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。其化學反應(yīng)原理是利用空氣中氧氣中的硫化氫氧化硫化氫。化學反應(yīng)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（以下簡稱復合鐵吸收劑）接觸氣液。氣液的相接觸反應(yīng)首先通過水溶液的堿性和酸堿化學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 )氧化二價硫：

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

吸收氧化總反應(yīng)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(yīng)：

1/2O2(L) H2O(L) 2Fe2 (L) → 2OH-(L) 2Fe3 (L) （7）

再生還原總反應(yīng)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(yīng)中，復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。在反應(yīng)過程中，至少提供兩個鐵原子，因為每個單質(zhì)硫的產(chǎn)生需要消耗兩個鐵原子。因此，鐵離子被用作反應(yīng)物。然而，鐵離子被用作硫化氫和氧反應(yīng)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(yīng)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(yīng)方程(2)和(3)的雙向箭頭，則表示反應(yīng)處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)H 對離子濃度的反應(yīng)將向左進行，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(yīng)將向右進行，H2S能被水溶液吸收的總量增加。

反應(yīng)方程(1)表示無反應(yīng)H 離子和OH-產(chǎn)生離子凈產(chǎn)物，因此水溶液pH值不會改變。但副作用會釋放。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(yīng)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(wěn)定，同時減少了螯合劑的分解。

2HS-(L) 2O2(L) →S2O32-(L) H2O(L) （9）

當反應(yīng)與電離反應(yīng)(方程式(3))結(jié)合時，硫代硫酸根可見(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(wěn)定水溶液pH需要在系統(tǒng)中加入氫氧化鉀，與二氧化碳反應(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，更高pH該值可提高反應(yīng)效率，促進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(jié)；過低pH值會阻礙H2S吸收氣體。因此，控制pH值為8.0-9.弱堿性水溶液。

該系統(tǒng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為復合鐵，再利用。同時，硫磺沉降分離形成硫磺漿，硫磺漿送至硫磺回收系統(tǒng)。該方法的特點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(shè)備尺寸小，可直接產(chǎn)生單硫，無二次污染問題。

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入汽水分離器，通過汽水分離器捕獲游離水進入后續(xù)工藝。脫硫塔底部溶液中的三價鐵吸收沼氣中的硫化氫，變成二價鐵，溶液變成含硫富液，流入氧化再生塔，氧化氧化風扇鼓起的空氣。富液中的二價鐵氧化后變成三價鐵的貧液。同時，氧化再生塔中的單質(zhì)硫通過隔間逐層生長，與部分貧液一起進入沉降槽。硫顆粒沉積在沉降槽錐體底部，上層分離硫的貧液通過循環(huán)泵輸送至脫硫塔脫硫。硫磺漿通過硫磺漿泵送到沉降罐底部進行循環(huán)擾動，防止堵塞。硫含量達到一定濃度后，硫漿泵進入板框壓濾機進行固液分離，液體回收到系統(tǒng)，硫膏可銷售。