絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)在黏膠纖維生產(chǎn)廢氣中H2S脫除的應(yīng)用

胡立海

（上海開鴻環(huán)保科技有限公司，上海浦東 200120）

在黏膠行業(yè)生產(chǎn)黏膠纖維的過程中，需要使用CS2作為溶劑，在制膠過程中部分CS2同NaOH 發(fā)生副反應(yīng)生成三硫代碳酸鈉（Na2CS3），黏膠在紡絲凝固浴中形成絲條時，三硫代碳酸鈉同硫酸發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生H2S 氣體，其他與纖維結(jié)合的CS2在纖維再生時，又重新釋放出來[1]。H2S 會被生產(chǎn)廢氣帶出，其中H2S 含量可高達幾千毫克每標方。H2S 是一種劇毒性的氣體，直接排放將會造成嚴重的環(huán)境污染。目前各企業(yè)主要采用堿洗脫除廢氣中的H2S 氣體，但存在原料NaOH消耗量過大，NaHS 產(chǎn)品銷售難的問題，增加了企業(yè)的處理成本。某化纖廠采用絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)，將化纖廠生產(chǎn)廢氣中的H2S 氣體轉(zhuǎn)化為硫磺，并作為產(chǎn)品銷售，經(jīng)處理后氣體中的H2S 含量降至12mg/m3以下。絡(luò)合鐵脫硫工藝路線短、技術(shù)環(huán)保無“三廢”且副產(chǎn)硫黃，具有低成本、低能耗、裝置運行穩(wěn)定以及脫硫效率高等優(yōu)點。

1 絡(luò)合鐵脫硫機理

絡(luò)合鐵脫硫工藝的基本原理是通過絡(luò)合鐵溶液與含H2S的廢氣接觸，將H2S 氧化為單質(zhì)S，催化劑中的Fe3+離子被還原為Fe2+離子，再通過向催化劑溶液中鼓入空氣，利用空氣中的O2將Fe2+離子氧化為Fe3+離子，使催化劑再生后循環(huán)利用[2]。由于溶液偏堿性，在氣液接觸時通過堿性溶液將原料氣中的硫化氫吸收到水溶液中；繼而利用水溶液中的三價絡(luò)合鐵離子的氧化性將H2S 化成單質(zhì)S，絡(luò)合鐵離子被還原成二價絡(luò)合亞鐵離子。其主要反應(yīng)方程式如下：

水溶液吸收H2S 氣體：

溶液中二價絡(luò)合亞鐵離子容易被氧化，因此在再生過程中鼓入空氣，以氧化溶液中的二價絡(luò)合亞鐵離子，使吸收劑中的絡(luò)合亞鐵轉(zhuǎn)化為三價絡(luò)合鐵，使其再生循環(huán)利用。其主要反應(yīng)方程式如下：

絡(luò)合亞鐵離子水溶液吸收氧氣：

1/2O2（g）+H2O（L）→ 1/2O2（L）+H2O（L）

絡(luò)合亞鐵離子（Fe2+）再生：

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

再生還原總反應(yīng)方程式

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

總的化學反應(yīng)方程為：

H2S+1/2O2→S+H2O

由上式可以看出，在總反應(yīng)中鐵離子僅作為H2S 和O2反應(yīng)的催化劑參與反應(yīng)，并不消耗鐵離子。

2 廢氣組成及工藝流程

2.1 廢氣組成

廢氣有四股，分別為一期短絲尾氣、二期短絲尾氣、一期長絲尾氣和二期長絲尾氣，其混合后的尾氣流量為18 720m3/h，其中H2S 含量為1 772mg/m3，CS2含量為6 832mg/m3。

2.2 工藝流程

自裝置外來的廢氣先經(jīng)過除霧器分液，再經(jīng)過風機加壓之后進入管式反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)含H2S 氣體與貧液泵送來的吸收劑進行吸收反應(yīng)，氣體中的H2S 基本被反應(yīng)生成固體硫磺，反應(yīng)后的凈化氣和吸收劑以及生成的硫磺以氣液固三相一起進入再生槽中進行鼓泡吸收和氣液分離。

來自氣體吸收單元反應(yīng)器的氣液固三相首先進入吸收隔室，在吸收隔室中進行凈化氣和吸收劑的分離，分離后的凈化氣從再生槽頂部出去，經(jīng)過凈化氣分液器后出界區(qū)。氣液分離后的吸收劑和固體硫磺則進入再生室，與再生風機送來的再生空氣充分接觸反應(yīng)，脫硫吸收劑被再生，再生后的吸收劑和硫磺流進沉降槽，沉降槽底部設(shè)置錐體封頭，硫磺顆粒通過重力作用自然到沉降槽錐部，逐漸富集。

沉降槽錐體底部的硫磺漿由硫磺漿泵抽出，一部分打回沉降槽錐形底部進行循環(huán)擾動，防止硫磺沉積堵塞，一部分打入板框過濾機。板框過濾機分離出的濾液進入濾液槽，通過濾液泵回到系統(tǒng)，分離出來的硫膏含固率約為60%，卸料后收集到過濾機底部的大漏斗中，然后通過硫膏的重力作用進入過濾機下方的制漿槽中，在制漿槽中，硫膏被制成漿液，然后通過制漿泵將硫漿輸送至熔硫釜，經(jīng)蒸汽加熱后，熔硫釜上部為清液，下部為液體硫磺，清液從熔硫釜頂部出去，經(jīng)過換熱降溫后回到制漿槽，熔硫釜底部的液硫進入液硫池進行儲存。具體工藝如圖1所示。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

該絡(luò)合鐵脫硫裝置自開車以來運行平穩(wěn)，對裝置連續(xù)3d標定，檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 工藝流程

表1 絡(luò)合鐵脫硫運行數(shù)據(jù)

從表1看出，凈化后氣體中的H2S 含量低于12mg/m3，滿足H2S 濃度應(yīng)低于28mg/m3的要求[3]，不會影響到活性炭的吸附效果。

4 工程設(shè)計時需重點注意事項

1）絡(luò)合鐵溶液溫度需控制在60 ℃以內(nèi)。當溶液溫度超過60℃，溫度越高，絡(luò)合鐵降解越快，鐵和螯合物的濃度相差越大，鐵催化劑流失越嚴重，并且影響硫磺的顏色，使得硫磺顏色由黃變灰，且越來越深。

2）溶液pH 控制在7～9，呈弱堿性。在堿性過強的環(huán)境下溶液中存在大量的OH-，F(xiàn)e2+會與OH-和O2將生成Fe（OH）3沉淀，加大絡(luò)合鐵的損耗。

3）與絡(luò)合鐵溶液接觸的設(shè)備、管道、閥門、管件、儀表等所用材料必須采用不低于S30403材質(zhì)的不銹鋼或玻璃鋼（亦可采用抗酸堿腐蝕的高分子材料）等抗腐蝕材料。

4）輸送絡(luò)合鐵吸收劑富液和硫磺漿液的管道應(yīng)盡量短并少拐彎，以避免硫磺堵塞管道。

5 結(jié)束語

采用絡(luò)合鐵脫脫硫技術(shù)可以將黏膠纖維廢氣中的H2S 脫至12mg/m3以下，減少后續(xù)H2S 對活性炭回收CS2的影響，延長活性炭的使用周期，避免活性炭中毒失效。與NaOH 堿洗相比，解決了NaHS 產(chǎn)品銷售難的問題，其副產(chǎn)物硫磺還可以作為產(chǎn)品對外銷售，在處理掉H2S 的同時，還能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。在黏膠纖維行業(yè)廢氣治理中，與堿洗相比絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)具有更多的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。