络合铁脱硫技术在黏胶纤维生产废气中H2S脱除的应用

胡立海

（上海开鸿环保科技有限公司，上海浦东 200120）

在黏胶行业生产黏胶纤维的过程中，需要使用CS2作为溶剂，在制胶过程中部分CS2同NaOH 发生副反应生成三硫代碳酸钠（Na2CS3），黏胶在纺丝凝固浴中形成丝条时，三硫代碳酸钠同硫酸发生反应，从而产生H2S 气体，其他与纤维结合的CS2在纤维再生时，又重新释放出来[1]。H2S 会被生产废气带出，其中H2S 含量可高达几千毫克每标方。H2S 是一种剧毒性的气体，直接排放将会造成严重的环境污染。目前各企业主要采用碱洗脱除废气中的H2S 气体，但存在原料NaOH消耗量过大，NaHS 产品销售难的问题，增加了企业的处理成本。某化纤厂采用络合铁脱硫技术，将化纤厂生产废气中的H2S 气体转化为硫磺，并作为产品销售，经处理后气体中的H2S 含量降至12mg/m3以下。络合铁脱硫工艺路线短、技术环保无“三废”且副产硫黄，具有低成本、低能耗、装置运行稳定以及脱硫效率高等优点。

1 络合铁脱硫机理

络合铁脱硫工艺的基本原理是通过络合铁溶液与含H2S的废气接触，将H2S 氧化为单质S，催化剂中的Fe3+离子被还原为Fe2+离子，再通过向催化剂溶液中鼓入空气，利用空气中的O2将Fe2+离子氧化为Fe3+离子，使催化剂再生后循环利用[2]。由于溶液偏碱性，在气液接触时通过碱性溶液将原料气中的硫化氢吸收到水溶液中；继而利用水溶液中的三价络合铁离子的氧化性将H2S 化成单质S，络合铁离子被还原成二价络合亚铁离子。其主要反应方程式如下：

水溶液吸收H2S 气体：

溶液中二价络合亚铁离子容易被氧化，因此在再生过程中鼓入空气，以氧化溶液中的二价络合亚铁离子，使吸收剂中的络合亚铁转化为三价络合铁，使其再生循环利用。其主要反应方程式如下：

络合亚铁离子水溶液吸收氧气：

1/2O2（g）+H2O（L）→ 1/2O2（L）+H2O（L）

络合亚铁离子（Fe2+）再生：

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

再生还原总反应方程式

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

总的化学反应方程为：

H2S+1/2O2→S+H2O

由上式可以看出，在总反应中铁离子仅作为H2S 和O2反应的催化剂参与反应，并不消耗铁离子。

2 废气组成及工艺流程

2.1 废气组成

废气有四股，分别为一期短丝尾气、二期短丝尾气、一期长丝尾气和二期长丝尾气，其混合后的尾气流量为18 720m3/h，其中H2S 含量为1 772mg/m3，CS2含量为6 832mg/m3。

2.2 工艺流程

自装置外来的废气先经过除雾器分液，再经过风机加压之后进入管式反应器，在反应器内含H2S 气体与贫液泵送来的吸收剂进行吸收反应，气体中的H2S 基本被反应生成固体硫磺，反应后的净化气和吸收剂以及生成的硫磺以气液固三相一起进入再生槽中进行鼓泡吸收和气液分离。

来自气体吸收单元反应器的气液固三相首先进入吸收隔室，在吸收隔室中进行净化气和吸收剂的分离，分离后的净化气从再生槽顶部出去，经过净化气分液器后出界区。气液分离后的吸收剂和固体硫磺则进入再生室，与再生风机送来的再生空气充分接触反应，脱硫吸收剂被再生，再生后的吸收剂和硫磺流进沉降槽，沉降槽底部设置锥体封头，硫磺颗粒通过重力作用自然到沉降槽锥部，逐渐富集。

沉降槽锥体底部的硫磺浆由硫磺浆泵抽出，一部分打回沉降槽锥形底部进行循环扰动，防止硫磺沉积堵塞，一部分打入板框过滤机。板框过滤机分离出的滤液进入滤液槽，通过滤液泵回到系统，分离出来的硫膏含固率约为60%，卸料后收集到过滤机底部的大漏斗中，然后通过硫膏的重力作用进入过滤机下方的制浆槽中，在制浆槽中，硫膏被制成浆液，然后通过制浆泵将硫浆输送至熔硫釜，经蒸汽加热后，熔硫釜上部为清液，下部为液体硫磺，清液从熔硫釜顶部出去，经过换热降温后回到制浆槽，熔硫釜底部的液硫进入液硫池进行储存。具体工艺如图1所示。

3 现场应用效果分析

该络合铁脱硫装置自开车以来运行平稳，对装置连续3d标定，检测数据如表1所示。

图1 工艺流程

表1 络合铁脱硫运行数据

从表1看出，净化后气体中的H2S 含量低于12mg/m3，满足H2S 浓度应低于28mg/m3的要求[3]，不会影响到活性炭的吸附效果。

4 工程设计时需重点注意事项

1）络合铁溶液温度需控制在60 ℃以内。当溶液温度超过60℃，温度越高，络合铁降解越快，铁和螯合物的浓度相差越大，铁催化剂流失越严重，并且影响硫磺的颜色，使得硫磺颜色由黄变灰，且越来越深。

2）溶液pH 控制在7～9，呈弱碱性。在碱性过强的环境下溶液中存在大量的OH-，Fe2+会与OH-和O2将生成Fe（OH）3沉淀，加大络合铁的损耗。

3）与络合铁溶液接触的设备、管道、阀门、管件、仪表等所用材料必须采用不低于S30403材质的不锈钢或玻璃钢（亦可采用抗酸碱腐蚀的高分子材料）等抗腐蚀材料。

4）输送络合铁吸收剂富液和硫磺浆液的管道应尽量短并少拐弯，以避免硫磺堵塞管道。

5 结束语

采用络合铁脱脱硫技术可以将黏胶纤维废气中的H2S 脱至12mg/m3以下，减少后续H2S 对活性炭回收CS2的影响，延长活性炭的使用周期，避免活性炭中毒失效。与NaOH 碱洗相比，解决了NaHS 产品销售难的问题，其副产物硫磺还可以作为产品对外销售，在处理掉H2S 的同时，还能产生一定的经济效益。在黏胶纤维行业废气治理中，与碱洗相比络合铁脱硫技术具有更多的优势和广阔的应用前景。