CN103691309A - 一种用水雾及水蒸汽作为催化剂处理硫化氢气体的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用水雾及水蒸汽作为催化剂处理硫化氢气体的方法，采用水雾及水蒸汽作为催化剂，使硫化氢与二氧化硫发生反应，最佳反应温度为50～60℃。本发明硫的转化率可达到90％左右。本发明可用水雾及水蒸汽作为催化剂，可为治理硫化氢污染，搞好废物综合利用，促进循环经济发展提供一条经济可行的技术路线。
Description
技术领域
本发明涉及硫化氢（化学式：H2S）及二氧化硫（化学式：SO2）气体的处理与净化，属于废气治理方法技术领域。
背景技术
硫化氢主要产生于天然气净化、石油精炼、炼焦及煤气发生等能源加工过程；其中天然气净化、石油精炼尾气中所含浓度较高，总量最大。其次在硫化染料、人造纤维、二硫化碳等化工工业，以及在医药、农药、造纸等轻工业生产中也有产生，虽然总量较小，但浓度往往很高，对环境污染严重，危害人体健康。
硫化氢是一种有腐蛋臭味的无色有毒气体，空气中如含十万分之一的硫化氢，人们便能闻到它的恶臭味；如含千分之一的硫化氢，就会迅速引起头疼晕眩等症状。
对硫化氢的治理主要是依据其弱酸性和强还原性进行脱硫，即利用硫化氢的还原性和可燃性，用固体氧化剂或吸附剂来脱硫，或者直接使之燃烧。常用的有改进的克拉斯法、氧化铁法、活性炭吸附性、氧化锌法和卡太苏耳法。所用的脱硫剂、催化剂有活性炭、氧化铁、氧化锌、二氧化锰及铝矾土，此外还有分子筛、离子交换树脂等，一般可回收硫、二氧化硫、硫酸和硫酸盐。
目前国内外所采用的硫化氢治理方法中，即便是改进的克劳斯法，在使用催化剂的条件下，反应SO2+2H2S=3S+2H2O也要在200-400℃的温度下才能进行，否则需要1000℃以上的高温。
在公开号为US7311891的文献中公布了一种从克劳斯尾气中回收硫的工艺。该工艺通过氧化法从含有硫化氢的气体中回收硫，硫化氢转化为后形成合二氧化硫的富气。二氧化硫富气在低温下与固相抗硫酸盐化吸附床接触，吸收后的二氧化硫作为硫化物形式保留下来。然后吸附床再与惰性的或还原气体接触使留存的硫化物还原成硫和／或二氧化硫，从而形成富硫和／或含二氧化硫的气流。回收元素硫后，含二氧化硫的气流再循环至克劳斯装置进一步转化。
在公开号为CN1960940的文献中公开了一种从酸性气流中高效回收硫的方法。该方法包括与直接还原步骤和生物硫回收步骤组合的克劳斯硫回收步骤，以提供合有非常低浓度的硫化氢和二氧化硫的脱硫气流。该方法包括在氧化条件下使酸性气流与氧气反应以得到含有硫化氢和二氧化硫的燃烧气体。在克劳斯反应条件下使燃烧气体反应以得到含有硫的反应气。从反应气中回收硫以得到舍有硫化氢和二氧化硫的克劳斯尾气。在直接还原反应条件下使克 劳斯尾气反应以得到含有硫的直接还原气体。从直接还原反应气中回收硫以得到含有一定浓度硫化氢的尾气。使该直接还原尾气与贫吸收剂接触，由此从尾气中将其中含有的部分硫化氢除去并得到脱硫气体和含有溶解的硫化氢的富溶剂。通过在合适的生物氧化条件下使富溶剂与硫细菌接触而将富溶荆溶解的硫化氢生物氧化成元素硫。
干燥的二氧化硫和硫化氢几乎不反应。但在有微量水存在时，反应SO2+2H2S=3S+2H2O有显著的反应速度。本实验根据此原理，用水雾及水蒸气代替微量水，对上述反应进行了不同温度条件反应转化率的研究实验，对其反应机理进行探讨。为治理硫化氢污染，搞好废物综合利用，促进循环经济发展提供一条经济可行的技术路线。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述现有技术存在的缺陷和不足之处而提供一种用用水雾及水蒸汽作为催化剂处理硫化氢气体的方法，使得硫化氢气体处理的工艺简单、投资较少、安全高效。
本发明的机理：水蒸气作用下，二氧化硫与硫化氢转化的化学过程是复杂的，但总的反应可用克劳斯反应式表示，此反应按下式在气相中完成：SO2+2H2S=3S+2H2O。干燥SO2与H2S反应时，由于具有较高的活化能，反应须在高温（1000℃以上）条件下方能进行。根据活化能对反应速度的影响，高温对反应才有利；在有水蒸气存在时，由于改变了SO2与H2S反应的历程，大大降低了反应的活化能，使得反应速度增加了几十个数量级，使反应在室温下就能进行。这从根本上改变了干燥SO2与H2S的反应条件。
本发明的技术方案：
一种用水雾及水蒸汽作为催化剂处理硫化氢气体的方法，本发明采用用水雾及水蒸汽作为催化剂，使硫化氢与二氧化硫发生反应，反应温度为50～60℃。
本发明采用进气口和出气口温度的平均值作为反应温度，并用冷水控制反应温度。
本发明对硫化氢、二氧化硫两种气体均采用U型压力计测其进气压力；并采用转子流量计测其流量。
本发明是将二氧化硫与硫化氢分别在干燥条件下、有水蒸汽存在条件下、不同温度条件下进行混合反应，分别测定硫的转化率，可获得SO2与H2S发生反应的最佳水蒸汽量及最佳反应温度。
本发明的方法按照以下步骤完成：
（1）H2S气体备制及收集
H2S气体用启普发生器制备，以排水集气法收集。进入反应前，H2S用无水氯化钙干燥。
（2）SO2气体备制及收集
SO2用自制简易气体发生器制备，以排浓硫酸集气法收集。考虑到浓硫酸已有吸水性，SO2没再进行干燥。
（3）反应温度设置
用进气口和出气口温度的平均值作为反应温度，用冷水控制反应温度。
（4）气体压力及流量测定
两种气体均用U型压力计测其进气压力，转子流量计（以校正）测其流量。
（5）反应研究
将干燥的SO2和干燥的H2S，分别在不通入水蒸气和通入水蒸气两种条件下输入反应器，前者数分钟未发现硫的生成，而后者瞬间就有大量硫析出，说明水蒸气对反应SO2+2H2S=3S+2H2O有显著的催化作用。
随温度的降低转化率逐渐升高，在50℃～60℃有较佳转化率，这与反应SO2+2H2S=3S+2H2O是放热反应的事实相符。但需要说明的一点是，在水蒸气大大过量条件下，即使总的温度较高，但如果入口温度较低或温度降低较快，也能获得满意的转化率。
附图说明
图1为本发明采用流动法装置的反应流程示意图。
图中：1、抽气泵；2、启普发生器；3、干燥瓶；4、压力计；5、流量计；6、温度计；7、反应管；8、接收瓶；9、平底烧瓶；10、电炉；11、缓中瓶。
具体实施方式
一种用水雾及水蒸汽作为催化剂处理硫化氢气体的方法，本发明采用用水雾及水蒸汽作为催化剂，使硫化氢与二氧化硫发生反应，反应温度为50～60℃。
本发明采用进气口和出气口温度的平均值作为反应温度，并用冷水控制反应温度。
本发明对硫化氢、二氧化硫两种气体均采用U型压力计测其进气压力；并采用转子流量计测其流量。
实施例1：
将经干燥的流量为0.1L/mim的SO2与流量为0.2L/mim的H2S通入反应器中，经过30分钟，未发现反应器中有硫生成。
实施例2：
将经流量为0.1L/mim的SO2与流量为0.2L/mim的H2S通入反应器中，同时通入水蒸汽，发现瞬间就有大量硫析出。
实施例3：
将经流量为0.1L/mim的SO2与流量为0.2L/mim的H2S通入反应器中，同时通入水蒸汽，同时控制反应温度至57℃，发现瞬间就有大量硫析出。根据物质不灭定律，用重量法称得实 际反应生成硫的量后，再与理论应生成硫的量比较，即得转化率为84.66％。
实施例4：
将经流量为0.1L/mim的SO2与流量为0.2L/mim的H2S通入反应器中，同时通入水蒸汽，同时控制反应温度至59℃，发现瞬间就有大量硫析出。根据物质不灭定律，用重量法称得实际反应生成硫的量后，再与理论应生成硫的量比较，即得转化率为95.46％。
实施例5：
将经流量为0.1L/mim的SO2与流量为0.2L/mim的H2S通入反应器中，同时通入水蒸汽，同时控制反应温度至65℃，发现瞬间就有大量硫析出。根据物质不灭定律，用重量法称得实际反应生成硫的量后，再与理论应生成硫的量比较，即得转化率为84.45％。
实施例6：
将经流量为0.1L/mim的SO2与流量为0.2L/mim的H2S通入反应器中，同时通入水蒸汽，同时控制反应温度至79℃，发现瞬间就有大量硫析出。根据物质不灭定律，用重量法称得实际反应生成硫的量后，再与理论应生成硫的量比较，即得转化率为86.83％。
实施例7：
将经流量为0.1L/mim的SO2与流量为0.2L/mim的H2S通入反应器中，同时通入水蒸汽，同时控制反应温度至84℃，发现瞬间就有大量硫析出。根据物质不灭定律，用重量法称得实际反应生成硫的量后，再与理论应生成硫的量比较，即得转化率为65.18％。
实施例8：
将经流量为0.1L/mim的SO2与流量为0.2L/mim的H2S通入反应器中，同时通入水蒸汽，同时控制反应温度至90℃，发现瞬间就有大量硫析出。根据物质不灭定律，用重量法称得实际反应生成硫的量后，再与理论应生成硫的量比较，即得转化率为44.98％。
Claims (3)
1.一种用水雾及水蒸汽作为催化剂处理硫化氢气体的方法，其特征在于，采用用水雾及水蒸汽作为催化剂，使硫化氢与二氧化硫发生反应，反应温度为50～60℃。
2.根据权利要求1所述的一种用水雾及水蒸汽作为催化剂处理硫化氢气体的方法，其特征在于，采用进气口和出气口温度的平均值作为反应温度，并用冷水控制反应温度。
3.根据权利要求1所述的一种用水雾及水蒸汽作为催化剂处理硫化氢气体的方法，其特征在于，硫化氢、二氧化硫两种气体均采用U型压力计测其进气压力；并采用转子流量计测其流量。
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