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第二章 合成氨原料气的净化 第一节 原料气脱硫 1. 原料气中的硫化物 硫化物分为:无机硫、有机硫 ⑴H2S 臭鸡蛋味的无色气体,有毒,能溶于水,溶液为酸性。可以用碱性溶液吸收;或某些金属氧化物反应,如ZnO等。 ⑵硫醇 通式为RSH。天然气中主要是甲硫醇,该物具有令人厌恶的气味,不溶于水,能被碱性溶液吸收。 ⑶硫醚 通式为RSR’。天然气中最简单的是二甲硫醚,无色无味中性气体,较稳定,需加热到400℃才分解成烯烃和H2S。 ⑷噻吩 C4H4S,环型结构,物理性质与苯相似,不溶于水,性质稳定,加热到500℃也难分解,也不易被ZnO催化分解,是最难脱除的硫化物。但是可以在300~400℃被钴钼催化剂加氢转化为H2S,同时生成丁二烯。 ⑸CS2 常温常压下为无色液体,易挥发,难溶于水,可与碱性溶液作用。高温下与蒸汽作用生成H2S。 ⑹COS 无色无味气体、微溶于水,高温下与蒸汽作用生成H2S。 均对下游工序中的催化剂有毒害作用 2. 脱S方法分类 按脱硫剂的状态分:湿法脱硫 干法脱硫 一、湿法脱硫 优点: 脱硫剂是便于输送的液体物料;脱硫剂可以再生并能回收硫磺;连续脱硫循环;大规模生产。 缺点: 净化度较低,不能用于精脱。 适用场合:原料气中含硫量较高,且主要是无机硫。 采用湿法粗脱串联干法精脱,可达到工艺上和经济上都合理。 一、湿法脱硫 常用方法: ⑴ 物理法:低温甲醇法。 ⑵ 化学法:中和法(热钾碱法)、氧化法(栲胶脱硫、氨水液相催化法、ADA法、PDS法)。 ⑶ 物理化学法:环丁砜烷基醇胺法 。 通常采用化学法,又因为氧化法可副产硫磺,更是广泛采用。因此,重点学习湿式氧化法。 为什么吸收剂不采用强碱溶液? 为什么不直接用O2氧化原料气? 为什么不直接用O2氧化原料气? 二、其他湿式氧化法 1.改良ADA法 早期ADA法:Na2CO3溶液为吸收剂,ADA为氧化催化剂。析硫速度慢,生成的硫代硫酸盐较多。 改良ADA法:加入少量:偏钒酸钠、酒石酸钾钠。析硫速度加快。 (其原理与栲胶脱硫原理完全相同) 2.PDS法 (1)化学稳定性、热稳定性都较好。 (2)具有较强的吸氧能力。 (3)不仅能脱除硫化氢,也能脱除部分有机硫。 * 主讲:xx 无机化工生产技术 郑广俭、张志华主编 知识目标: 掌握原料气脱硫的基本原理; 掌握脱硫的工艺条件; 掌握脱硫的工艺流程。 能力目标: 具有选择脱硫方法的能力。 一、湿法脱硫 1. 湿式氧化法的基本原理 包含两个过程:吸收和再生。 ⑴ 吸收的基本原理和吸收剂的选择 ① 吸收原理: 碱性溶液吸收酸性气体。 ② 吸收剂的选择: Na2CO3溶液或氨水等弱碱溶液(pH=8.5~8.7),有利再生,操作稳定。 一、湿法脱硫 ⑵ 再生的基本原理和催化剂的选择 ① 再生原理: 脱硫塔:氧化态载氧体 + H2S = 还原态载氧体 + S 再生塔:还原态载氧体 + ? O2 = 氧化态载氧体 + H2O 总反应为:H2S + ? O2 = S + H2O ② 催化剂的选择: 起到传递氧的作用,为防止发生过度氧化,要求 工业生产中,将溶液电位的测定作为判断脱硫操作是否正常和进行调节的依据。 (适宜范围:0.2~0.75V) 若用O2直接氧化,会发生过度氧化,使硫化物吸收剂溶质组成发生变化,使吸收速率降低,并且不能生成硫单质,产生更多杂质。 O2直接与原料气接触,使02更容易进入到溶液中,发生更多副反应。 (化工生产过程,本身就是忌O2) 催化剂自身能被氧化,起到传递氧的作用,防止发生过度氧化,且能循环利用。 典型方法——栲胶脱硫技术 1.优点:栲胶价格低、运行费用低、无硫磺堵塞脱硫塔等问题。 2.脱硫液组成: 吸收剂: Na2CO3溶液 催化剂:栲胶 添加剂:(少量)偏钒酸钠、酒石酸钾钠等 栲胶脱硫过程 (1)吸收过程 贫液与原料气逆流接触,形成:净化气和富液 (2)催化过程 催化剂:偏钒酸钠、焦钒酸钠、栲胶(O) (3)再生过程 栲胶(R)被氧气氧化成栲胶(O),再循环利用 (5)副反应 化工生产过程中,均存在副反应,虽量少,但仍存在 栲胶脱硫工艺条件优化 (1)溶液的PH值 (2)偏钒酸钠含量 (3)栲胶含量 (4)吸收温度、再生温度 (5)液气比 (6)再生空气用量和再生时间 (7)栲
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