GLT絡合鐵在處理粘膠纖維廢氣中硫化氫的試驗研究

龍傳光， 甘安輝， 邵 虎

(武漢國力通能源環保股份有限公司,湖北 武漢 430000)

氫氧化鈉堿洗法是目前粘膠纖維生產企業處理廢氣中H2S主要方式，通常采用將配置好的18.5%的NaOH溶液通過湍球塔噴淋方式吸收廢氣中的H2S，使氣體中的H2S與NaOH反應生成NaHS。該工藝成熟，脫除H2S的效率高。但因存在氫氧化鈉價格高，堿與CS2、CO2反應生成碳酸鈉物質導致副產品純度不高[1-2]。

本實驗通過在某企業的粘膠纖維廢氣管道上抽取部分氣體采用GLT絡合鐵脫硫工藝進行側線實驗，研究各工藝條件的變化對絡合鐵脫硫工藝脫除H2S的影響效果。

1 試驗原理

GLT絡合鐵脫硫工藝技術是武漢國力通能源環保股份有限公司開發的具有自主知識產權的脫硫化氫成套技術，具有硫容量高、可撬裝化、脫硫成本低、節能、運行穩定性高、投資低等優點[3-6]。

絡合鐵離子水溶液的吸收氧化反應方程見式(1)～式(4)。

GLT絡合鐵水溶液吸收H2S氣體：

(1)

H2S電離：

(2)

高鐵離子(Fe3+)氧化硫氫根離子：

(3)

吸收氧化總反應方程式

(4)

水溶液中絡合鐵離子容易被氧氣氧化，將絡合亞鐵離子溶液直接與空氣進行氣液相接觸反應，利用空氣中的氧氣將水溶液中的絡合亞鐵離子氧化為絡合鐵離子。絡合亞鐵離子水溶液的再生還原反應方程見式(5)～式(7)。

氧氣溶解：

(5)

絡合亞鐵離子(Fe2+)再生反應：

2Fe3+(R)

(6)

再生總反應方程式：

2Fe3+(R)

(7)

2 試驗部分

2.1 工藝流程的設計(見第22頁圖1)

圖1 試驗裝置工藝流程簡圖

尾氣自增壓風機增壓進入脫硫反應器，經氣液充分接觸后，氣液混合進入再生槽分離室內進行氣液分離，處理了H2S后的凈化氣分離器氣液分離后送回至廢氣管網。

吸收了H2S的絡合鐵脫硫液進入再生槽后依次經過兩個再生隔室，經空氣鼓泡反應后進行再生，再生后的溶液經由貧液泵送往脫硫反應器進行脫硫反應；經脫硫后的脫硫富液再次進入再生隔室，由此循環使用。

另外，再生后的溶液中的硫磺于再生沉降槽錐體中沉降提濃，當硫磺達到一定濃度后，通過硫磺漿泵送往過濾機過濾得到硫磺副產品。

2.2 主要設備(見表1)

表1 試驗裝置主要設備參數表

3 結果及討論

3.1 硫化氫的脫除效果及穩定性

試驗設定參數：廢氣流量500 m3/h，pH在8.5～9.0，吸收溶液流量20 m3/h，再生空氣126 m3/h，溶液建立循環，廢氣進入裝置，定期檢測脫硫后廢氣中H2S的含量。

從圖2可以看出，GLT絡合鐵脫硫試驗裝置從10月30日開始進行試運行到12月30日，在為期2個月運行期間，原料氣中H2S平均質量濃度在8 500 mg/m3，脫硫后氣體中H2S質量濃度除兩次數據高于25 mg/m3外，其他時間數據均在6.5 mg/m3～15 mg/m3，且大部分數據均低于10 mg/m3，脫硫裝置運行穩定，脫硫效率高于99.8%以上，脫硫效果明顯。兩次H2S異常原因經檢查發現是吸收塔分布器進入機械雜質導致液體分布不均影響氣液接觸。

圖2 試驗裝置進出口H2S數據

3.2 氣液比對脫硫效果影響

試驗設定參數：廢氣流量500 m3/h，pH在8.5～9.0，再生空氣126 m3/h，吸收溶液流量在3 m3/h～20 m3/h調整氣液比，檢測脫硫效果。具體見表2。

表2 不同氣液比條件下脫硫效率

從表2可以看出，原料氣H2S質量濃度在8 500 mg/m3、氣液比不高于125時，脫硫效果穩定且脫硫效率高于99.9%，滿足工廠實際生產要求；氣液比高于150以上時，硫化氫脫凈化度下降明顯，分析可能是氣液比增大后氣液接觸不夠充分所致。

3.3 pH對脫硫效果影響

試驗設定參數：廢氣流量500 m3/h，H2S質量濃度8 500 mg/m3，吸收溶液流量10 m3/h，再生空氣流量126 m3/h，pH在7.0～10.0區間調整，通過凈化氣中H2S數據檢測脫硫效果。結果見表3。

表3 pH對硫化氫吸收效果的影響

從表3可以看出，當pH低于8.0時，吸收硫化氫的能力很弱；pH在8.4～9.2吸收效率較為平穩且凈化氣中H2S質量濃度基本上都在10 mg/m3以下；隨著pH提高至9.4以上，凈化氣H2S基本穩定在0 mg/m3，但堿的補充量會明顯增加。

3.4 二硫化碳對吸收硫化氫的影響

在氫氧化鈉堿洗工藝中，二硫化碳與堿存在副反應發生。本次試驗過程中，根據二硫化碳的物理性質并結合絡合鐵可能的工程化應用要求，設定試驗條件：廢氣流量500 m3/h，H2S質量濃度8 500 mg/m3，吸收溶液流量10 m3/h，再生空氣流量126 m3/h，pH在8.5～9.0區間調整，溶液溫度在35 ℃～50 ℃調整，通過凈化氣中H2S、CS2數據檢測影響情況，結果見表4。

表4 不同溫度對二硫化碳、硫化氫吸收的影響(mg/m3)

從表4可以看出，在溫度低于44 ℃時CS2損耗在5%以上，溫度高于47 ℃ CS2損耗較小，CS2的沸點是46.5 ℃。溫度低于50 ℃，溶液對H2S影響變化不明顯。

試驗結果說明了GLT絡合鐵技術難以將CS2脫除，在試驗條件下，CS2可能是冷凝下來進入到吸收劑中，少量水解轉化為硫磺。

3.5 副產品硫磺品質

試驗過程采用離心機分離得到硫膏，并通過熔融硫膏精制得到硫磺。經對硫磺進行分析檢測，其成分(質量分數)如下：水分，0.049%，有機物，0.02%，灰分，0.018%，酸度，0.0005%，鐵，0.0013%，砷，0.01%，硫，99.9586%。副產品硫磺品質達到國家工業硫磺(GB/T 2449.1-2014)優等品的標準，硫磺品質高。

4 結論

1)GLT絡合鐵脫硫技術能將黏膠尾氣中的H2S降低至10 mg/m3，在大于46℃時對CS2脫除效果不明顯，且CS2的存在對絡合鐵溶液吸收H2S無明顯影響。

2)GLT絡合鐵脫硫工藝條件：氣液比≤125，溶液pH=8.4～9.2，溶液溫度47 ℃～53 ℃。

3)副產品硫磺品質可以達到工業硫磺優等品品質要求，可作為優質產品銷售。

4)GLT絡合鐵脫硫側線試驗過程中需往裝置補充除鹽水，在側線試驗過程中沒有廢液排放。