絡合鐵脫硫技術在黏膠纖維生產廢氣中H2S脫除的應用

胡立海

（上海開鴻環保科技有限公司，上海浦東 200120）

在黏膠行業生產黏膠纖維的過程中，需要使用CS2作為溶劑，在制膠過程中部分CS2同NaOH 發生副反應生成三硫代碳酸鈉（Na2CS3），黏膠在紡絲凝固浴中形成絲條時，三硫代碳酸鈉同硫酸發生反應，從而產生H2S 氣體，其他與纖維結合的CS2在纖維再生時，又重新釋放出來[1]。H2S 會被生產廢氣帶出，其中H2S 含量可高達幾千毫克每標方。H2S 是一種劇毒性的氣體，直接排放將會造成嚴重的環境污染。目前各企業主要采用堿洗脫除廢氣中的H2S 氣體，但存在原料NaOH消耗量過大，NaHS 產品銷售難的問題，增加了企業的處理成本。某化纖廠采用絡合鐵脫硫技術，將化纖廠生產廢氣中的H2S 氣體轉化為硫磺，并作為產品銷售，經處理后氣體中的H2S 含量降至12mg/m3以下。絡合鐵脫硫工藝路線短、技術環保無“三廢”且副產硫黃，具有低成本、低能耗、裝置運行穩定以及脫硫效率高等優點。

1 絡合鐵脫硫機理

絡合鐵脫硫工藝的基本原理是通過絡合鐵溶液與含H2S的廢氣接觸，將H2S 氧化為單質S，催化劑中的Fe3+離子被還原為Fe2+離子，再通過向催化劑溶液中鼓入空氣，利用空氣中的O2將Fe2+離子氧化為Fe3+離子，使催化劑再生后循環利用[2]。由于溶液偏堿性，在氣液接觸時通過堿性溶液將原料氣中的硫化氫吸收到水溶液中；繼而利用水溶液中的三價絡合鐵離子的氧化性將H2S 化成單質S，絡合鐵離子被還原成二價絡合亞鐵離子。其主要反應方程式如下：

水溶液吸收H2S 氣體：

溶液中二價絡合亞鐵離子容易被氧化，因此在再生過程中鼓入空氣，以氧化溶液中的二價絡合亞鐵離子，使吸收劑中的絡合亞鐵轉化為三價絡合鐵，使其再生循環利用。其主要反應方程式如下：

絡合亞鐵離子水溶液吸收氧氣：

1/2O2（g）+H2O（L）→ 1/2O2（L）+H2O（L）

絡合亞鐵離子（Fe2+）再生：

1/2O2（L）+H2O（L）+2Fe2+（L）→ 2OH-（L）+2Fe3+（L）

再生還原總反應方程式

1/2O2（g）+H2O（L）+2Fe2+（L）→ 2OH-（L）+2Fe3+（L）

總的化學反應方程為：

H2S+1/2O2→S+H2O

由上式可以看出，在總反應中鐵離子僅作為H2S 和O2反應的催化劑參與反應，并不消耗鐵離子。

2 廢氣組成及工藝流程

2.1 廢氣組成

廢氣有四股，分別為一期短絲尾氣、二期短絲尾氣、一期長絲尾氣和二期長絲尾氣，其混合后的尾氣流量為18 720m3/h，其中H2S 含量為1 772mg/m3，CS2含量為6 832mg/m3。

2.2 工藝流程

自裝置外來的廢氣先經過除霧器分液，再經過風機加壓之后進入管式反應器，在反應器內含H2S 氣體與貧液泵送來的吸收劑進行吸收反應，氣體中的H2S 基本被反應生成固體硫磺，反應后的凈化氣和吸收劑以及生成的硫磺以氣液固三相一起進入再生槽中進行鼓泡吸收和氣液分離。

來自氣體吸收單元反應器的氣液固三相首先進入吸收隔室，在吸收隔室中進行凈化氣和吸收劑的分離，分離后的凈化氣從再生槽頂部出去，經過凈化氣分液器后出界區。氣液分離后的吸收劑和固體硫磺則進入再生室，與再生風機送來的再生空氣充分接觸反應，脫硫吸收劑被再生，再生后的吸收劑和硫磺流進沉降槽，沉降槽底部設置錐體封頭，硫磺顆粒通過重力作用自然到沉降槽錐部，逐漸富集。

沉降槽錐體底部的硫磺漿由硫磺漿泵抽出，一部分打回沉降槽錐形底部進行循環擾動，防止硫磺沉積堵塞，一部分打入板框過濾機。板框過濾機分離出的濾液進入濾液槽，通過濾液泵回到系統，分離出來的硫膏含固率約為60%，卸料后收集到過濾機底部的大漏斗中，然后通過硫膏的重力作用進入過濾機下方的制漿槽中，在制漿槽中，硫膏被制成漿液，然后通過制漿泵將硫漿輸送至熔硫釜，經蒸汽加熱后，熔硫釜上部為清液，下部為液體硫磺，清液從熔硫釜頂部出去，經過換熱降溫后回到制漿槽，熔硫釜底部的液硫進入液硫池進行儲存。具體工藝如圖1所示。

3 現場應用效果分析

該絡合鐵脫硫裝置自開車以來運行平穩，對裝置連續3d標定，檢測數據如表1所示。

圖1 工藝流程

表1 絡合鐵脫硫運行數據

從表1看出，凈化后氣體中的H2S 含量低于12mg/m3，滿足H2S 濃度應低于28mg/m3的要求[3]，不會影響到活性炭的吸附效果。

4 工程設計時需重點注意事項

1）絡合鐵溶液溫度需控制在60 ℃以內。當溶液溫度超過60℃，溫度越高，絡合鐵降解越快，鐵和螯合物的濃度相差越大，鐵催化劑流失越嚴重，并且影響硫磺的顏色，使得硫磺顏色由黃變灰，且越來越深。

2）溶液pH 控制在7～9，呈弱堿性。在堿性過強的環境下溶液中存在大量的OH-，Fe2+會與OH-和O2將生成Fe（OH）3沉淀，加大絡合鐵的損耗。

3）與絡合鐵溶液接觸的設備、管道、閥門、管件、儀表等所用材料必須采用不低于S30403材質的不銹鋼或玻璃鋼（亦可采用抗酸堿腐蝕的高分子材料）等抗腐蝕材料。

4）輸送絡合鐵吸收劑富液和硫磺漿液的管道應盡量短并少拐彎，以避免硫磺堵塞管道。

5 結束語

采用絡合鐵脫脫硫技術可以將黏膠纖維廢氣中的H2S 脫至12mg/m3以下，減少后續H2S 對活性炭回收CS2的影響，延長活性炭的使用周期，避免活性炭中毒失效。與NaOH 堿洗相比，解決了NaHS 產品銷售難的問題，其副產物硫磺還可以作為產品對外銷售，在處理掉H2S 的同時，還能產生一定的經濟效益。在黏膠纖維行業廢氣治理中，與堿洗相比絡合鐵脫硫技術具有更多的優勢和廣闊的應用前景。