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影响活性炭吸附硫化氢的因素

2020-03-07

硫化氢是一种有毒有害气体,而且易燃易爆,极易腐蚀金属,堵塞管道。我国及国外一些国家对不同环境下的硫化氢排放浓度进行了严格限制。

早在上世纪30年代活性炭就已被应用于工业生产中脱除硫化氢,可是直到70年代人们才发现它作为催化剂催化氧化硫化氢的机理。

活性炭作为催化剂硫化氢将与氧气发生反应:

H2S+1/2O2→S+H2O

这个反应分为以下几个过程:

1、气体中的水被活性炭吸附后在其表面形成一层水膜;

2、硫化氢和氧气扩散进入活性炭孔内,硫化氢在水膜内分解,氧气分子也被活性炭表面吸附活化,并与HS-反应;

3、O-O键断裂生成的活性氧原子也很快与HS-反应,生成S逐渐沉积在活性炭上。

整个过程如下图所示:

影响活性炭吸附硫化氢的因素1

影响活性炭吸附硫化氢的因素

活性炭孔道结构的影响

活性炭孔结构是影响脱硫效率的很关键的因素,对此很多人都做了研究,但结果却不一样。

最初的研究表明脱硫活性与3.5~ 8nm的孔表面积成正比,但孔径一旦小于3.5 nm 就没有脱硫效果,并且反应生成的S最初总是覆盖在8~30nm的大孔中, 这种硫不影响活性炭的催化活性;

Steijins和Mars研究了不同孔结构物质的脱硫效果,发现孔径为0.5~1nm的微孔具有最高的催化活性,太大和太小的孔脱硫效果则要弱得多;

谭小耀等曾用不同孔径的活性炭做过实验,得出1~4nm的孔具有最高的脱硫活性。

影响活性炭吸附硫化氢的因素2

水分(湿度)的影响

在完全无水的情况下,活性炭对气体分子的吸附性能是很差的,而对于低温下H2S的催化氧化,物理吸附起着决定性作用。

增加气体湿度即可提高气体吸附相的浓度,无疑也会提高脱硫速度和硫容量。进料气体中水分含量对活性炭的脱硫效果很大,水分的存在提高了脱硫速度,Alessan-dra Primavera等实验表明温度25℃和40℃时,湿度分别为5%和12%时脱硫速度最快, 湿度太大和太小均不行。

影响活性炭吸附硫化氢的因素3

活性炭的改性方法及影响

在活性炭中浸渍某些金属化合物作改性剂可以显著增强活性炭的催化活性,既可降低脱硫温度,又可以大大提高硫容量。木质活性炭厂家研发的改性活性炭脱硫剂、改性活性炭精脱硫原粒度都硫容大于20wt%,脱硫精度高。

目前有两类改性剂:

一种是碱性金属化合物,其中 KOH和 NaOH是最常见的两种浸渍剂,利用Na2CO3作为改性剂,其硫容量可以达到40%,同样用K2CO3也能达到很好的效果。

另一类改性剂是KI或KMnO4,它们可以促进H2S氧化生成单质 S。

原料气组分的影响

原料气的组分对脱硫化氢也有一定影响,在常温下,CO2的存在会影响脱硫效果,尤其当原料气湿度比较大而CO2浓度比较高的时候,硫容量会大大降低。

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M P Cal 等最近在高温下得出一个相反的结论:

在高温下,二氧化碳的存在会促进H2S在活性炭上的吸附,他们给出的解释是,在高温下二氧化碳能够部分气化固体活性炭,形成 C-O络合物。

另外,Junji Masuda 指出原料气中烃类气体以及二硫化碳的存在会降低活性炭的脱硫速率而且它们自身也会被活性炭吸附 ( 不发生其它反应),但如果原料气中有氨气存在,能提高脱硫速率,而氨气自身不被活性炭所吸附。

活性炭表面化学环境的影响

活性炭表面的化学环境在脱硫过程中也是一个很重要的因素,活性炭上含有羧基的官能团将直接影响活性炭的穿透能力。当羧基的数量在0.15~ 0.3mmol/g时,活性炭的脱硫能力会有很大的区别。

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Foad Adib 指出,活性炭的酸碱度 ( pH 值) 不 一样,硫化氢将有不同的反应方向,酸性增加不利于硫化氢催化氧化成单质 S。

    

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