超重力环境下脱除气体中硫化氢的基础研究

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本文综述了国内外现有的各种脱硫方法,并将其统分为干法脱硫,湿法脱硫和生物法脱硫三种。其中,干法脱硫是用固体吸收剂来脱除硫化物,主要适用于处理硫化氢含量低的气体,特别是用于气体精细脱硫。生物法则是利用以生物膜形式固定在多孔滤料上的微生物代谢硫化氢污染物,但其存在着脱硫速率慢,对硫化氢气体的脱除效率不稳定等问题。湿法脱硫包括湿式氧化法脱硫和湿式吸收法脱硫。湿式吸收法是将吸收的H2S经再生系统释放出来送到克劳斯装置,再转化为单质硫,溶液循环使用。湿式氧化法是溶液吸收H2S后,将H2S直接转化为单质硫,分离后溶液循环使用。由于其可以直接将气体中的H2S氧化为单质硫,减少了二次污染,因而得到广泛的应用。  传统脱硫工艺的主要设备为填料吸收塔,由于在常重力下操作,气液接触面积的提高和表面更新速率均受到一定限制,传质效果不理想,致使液体循环量大、脱硫液的工作硫容较低、能耗大。针对以上问题和缺点,提出将超重力技术引入本工艺代替传统的吸收塔,并进行实验研究。  本论文以空气和硫化氢的混合气来模拟实际生产中含有硫化氢的气体,以碳酸钠溶液为脱硫碱液,PDS为脱硫催化剂,用超重力设备取代传统填料塔进行脱硫实验。实验部分包括硫化氢气体的吸收和脱硫富液的再生两个过程。  通过对吸收和再生过程进行热力学和动力学分析,分别考察了pH值,温度,压力,催化剂等因素对反应平衡常数和反应速率的影响。研究结果表明:吸收和再生反应均为自发进行,但温度对吸收反应的平衡常数影响不大,而再生反应平衡常数则随着温度的上升而降低;压力的增加在一定程度上能够促进吸收和再生反应的进行;催化剂的存在大大降低了反应的活化能,提高了反应速率。  吸收实验部分通过正交实验分别考察了超重力因子,脱硫液碱含量,液气比,原料气中硫化氢浓度等因素对吸收效果的影响,找出了影响脱硫效果的主要因素及其显著性水平并以此为基础进行单因素实验。单因素实验结果表明,当超重力因子为150.24,脱硫液碱含量为12g/L,液气比为15L/m3时,对H2S含量为1013.27mg/m3的原料气的处理效果最好,其脱硫率可达到99%以上。  论文根据脱硫液对硫化氢气体的吸收效果与气液比的关系,使用MATLAB高级语言拟合出脱硫液对硫化氢气体的吸收效果与气液比关系曲线的表达式,并对其积分,得出在超重力环境下脱硫液的工作硫容可达0.4g/L。  与传统工艺相比,在保持脱硫效果不变的条件下,超重力环境下以 PDS为催化剂的脱硫液的工作硫容从0.2g/L提高到0.4g/L,脱硫吸收过程的液气比降低至原来的1/4~1/2,单位时间内液体的循环量降低到原来的1/10。  论文脱硫富液的再生实验部分首先通过正交实验考察了再生时间,进气量,进液量等因素对再生效果的影响。以脱硫液中可溶性硫化物和脱硫催化剂 PDS含量的变化来对再生效果进行表征。实验结果表明:再生塔内鼓入的空气量对脱硫富液中可溶性硫化物的催化氧化效率影响最大,而再生塔内脱硫液的进液量对催化剂 PDS的再生效果影响最大。综合各因素,本实验中脱硫富液再生的最佳条件:再生时间为30min,进气量为2m3/h,进液量为50L/h,此时硫化物的催化氧化再生效率为72%,脱硫催化剂PDS的再生效率为97%。
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