OH-，O-）相互置換，生(born)成Fe₂S₃·H₂O。

5 晶格重排，水和(and)氧化鐵的(of)針形及立方型結果轉變爲(for)水合硫化鐵的(of)單斜結晶。

6 生(born)成的(of)表層硫化鐵與内層的(of)氧化鐵進行界面反應，硫向内擴散。

7 表面更新後，表面氧化鐵繼續吸收硫化氫。

在(exist)有氧存在(exist)下，生(born)成的(of)硫化鐵發生(born)氧化反應，析出(out)硫磺，該反應爲(for)再生(born)反應。反應如下：

Fe₂S₃·H₂O+3/2O₂=Fe₂O₃·H₂O+3S  ③

2FeS+3/2O₂+H₂O=Fe₂O₃·H₂O+2S   ④

按③式進行的(of)再生(born)反應速度很快，再生(born)也較徹底，按④式進行的(of)再生(born)反應在(exist)常溫下很難進行，不(No)僅反應速度慢，而且再生(born)也不(No)完全。因此，應使脫硫反應在(exist)堿性下進行，盡量避免在(exist)酸性、中性時(hour)發生(born)反應。

據研究，如果在(exist)被脫硫的(of)氣體中含有氧，且氧與硫化氫分子比大(big)于(At)2.5時(hour)，則脫硫再生(born)反應可基本同步進行。

脫硫劑的(of)理化性質及使用(use)條件

工業上應用(use)的(of)常溫氧化鐵脫硫劑主要(want)有使用(use)純的(of)水合氧化鐵作(do)爲(for)脫硫劑，如天然沼鐵礦（2Fe₂O₃·3H₂O），硫鐵礦焙燒礦灰，鐵礬土提釩後的(of)殘渣以(by)及冶金工業的(of)活性赤泥等。

按脫硫劑的(of)形狀有粉狀的(of)，也有顆粒的(of)。粉狀氧化鐵脫硫劑廣泛用(use)于(At)煤氣脫硫。該脫硫劑的(of)優點是(yes)：來(Come)源廣泛，價格低廉；但由于(At)氣體流動阻力大(big)，線速小，使用(use)空速低，造成脫硫設備體積龐大(big)。将粉狀氧化鐵進行加工，可制得片狀或柱狀脫硫劑。

主要(want)影響因素及控制條件

01溫度

常溫氧化鐵脫硫劑的(of)脫硫反應速度即活性與溫度有關，溫度升高，活性增大(big)，溫度降低，則活性減少。在(exist)25～75℃的(of)範圍内，對脫硫劑來(Come)說，溫度每升高10℃，脫硫反應速度加快14%。當溫度低于(At)5～10℃時(hour)，脫硫的(of)活性銳降。

常溫型氧化鐵脫硫劑的(of)使用(use)溫度以(by)20～40℃爲(for)宜，在(exist)此溫度範圍内，活性較大(big)，硫容大(big)且較穩定。

02壓力

常溫下，氧化鐵的(of)脫硫反應是(yes)不(No)可逆的(of)，故不(No)受平衡分壓影響。但提高操作(do)壓力可增大(big)硫化氫的(of)濃度，提高脫硫劑的(of)硫容。壓力與硫容的(of)關系見圖2-9。從圖中可以(by)看出(out)，壓力對硫容的(of)影響較大(big)，而且，氣體中硫化氫含量高，壓力的(of)影響就越顯著。所以(by)，在(exist)條件允許時(hour)，提高脫硫的(of)操作(do)壓力是(yes)有利的(of)，不(No)僅可縮小設備尺寸，還可減少脫硫生(born)産成本。

03 脫硫劑的(of)粒度

根據脫硫反應機理，反應速度與内擴散速度及外擴散速度有關，脫硫劑顆粒小，擴散阻力小，反應速度越快，反之，則脫硫反應速度就越慢。粒度與活性的(of)關系見下圖中：穿透空速越大(big)，表明反應速度越快。從該圖可以(by)看出(out)，随着脫硫劑的(of)粒度增大(big)，穿透空速迅速降低。

溫度與活性的(of)關系

溫度與硫容的(of)關系

但脫硫劑的(of)粒度越小，床層阻力越大(big)，因此。在(exist)保證脫硫劑有相當活性的(of)前提下，粒度應盡量大(big)一(one)些，以(by)減少床層壓力。目前，國内常低溫型氧化鐵脫硫劑爲(for)圓柱形，直徑範圍在(exist)Φ3～Φ6mm。

04 脫硫劑的(of)堿度

根據脫硫反應機理，脫硫劑呈中性或酸性時(hour)，脫硫反應按式②進行，生(born)成的(of)黑色硫化鐵（FeS）不(No)宜再生(born)。據實驗，在(exist)空氣中放置一(one)晝夜黑色尚未退去。當脫硫劑成堿性時(hour)，脫硫反應式①中進行，生(born)成的(of)Fe₂S₃極易再生(born)，在(exist)空氣中放置四小時(hour)即可全部再生(born)。

脫硫劑本體呈堿性有利于(At)在(exist)脫硫劑表面呈堿性水膜，硫化氫的(of)吸收和(and)離解，對脫硫反應速度有促進作(do)用(use)。硫化氫屬酸性氣體，其溶解及解離與溶液的(of)PH值有關。在(exist)中性水膜中，硫化氫爲(for)物理吸收，而硫化氫的(of)離解度很小；而在(exist)堿性水膜中，硫化氫的(of)吸收爲(for)化學吸收。硫化氫的(of)離解度與PH值的(of)關系見下圖。從圖中可以(by)看出(out)，PH值在(exist)8~9之間，硫化氫的(of)離解度有一(one)突躍。但PH值大(big)于(At)9之後，繼續增大(big)PH值對硫化氫的(of)離解度影響很小。因此，PH值取8~9較合适。

PH值與H₂S離解度的(of)關系

氨的(of)水溶性呈堿性，因此，當所處理的(of)氣體含少量氨，或者脫硫前補加少量氨時(hour)，即使對脫硫劑不(No)做堿性處理，也可保證脫硫劑在(exist)堿性條件下進行脫硫反應。

另外，堿度大(big)的(of)脫硫劑，其反應活性要(want)比堿性小的(of)好。

05 氣體的(of)線速

外擴散速度是(yes)常溫氧化鐵脫硫反應速度的(of)控制步驟之一(one)，低速度（修正雷諾準數Rem < 10）時(hour)，氣體在(exist)填充床内呈滞留狀态，氣膜較厚，分子擴散阻力較大(big)，脫硫反應進行的(of)較慢。氣膜厚度與流速有關，随着氣體流速增大(big)，氣膜厚度逐漸減薄，分子擴散阻力減小，脫硫反應速度加快。氣體線速與脫硫劑活性的(of)關系見下圖。圖中用(use)穿透空速表示脫硫劑的(of)活性，穿透空速越大(big)，活性越好。

氣體線速與脫硫劑活性的(of)關系

06 脫硫劑的(of)水含量和(and)氣體溫度

根據脫硫反應機理，脫硫劑本身必須含有一(one)定量的(of)水份，才能在(exist)氧化鐵表面形成水膜，使吸收硫化氫的(of)反應順利進行。據研究，脫硫劑的(of)水含量在(exist)10~15%（重量）較好。水含量過高，脫硫劑内部微孔被堵塞，脫硫活性降低，嚴重時(hour)造成脫硫劑破碎，床層阻力增大(big)。水含量過低，在(exist)活性鐵表面難以(by)形成水膜，脫硫活性降低。

爲(for)保證脫硫活性在(exist)*佳範圍内，就必須将脫硫劑的(of)水含量控制在(exist)一(one)定範圍内，因此對氣體溫度也必須加以(by)控制。氣體溫度小，會使脫硫劑中的(of)水蒸發而被氣流帶走，造成脫硫劑脫水，活性降低，若氣體夾帶水沫，在(exist)通過脫硫劑床層時(hour)，水沫被脫硫劑吸附，造成脫硫劑含水量過大(big)，活性降低，硫容也減小。氣體溫度對硫容的(of)影響見下圖。從圖可以(by)看出(out)，氣體的(of)溫度爲(for)飽和(and)（4.3%）時(hour)，硫容*高，氣體相對溫度在(exist)70%，至110%的(of)範圍内，硫容較高，超過此範圍，則硫容下降。這(this)也表明，當氣體有少量霧沫夾帶時(hour)，對硫容影響不(No)大(big)。總之，氣體的(of)濕度以(by)接近操作(do)狀态下的(of)飽和(and)水含量爲(for)好。

脫硫劑水含量與脫硫活性的(of)關系

                 氣體溫度與硫容的(of)關系

07 氣體中酸性組分的(of)影響

在(exist)生(born)産合成氨的(of)原料氣中，不(No)同程度地(land)含有酸性氣體—二氧化碳，其含量從百分之幾到(arrive)30%以(by)上。二氧化碳的(of)存在(exist)對脫除硫化氫有一(one)定的(of)影響。根據氧化鐵脫硫機理，對硫化氫的(of)脫除是(yes)一(one)種具有高度選擇性的(of)化學吸附過程，雖然二氧化碳等酸性氣體的(of)存在(exist)不(No)會對脫硫效率産生(born)太大(big)影響，但由于(At)脫硫過程一(one)般是(yes)通過堿性液膜進行的(of)，二氧化碳在(exist)液膜中的(of)溶解，必定會降低液膜PH值，從而改變脫硫劑的(of)活性。據文獻報導，當氣體中的(of)二氧化碳含量由0%增大(big)到(arrive)34%時(hour)，脫硫劑活性有所降低，工作(do)硫容隻差0.4%，相當于(At)活性降低7%，這(this)表明，當二氧化碳含量較少（≤30%）時(hour)，對脫除硫化氫的(of)幹擾不(No)明顯。

當用(use)于(At)高濃度二氧化碳氣體脫硫時(hour)，如尿素生(born)産用(use)原料二氧化碳氣，其CO₂含量大(big)于(At)90%，二氧化碳對脫硫有幹擾，脫硫劑的(of)活性略有下降。