銅（Ⅱ）沉淀、鐵（Ⅲ）-銅（Ⅱ）濕式氧化脫除氣體中硫化氫回收硫磺新技術研究.pdf

1、硫化氫氣體廣泛存在于天然氣、城市煤氣、合成氨原料氣、煉廠氣和粘膠纖維廢氣等氣體中，危害大、毒性強，污染環(huán)境，腐蝕金屬、危及人類健康和生命，屬嚴格控制的危險氣體。目前，凈化含硫化氫氣體的吸收、吸附、氧化、分解及生物法等均有工業(yè)裝置在運行，但都存在運行成本高、凈化率低、工藝復雜等問題。因此，硫化氫惡臭氣體治理技術的改進和新技術開發(fā)，成為環(huán)境保護領域亟需解決的熱門課題。 根據(jù)Cu2＋和S2-可瞬間不可逆地生成溶度積極低的CuS沉淀的

2、原理，本文首次提出以Cu2＋溶液吸收H2S生成CuS沉淀實現(xiàn)高效率脫硫，繼而以Fe3＋或Cu2＋在添加劑N的輔助下氧化CuS制取硫磺實現(xiàn)硫資源回收，再用空氣將Fe2＋、Cu＋氧化為Fe3＋、Cu2＋，實現(xiàn)活性組分的再生循環(huán)。該技術凈化效率始終接近100％，工藝簡短、設備簡單、操作條件溫和，產(chǎn)品硫磺純度高、易分離，體系除消耗O2外，過程不消耗任何原料，不產(chǎn)生二次污染，體系無有機物降解問題。 本文提出的硫化氫處理方法屬國際首創(chuàng)，國

3、內(nèi)外未見該脫硫機理及技術的報道。 通過H2S—H2O體系熱力學分析得出了溶解的總H2S中各種組分所占比例的計算式和算圖，并確定了溶解的H2S總量與氣相分壓的計算關系。H2S-M2+（金屬離子）-H2O體系熱力學分析表明，Cu2+沉淀H2S快速、高效，是理想的沉淀H2S的金屬離子；CuS/S體系電化學分析表明，F(xiàn)e3+、Cu2+能夠有效氧化CuS制取硫磺。Cu-Cl體系熱力學分析表明，Cl-對Cu-Cl體系Cu的存在狀態(tài)及氧化還

4、原電位有較大影響，較多的Cl-能增大CuCl的溶解量，并能提高Cu2+/ Cu+體系的氧化電位，對脫硫過程有利。計算得出了Cu-Cl體系各種組分隨Cl-濃度變化的算圖，從熱力學上論證了Cu2+氧化CuS制取硫磺的可行性。Fe3+/ Fe2+體系氧化還原電位分析表明，F(xiàn)e3+能夠較好地氧化CuS制取硫磺，較低的pH值對氧化有利，而過多的Cl-則對氧化不利。 小試研究了Cu2＋沉淀脫硫、Cu2＋氧化CuS制硫磺、空氣氧化Cu＋再生

5、Cu2＋的機理，確定了實驗裝置、工藝流程；實驗得出了對不同濃度的H2S氣體，能100％吸收的下限Cu2+濃度。應用雙膜理論分析表明，Cu2+沉淀H2S屬氣膜控制的瞬間不可逆反應，傳質(zhì)速率主要受p(H2S)和kG影響。 研究了Cu2+、H+及添加劑N濃度和反應溫度對Cu2+氧化CuS制取硫磺的影響，應用縮芯模型分析表明，Cu2＋氧化CuS受界面反應控制；建立了Cu2+氧化CuS宏觀動力學方程，求取了模型參數(shù)和反應活化能；最小二乘

6、法回歸分析表明，模型可靠性好、準確性高。在20℃~80℃、Cu2+濃度0.5mol/L ~ 2.0mol/L范圍內(nèi)，Cu2＋氧化CuS的轉(zhuǎn)化率x可以表示為： 實驗研究了H+、N濃度、反應溫度和空塔氣速對Cu+空氣氧化再生Cu2+的影響。進行了綜合實驗，得出了優(yōu)化工藝條件。 小試研究了Cu2＋沉淀脫除硫化氫、Fe3+氧化CuS制硫磺、空氣氧化Fe2+再生Fe3+的機理，確定了實驗裝置、工藝流程。研究了Cu2＋、Fe3+

7、、Fe2+、H+、N濃度，H2S入口濃度，溫度、吸收液體積和空塔氣速等參數(shù)對脫硫效率的影響；研究了Fe3+、Cu2＋、N及H+濃度對CuS氧化率的影響；建立了Fe3+氧化CuS的宏觀動力學模型，實驗得出了表觀動力學參數(shù)和活化能，在30℃~50℃,0 mol/L

8、2+、H+濃度、溫度和氧化氣O2含量對曝氣氧化Fe2+再生Fe3+的影響，并建立了宏觀動力學方程，求取了表觀動力學參數(shù)，F(xiàn)e2+氧化反應的速率方程可以表示為： 進行了Cu2＋沉淀、Fe3+氧化脫硫化氫綜合實驗，分析了產(chǎn)物硫磺的分子結構、純度及反應前后吸收液組成，結果表明，當模擬廢氣中O2含量較高時，Cu2＋沉淀H2S、Fe3+氧化CuS為S以及O2氧化Fe2+為Fe3+三個過程可在一個設備中同步完成，反應前后吸收液組分未發(fā)生變