Reduksjonsprosesser av hydrogensulfid
Denne artikkelen kaster lys over reduksjonsprosessene av hydrogensulfid. Reduksjonsprosessene er: 1. Tørre prosesser og 2. Våt prosesser.
Abatement Process # 1. Tørre prosesser :
Den tørre prosessen for fjerning av H2S fra avfallsgas utføres ved omsetning av H2S med aktivert ferrioksyd. Reaksjonsproduktet er ferrisulfid.
Fe 2O 3 + 3 H 2S-> Fe 2S 3 + 3 H 2 O ............... .. (5, 51)
Fremgangsmåten kan utføres enten i en reaktor med fast seng eller en fluid bed-reaktor.
A. Fast sengprosess :
Prosessen utføres i to trinn. I løpet av det første trinnet transporteres H 2 S-ladet gass ved omgivelsestemperatur gjennom en seng som inneholder reaktivt jernoksid (a og y former) blandet med noen fibrøse eller granulære materialer fuktet med ca. 40% vann.
Når en vesentlig del av ferrioksydet er omdannet til sulfid, slås avgassstrømmen av og den andre operasjonsfasen startes. I løpet av dette stadiet passerer luften ved omgivelsestemperatur gjennom sengen, noe som resulterer i regenerering av jernoksid og frigjøring av elementært svovel i henhold til reaksjonen nedenfor:
2 Fe 2 S 3 + 3 02 -> 2 Fe 2O 3 + 6S ............... .. (5, 52)
Det frigjorte elementære svovel kan utvinnes ved løsningsmiddelekstraksjon. For jevn drift av denne prosessen er det nødvendig med minst to senger, slik at reduksjonsreaksjonen i en seng finner sted, den andre sengen blir regenerert.
B. Fluidized Bed Process :
I denne oppstillingen er det nødvendig med to sirkulerende fluidiserte senger. I den første sengen reagerer H2S med fluidiserte granuler av aktivert ferrioksyd ved ca. 340-360 ° C. Fra denne sengen strømmer granulene inneholdende ferrisulfid og uomsatt ferrioksyd inn i den andre sengen hvor sulfidpartiklene blir stekt ved ca. 800 ° C for å regenerere jernoksid og å gjenvinne S som S02. Ferrioksydpartiklene returneres tilbake til den første sengen og SO 2 sendes til en syrefabrikk.
Nedbrytningsprosess # 2. Våt prosesser :
Det er mange våte prosesser for fjerning av H 2 S fra avfallsgass. Noen av disse prosessene er skissert nedenfor.
A. Girbotol Prosess:
Denne prosessen består av absorpsjon av H2S i en aminoppløsning og deretter stripping av det oppløste H2S med damp. Aminen som skal brukes i en bestemt situasjon, avhenger av om avgassen inneholder COS og / eller CO 2 i tillegg til H 2 S.
En vandig oppløsning på 15-20% mono-etanolamin kan brukes hvis gassen som skal skrubbes ikke inneholder COS, da COS danner di-etanol urea som er varmestabil. Siden monoetanolamin har høyt damptrykk, skal H2S regenerert ved indirekte dampoppvarming av den impregnerte oppløsningen skrubbe for gjenvinning av den innblandede amin.
Skrubbing kan gjøres med vann, men hvis H 2 S skal utvinnes som en tørr gass, bør enten dietylenglykol eller trietylenglykol brukes som skrubbevæske i stedet for en mono-etanolaminoppløsning. Siden mono-etanolamin også absorberer CO 2, er det ikke et egnet absorberende middel i nærvær av CO 2 .
Di-etanolamin er en bedre absorberende enn monoetanolamin, fordi dens damptrykk er mindre enn det for monoetanolamin. Di-etanolamin kan brukes selv når COS er tilstede sammen med H2S, da COS ikke danner di-etanol urea. Hvis en avfallsgass som skal skrubbe, inneholder både H 2 S og CO 2, bør en 30% vandig løsning av trietanolamin eller metyldi-etanolamin brukes for selektiv absorpsjon av H 2 S
B. Kaliumfosfatprosess:
Når CO 2 er tilstede sammen med H 2 S, kan en 40% vandig løsning av kaliumfosfat brukes som et absorberende middel. Denne løsningen absorberer H 2 S fortrinnsvis. Fra den impregnerte løsningen fjernes H 2 S med levende damp.
C. Natriumkarbonatprosess :
Når H 2 S ikke er ledsaget av CO 2, kan en 3 til 3, 5% vandig Na2C03 brukes som et absorberende middel.
Under absorpsjon dannes natriumhydrogensulfid og natriumbikarbonat:
Na2C03 + H2S NaHCO3 + Na HS ............... .. (5, 53)
For regenerering av karbonat og gjenvinning av H2S skal den brukte løsningen dampes av under vakuum. En alternativ metode for regenerering av den brukte løsningen er å oksidere den med oksygen i nærvær av ca. 0, 5 prosent jernholdig oksid i suspensjon hvorved Na2C03 regenereres og elementært svovel utfelles.
En alternativ prosess (når CO 2 er tilstede sammen med H 2 S) er å bruke ammoniumkarbonatløsning for absorpsjon i stedet for natriumkarbonatløsning. For regenerering av den brukte løsningen utføres oksydasjon med oksygen i nærvær av Fe203. En annen alternativ prosess (Thylox-prosess) bruker natriumtioarsenatløsning som absorberingsmiddel. I disse prosessene for oksidasjons-regenereringsreaksjonen kreves ingen katalysator.
Reaksjonene kan være representert som under:
Absorpsjonsreaksjon :
Na4 As 2S5O2 + H2S-> Na4 As2S6O + H20 ............... .. (5, 55)
Regenereringsreaksjon :
Na 4 As 2S 6O + ½O 2 -> Na 4 As 2S 5 O 2 + S ............... .. (5, 56)
D. Stretford Prosess :
Stretford-prosessen er en H 2 S-selektiv prosess. Det kan redusere gjenværende H 2 S innhold i en behandlet gass til et meget lavt nivå. Driftstemperaturen er relativt lav, ca. 40 ° C. Absorbenten anvendt i denne prosess for H2S-fjerning er en vandig alkalisk væske som inneholder natriumkarbonat, bikarbonat, vanadat og natriumsalt av antrakinondisulfonsyre (ADA) med en pH i området 8, 5 til 9, 5.
Gassen som skal behandles, skrubbes mot-for tiden med løsningen i en absorber hvor praktisk talt det meste av H2S fjernes. Det gjenværende H 2 S innholdet kan være mindre enn 1 ppm.
Fra absorbenten strømmer oppløsningen til et oksidasjonsmiddel (reaksjonstank) hvor regenerering av absorberende og dannelse av elementært svovel foregår på grunn av intim blanding med luft.
Elementært svovel fremstilt i oksidasjonsmidlet separeres ved flytning og fjernes som en skum med ca. 10 vekt% fast stoff. Den regenererte løsningen etter fjerning av svovel pumpes tilbake til absorberen.
E. LO-CAT Prosess:
Denne prosessen hevdes å være den mest hensiktsmessige for fjerning av H2S når den er tilstede i ppm-nivå i en avgassstrøm. Det er utviklet for å eliminere luktproblem på grunn av tilstedeværelsen av H 2 S. Dette er en flytende fase reduksjons-oksidasjonsprosess som resulterer i omdannelse av H 2 S til elementært svovel.
Rengjøringsvæsken er en fortynnet vandig organisk chelatert jern-løsning. Jernet oksyderer H 2 S mens det selv blir redusert. Den brukte løsningen fra skrubberen oksyderes deretter med luft, hvorved absorbenten regenereres for gjenbruk og elementært svovel fremstilles.
Denne prosessen er H 2 S-spesifikk. Det fjerner ikke andre svovelbærende forbindelser som COS, CS 2, merkaptaner. Det kan redusere H 2 S til et meget lavt nivå i behandlet gass. Det er overlegent med de andre oksidasjonsreduserende prosessene på grunn av dens høyere katalytiske aktivitet og ikke-toksisitet.
Av de forskjellige H2S-reduksjonsprosessene som er tilgjengelige nå har denne blitt funnet å være ganske økonomisk spesielt for behandling av en stor gassstrøm med lavt H2S-innhold.
F. Cataban Prosess :
Det katalytiske middel som anvendes i denne fremgangsmåte er en vandig løsning inneholdende 2-4% chelatert jern. Kelatet kan anvendes over et bredt område fra pH 1, 0 til 11, 0 og et temperaturområde fra under omgivende temperatur til ca. 130 ° C, da det er stabilt over det ovennevnte området. I løpet av prosessen oksiderer jern ion H 2 S til elementært svovel og blir selv redusert til jernholdig ion. Samtidig foregår luftoksidering av jernholdige ioner til ferrioner.
Reaksjonene kan være representert som:
2 Fe 3+ + H 2 S -> 2 Fe 2+ + S + 2 H + ............... .. (5, 57)
2 Fe 2+ + ½O 2 + H 2 O -> 2 Fe 3+ + 2 OH - ............... .. (5, 58)
Denne prosessen kan brukes spesielt for reduksjon av H2S ved lav konsentrasjon dersom målet ikke er å gjenvinne svovel. Når den innstrømmende gassstrømmen inneholder oksygen, vil det ikke være nødvendig med lufting for oksidasjon av jernholdige ioner.
G. Giammarco-Vetrocoke Prosess :
En løsning av kaliumkarbonat som inneholder kaliumarsenat brukes til absorpsjon av H 2 S i Giammarco-Vetrocoke-prosessen. Den brukes til fjerning av H 2 S fra koksovnsgass, syntese gass samt naturgass. H2S-innholdet i den behandlede gassen kan være så lav som 1 ppm, selv i nærvær av CO 2 ved høy konsentrasjon og driftstemperatur nær 150 ° C.
For regenerering av den brukte væsken oksyderes den med O 2 (luft). Elementært svovel produseres som sluttprodukt.
De kjemiske reaksjonene som finner sted under absorpsjons-regenereringsprosessen kan oppsummeres som følger:
KH 2 AsO 3 + 3H 2S-> KH 2 Som S 3 + 3 H 2 O ............... .. (5, 59)
KH 2 Som S 3 + 3 KH 2 Som O 4 -> 3 KH 2 Som O 3 S + KH 2 Som O 3 ............... .. (5, 60)
3 KH 2 Som O 3 S -> 3 KH 2 Som O 3 +3 S ............... .. (5, 61)
3 KH 2 Som O 3 + 1 ½ O 2 -> 3 KH 2 Som O 4 ............... .. (5, 62)
Den faktiske reaksjonsmekanismen og trinnene er komplekse, og den totale reaksjonen kan uttrykkes som
3H 2 S + 1 ½ O 2 -> 3 S + 3 H 2 O ............... .. (5, 63)
Karbonatets rolle er å opprettholde riktig pH.
