活性炭脫硫劑的作用機(jī)理
活性炭脫硫劑是最早使用的干法脫硫劑之一,至今已有70多年的使用歷史.早先的活性炭脫硫技術(shù)設(shè)備龐大,再生和硫回收過程較復(fù)雜,操作煩鎖.在20世紀(jì)50年代逐漸被濕法所取代.近年來由于再生方法得以改進(jìn)和簡化,又開發(fā)了精脫硫用的活性炭脫硫劑和常溫精脫硫技術(shù),有不少中、小型合成氨廠、尿素廠、聯(lián)醇生產(chǎn)廠利用活性炭脫硫劑干法脫除原料氣中的 及部分有機(jī)硫.此法具有硫容大,適應(yīng)性強(qiáng),操作溫度低,并可再生反復(fù)使用且能回收硫磺等優(yōu)點(diǎn),而且活性炭脫硫劑的價格比較便宜.但活性炭脫硫劑僅限于有氧的情況,無氧時吸硫能力很低.就耐水性而言,活性炭脫硫劑優(yōu)于氧化鐵脫硫劑.
活性炭脫硫機(jī)理是利用活性炭表面活性基團(tuán)的催化作用加速氣體中的H2S和O2發(fā)生下述反應(yīng):
2H2S+ O2 →2H2O+2S ΔH= -434.3kJ/mol
H2S與O2在活性炭表面的反應(yīng)實(shí)際上分兩步進(jìn)行,首先是活性炭表面吸附氧,形成活性中心的表面氧化物,然后氣體中的H2S分子與化學(xué)吸附的氧發(fā)生反應(yīng),生成的硫磺沉積在活性炭發(fā)灰的微孔中.為了加速反應(yīng)的進(jìn)行,提高脫硫效果,實(shí)際O2/H2S之比需大于理論值0.5,其比值以大于3為好.
活性炭脫硫劑可能過浸漬法引入活性金屬如銅、堿金屬劃堿土金屬等,以改性提高其催化活性.活性炭粗脫硫劑可以處理較高含量的硫,但出口氣仍含20～30?g/g的硫.使用空速低,裝填量大,再生頻繁.如某小型氨廠在常壓、33℃、195 h-1的操作條件下凈化硫(H2S)含量為1.72 g/m3的半水煤氣,硫可脫至54mg/m3.每噸氨耗活性炭0.63kg,氨0.25kg,蒸氣62kg,再生周期為26天.
活性炭精脫硫劑其硫容為活性炭粗脫硫劑的4～6倍.T103型為食品級二氧化碳專用精脫硫劑,對有機(jī)硫也有一定的硫容,可在60～80℃使用.
計算表明在30℃下, H2S在活性炭脫硫劑上氧化的平衡常數(shù)比在氧化鋅脫硫劑上的脫硫反應(yīng)平衡常數(shù)要大得多,而從表5-25可知其H2S的平衡濃度卻要低10-17左右.T101型活性炭脫硫劑的動力學(xué)特征也證實(shí)了這一點(diǎn).從表5-26可以明顯地看到,代表工業(yè)生產(chǎn)時有內(nèi)擴(kuò)散情況的活性炭精脫硫劑原粒度的工作硫容比氧化鋅脫硫劑的高出3倍,其穿透空速高出2倍.脫硫劑的硫容和精度優(yōu)于常溫氧化鋅,
會降低因為硫會和很多金屬離子產(chǎn)生沉淀