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氧化锌脱硫剂讲义

2020-06-03 07:35

  氧化锌脱硫剂讲义_能源/化工_工程科技_专业资料。氧化锌脱硫剂 氧化锌脱硫剂以氧化锌为主要组分, 它是一种转化吸收型的固体脱硫剂。 由于氧化锌能 与 H 2S 反应生成难于解离的 ZnS ,净化气总硫可降至 0.3ppm 以下, 重量硫容高达 25%

  氧化锌脱硫剂 氧化锌脱硫剂以氧化锌为主要组分, 它是一种转化吸收型的固体脱硫剂。 由于氧化锌能 与 H 2S 反应生成难于解离的 ZnS ,净化气总硫可降至 0.3ppm 以下, 重量硫容高达 25%以上 , 但它不能再生,一般用于精脱硫过程。 1、 化学反应方程式热力学数据 氧化锌与硫化物反应生成十分稳定的硫化锌,它与各种硫化物的反应为: ZnO H 2S ZnS H 2O H0 298 76.62KJ / mol ( 1) ZnO COS ZnS CO 2 H0 298 126.10KJ / mol (2) ZnO C2 H 5SH ZnS C2 H 4 H 2O H0 298 0.58KJ / mol (3) ZnO C2 H 5SH H 2 ZnS C2 H 6 H 2O H0 298 137.83KJ / m o (l 4) 2ZnO CS2 2ZnS CO 2 H0 298 283.95KJ / mol ( 5) 式 (1) 是一个可逆反应,但由于它的反应热力学平衡常数很大,所以从热力学观点看, 可视为不可逆反应。 其反应平衡常数见下表 表一 不同温度下( 1)式气相平衡常数 温度,℃ 200 220 240 260 280 kp PH 2O PH 2S 2.081× 108 9.494× 107 4.605× 107 2.359× 107 1.268× 107 温度,℃ 300 320 340 360 380 kp PH 2O PH 2S 7.121 × 106 4.157 × 106 2.514 × 106 1.569 × 106 1.008 × 106 温度,℃ 400 420 440 460 480 kp PH 2 O PH 2S 6.648× 105 4.491× 105 3.101× 105 2.185× 105 1.568× 105 不同水汽浓度和温度对式 (1) 平衡时 H2S 浓度影响见下表 表二 水汽浓度及温度对 H2S 平衡浓度影响 H 2O,% 平衡 H2S 浓度 ,ppm(v/v) 200℃ 250℃ 300℃ 370℃ 400℃ 3.3 1.7 0.33 0.17 2.6× 10-4 -4 1.3× 10 2.6× 10-5 1.3× 10-5 1.7× 10-3 -3 0.9× 10 1.7× 10-4 0.9× 10-4 0.7× 10-2 -2 0.3× 10 0.7× 10-3 0.3× 10-3 4.2× 10-2 -2 2.1× 10 4.2× 10-3 2.1× 10-3 6.5× 10-2 -2 3.2× 10 6.5× 10-3 3.2× 10-3 2、脱硫过程的反应速率 硫化氢与粉末状氧化锌反应动力学研究表明,反应对 常数可按下式计算: PH2S 而言系一级反应,反应速率 k 9.46 10 2 exp( 7236 / RT ) 氧化锌脱硫过程可分下述五步骤: ( 1)原料气中 H 2S 分子从气流主体扩散到脱硫剂外 表面;( 2)H2S 向脱硫剂颗粒孔内扩散; ( 3)在脱硫剂量内表面 H2S 与 ZnO 反应生成 ZnS; (4)生成的水汽在脱硫剂颗粒孔内向外扩散; ( 5)水分子由颗粒外表面扩散到气流主体。 硫离子必须扩散进入晶格, 而氧离子则向固体表面扩散。 由于从六方晶系的氧化锌结构转化 成等轴晶系的硫化锌所引起的晶体结构变化,较大的硫化物离子取代原来氧化物离子位置, 使孔隙率明显下降。在通常条件下平衡有利于硫化锌的生成,但总反应速率在表面未形成 ZnS 覆盖膜前受孔扩散控制,形成 ZnS 膜后受晶格扩散控制,在一定时间内不可能使全部 氧化锌转化成硫化锌。 提高温度以及使脱硫剂具有合适的比表面、 孔结构、 晶粒度和颗粒尺 寸都可提高总反应速率。 较大的比表面与合适的孔结构有利于氧化锌与硫化氢之间的反应, 提高强度固然能降低 床层阻力, 但颗粒密实会使得孔径和孔容下降。降低温度、增大空速、 提高水汽含量均会使 硫容下降,工艺气中硫化物形态及浓度对硫容也有一定的影响。 (1) 脱硫剂本身性质对反应速率的影响 反应速度与脱硫剂本身的特性有着密切的关系 ,试验表明:以活性氧化锌为原料制得脱 硫剂具有大比表面,多小孔的晶粒结构,如 T305 、T302 型脱硫剂。这些脱硫剂活性好,反 应速度大, 尤其是在低温、 高水汽的条件下更为突出。 一般工业氧化锌为原料制得的脱硫剂, 其比表面较小、大小孔适中,如 T304 型、 HTZ-3 型脱硫剂量。这些脱硫剂量只有在高温、 干气的条件下才能显示出其活性好, 反应速度大的特点。 在低温、 高水汽的苛刻条件下变显 得逊色了。 ( 2)温度对反应速率的影响 反应温度对脱硫反应速度有很大的影响,试验证明:当其它条件不变时,反应速度是 随温度的升高而增大,其穿透硫容也相应地增加。 ( 3)空速与线速度对反应速率的影响 空速对硫容的影响也很大,空速很小时,通过反应器的线速度也小,此时整个脱硫反 应受外扩散控制,即 ka 10 VL M a 3PT , Ka——一级速率反应常数 /单位体积反应器( S-1); V L——气体通过反应器的线速度, ( cm/s); M ——气体平均分子量; a3——催化剂的颗粒大小, ( cm); PT——总压力(大气压) 。 其它条件不变,则 k a f V L 即反应速度与线速度成正比例关系。空速小量,线速度 就小,因此反应速度也小,相对硫容就低。提高空速虽然可提高反应速度 ,但空速不能太 大,否则当线速度足够高时, 已消除了气膜效应, 此时反应已由外扩散控制转为动力学控制 了,如空速高, 则反应物在脱硫剂床层中停留的时间过短, 来不及向脱硫剂的内表面扩散与 反应就被气流带走,因而造成