活性炭脫硫劑的作用機理
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50年代逐漸被濕法所取代.近年來由于再生方法得以改進和簡化,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 及部分有機硫.此法具有硫容大,適應(yīng)性強,操作溫度低,并可再生反復(fù)使用且能回收硫磺等優(yōu)點,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.
活性炭脫硫機理是利用活性炭表面活性基團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)實際上分兩步進行,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)的進行,提高脫硫效果,實際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)特征也證實了這一點.從表5-26可以明顯地看到,代表工業(yè)生產(chǎn)時有內(nèi)擴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