應(yīng)用活性炭脫除工業(yè)氣體中硫化氫及有機(jī)硫化物的方法，稱為活性炭脫硫法
。
活性炭脫硫是上個(gè)世紀(jì)三十年代初發(fā)展起來的一種脫硫方法，至今仍在北美及西歐一些國(guó)家中被廣泛應(yīng)用。五十年代初
，在我國(guó)幾個(gè)中型化肥廠開始使用活性炭脫硫。七十年代后科技工作者開發(fā)研制出了廉價(jià)的專門用于脫硫的活性炭
，采用國(guó)外七十年代出現(xiàn)的蒸汽再生技術(shù)
，開創(chuàng)了活性炭脫硫
——過熱蒸汽再生工藝，
當(dāng)今活性炭脫硫已成為干法脫硫中使用*廣泛的一種脫硫方法。
活性炭是一種孔隙性大的黑色固體 。主要成分以石墨微晶呈不規(guī)則排列
，屬無定形，活性炭中的孔隙大小不是均勻一致的
，
可分為大孔（2000-10000A），過渡孔（100-2000A）及微孔（10-100A） ，主要是微孔
，
孔隙體積接近0.8m3/ ，
活性炭具有大的比表面積 ，*高可達(dá)1800
m2/g ，一般為500-1000
m2/g ，
它們?yōu)榱虻拿摮峁┝顺渥愕姆磻?yīng)場(chǎng)所和容納反應(yīng)物的空間 。
活性炭脫硫劑的基本原理室溫下 ，氣態(tài)的硫化氫與空氣中的氧能發(fā)生下列反應(yīng)：
2H2S+O2=2H2O+2S
△H=-434.0KJ/mol；△G=-511.18KJ/mol
這是一個(gè)放熱反應(yīng) ，
在一般條件下 ，反應(yīng)速度很慢
，
催化劑可以加快其反應(yīng)速度 ，
對(duì)硫化氫和氧的反應(yīng)來說活性炭是一個(gè)性能良好的催化劑，可以加快其反應(yīng)速度 。
活性炭脫硫?qū)儆诙囗?xiàng)反應(yīng)，
研究證明：硫化氫及氧在活性炭表面的反應(yīng)分兩步進(jìn)行：第一步是活性炭表面化學(xué)吸附氧，形成作為催化劑在中心表面氧化物，
這一步極易進(jìn)行，因此工業(yè)氣體中只要含少量氧（0.1-0.5%）便以能滿足活性炭脫硫的需要。第二步是氣體中的硫化氫分子碰撞活性炭表面
，與化學(xué)吸附在活性炭表面的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
，生成的硫磺分子沉積在活性炭的孔隙中
。沉積在活性炭表面的硫，對(duì)脫硫反應(yīng)也有催化作用
。在脫硫過程中生成的硫，呈多分子層吸附于活性炭的孔隙中
?div id="4qifd00" class="flower right">
；钚蕴恐械目紫对酱螅瑒t沉積于孔隙內(nèi)表面上的硫分子層愈厚
。可超過二十個(gè)硫原子
，在微孔中
，硫?qū)拥暮穸纫话銥樗膫€(gè)硫原子
。
活性炭失效時(shí)，孔隙基本上塞滿了硫?div id="4qifd00" class="flower right">
；钚蕴烤哂泻艽蟮目紫缎裕虼?div id="m50uktp" class="box-center"> ，活性炭的硫容量比其它固體脫硫劑（活性氧化鐵
、氧化鋅、分子篩等）的硫容量都大
。脫硫性能好的活性炭，其硫容量可超過100%
。
活性炭脫硫的反應(yīng) ，主要是在活性炭孔隙的內(nèi)表面上進(jìn)行
。由于表面自由能的存在
，對(duì)工業(yè)氣體中的分子具有一定的吸附作用。水蒸汽在活性炭中
，除了存在多分子層的吸附外，還存在毛細(xì)管的凝結(jié)作用
。因此在室溫下進(jìn)行脫硫時(shí)
，活性炭表面上凝結(jié)著一薄層水膜。利用硫化氫在水中的溶解作用
，使活性炭吸附硫化氫處于比較有利的條件，從而能加速脫硫作用
。這時(shí)
，硫化氫的氧化作用將在液相水膜中進(jìn)行
。所以
，當(dāng)氣體中存在足夠的水蒸汽時(shí)，才能使硫化氫更快地被吸收與氧化
。若在氣體中存在少量氨，會(huì)使活性炭孔隙表面的水膜呈堿性
，更有利于吸附呈酸性的硫化氫分子
，能顯著的提高活性炭與氧化硫化氫的速度。
活性炭脫出氣體中硫化氫時(shí)，還發(fā)生下列副反應(yīng)：
4NH3+2H2S+3O2=2（NH4）2S2O3
2NH3+H2S+2O2=(NH4)2SO4
氣體中氨的含量越大，在活性炭脫硫中越易生成硫的含氧酸鹽。
活性炭的理化性質(zhì)
就活性炭本身來說，影響活性炭脫硫性能*重要的是硫容量和強(qiáng)度。前者提供良好脫硫*的條件，后者保證在使用過程中顆粒狀活性炭不被破碎。硫容量與活性炭的比表面積，比孔容積與孔徑分布密切相關(guān)。
01硫容量
硫容量是活性炭（脫硫）的*重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，它表示活性炭具有的*大脫硫能力。活性炭的飽和硫容量為50-100%，用于半水煤氣脫硫時(shí)（H2S≦70mg/m3），工業(yè)硫容量一般為20-50%；用于變換氣脫硫時(shí)（H
2S≦15mg/m3），工業(yè)硫容量一般為
20-40%；用于合成甲醇?xì)饷摿驎r(shí)（H
2S≦1.5mg/m3），工業(yè)硫容量降到
12-20%。02比表面積
活性炭是一個(gè)孔隙性高的固態(tài)物質(zhì)，具有大的比表面積，一般為500-1000m2/g,*高可達(dá)1800m2/g。
微孔發(fā)達(dá)的活性炭，比表面積大，大孔及過度孔發(fā)達(dá)的活性炭，其表面積就略小些?div id="d48novz" class="flower left">
03比孔容積
活性炭的比孔容積是指單位重量活性炭顆粒內(nèi)部的總孔容積，以cm3/g表示。
為簡(jiǎn)便起見，活性碳的比孔容積在工業(yè)生產(chǎn)中常以水容量（
%）表示。雖然活性炭的水容量比溶劑概念不同
，單位不同，但數(shù)值上十分接近
。例如比溶劑為0.6cm
3/g的活性炭，其水容量為60%左右。
由于活性炭脫出硫化氫達(dá)到飽和時(shí)，活性炭的孔隙內(nèi)已基本上被硫塞滿，所以活性炭的比孔容積或水容量
，與活性炭的硫容量更具有直接關(guān)系
?div id="jfovm50" class="index-wrap">；钚蕴康幕罨潭扔?div id="jfovm50" class="index-wrap">，則其孔容積或水容量越大，相應(yīng)的硫容量就愈大
。一般來說
，在保持顆?div id="jfovm50" class="index-wrap">；钚蕴恳欢◤?qiáng)度的條件下
，提高活性炭的比孔容積。
04強(qiáng)度
脫硫用的活性炭是呈圓柱狀或球形的顆粒狀活性炭，要求具有一定的強(qiáng)度，否則在脫硫劑再生過程中容易破碎
，增加活性炭吸附器的系統(tǒng)阻力
。活性炭的強(qiáng)度分耐壓強(qiáng)度與磨損強(qiáng)度
。耐壓強(qiáng)度一般要求
>0.5MPa，耐磨損強(qiáng)度一般要求>90%。05堆密度
堆密度，亦稱堆比重，以g/L表示。
脫H2S過程的主要影響因素及控制條件
01活性炭的質(zhì)量
活性炭的質(zhì)量，可有活性炭的硫容量與強(qiáng)度直接判斷。在符合一定強(qiáng)度的條件下
，活性炭的溶劑量較高
，其脫硫*也較好，硫容量高的活性炭
，必然是過度孔發(fā)達(dá)，孔容積大
，相對(duì)來說堆密度較小的活性炭
。
在活性炭中添加某些化合物后，可以顯著提高活性炭的脫硫性能，甚至改變活性炭脫硫的反應(yīng)產(chǎn)物
。氨對(duì)活性炭脫硫的顯著影響
，是人們?cè)缫阎赖?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">。已知能夠增大活性炭脫硫性能的化合物有銨或堿金屬的碘化物和碘酸鹽，硫酸銅
，氧化銅
，碘化銀
，氧化鐵
，硫化鎳等。工業(yè)上常用含氧化物的活性炭?jī)艋蚧瘹涞臍怏w
?div id="jfovm50" class="index-wrap">；钚蕴恐醒趸F的存在，能顯著改進(jìn)活性炭的脫硫性能
，提高硫化氫的氧化速度。
02氧及氨的含量
在脫硫過程中，氧與氨都是直接參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)
。對(duì)脫出硫化氫來講，工業(yè)生產(chǎn)中氧含量一般控制在超過理論需要量的
50%，或者使脫硫后氣體中殘余氧的含量小于0.1%。含硫化氫1
g/m3的工業(yè)氣體 ，活性炭脫硫時(shí)
，要求氧含量為
0.05% ，對(duì)含硫化氫10
g/m3的工業(yè)氣體，含氧0.53%便夠了 。一般來說，半水煤氣含氧0.5%左右
，變換氣
，碳化氣及合成甲醇中含量1%左右。半水煤氣的硫化氫含量一般在5
g/m3以下 ，變換氣
，碳化氣及合成甲醇?xì)庵械牧蚧瘹浜烤?/span>
1g/m3以下。所以在以煤為原料的合成氨廠
，使用活性炭脫硫時(shí)
，都不需要補(bǔ)充氧
。
氨易溶于水，是活性炭孔隙內(nèi)表面的水膜呈堿性
，增加了吸收硫化氫的能力。當(dāng)凈化硫化氫時(shí)
，氨的用量很少
，一般保持在
0.1～0.25g/m3，或者相當(dāng)于氣體中硫化氫含量的二十分之一（摩爾比），便可使活性炭的硫容量提高一倍。
03相對(duì)濕度
在室溫下進(jìn)行脫硫時(shí)，氣體的相對(duì)濕度對(duì)活性炭脫硫有很大的影響
。若要對(duì)硫化氫達(dá)到較高的脫硫效率，則要求被凈化氣體的相對(duì)濕度大于
70%，*好被水蒸汽飽和
。烘干的活性炭直接用來脫硫
，脫硫效率低
。若將活性炭在空氣中放置一些時(shí)間，吸收一些水分后
，活性炭的脫硫效率便可從40～60%提高到93%以上
。硫化氫和氧生成硫及水的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。因此
，脫硫過程中
，活性炭吸附器的溫度總比進(jìn)口氣體的高。需要注意
，進(jìn)入活性炭吸附器的氣體
，不能帶液態(tài)水。否則它會(huì)使活性炭浸濕
，活性炭的孔隙塞滿
，失去脫硫能力
，一般先將氣體通過氣水分離器
，分離除去液態(tài)水后，再將氣體通入活性炭吸附器進(jìn)行脫硫
。
04脫硫溫度
溫度對(duì)活性炭脫硫的影響比較復(fù)雜 。對(duì)硫化氫來講，當(dāng)氣體中存在水蒸汽時(shí)
，脫硫的溫度范圍為
27℃～82℃，*適宜的溫度范圍為32℃～54℃ 。若溫度低于27℃時(shí)
，硫化氫被催化氧化的反應(yīng)速度比較慢；溫度超過82℃時(shí)
，由于硫化氫在活性炭孔隙的表面水膜中溶解作用減弱
，也會(huì)降低脫硫*。
當(dāng)氣體中不存在水蒸汽時(shí) ，則活性炭脫出硫化氫的能力反而隨溫度的升高而達(dá)到加強(qiáng)，如下圖所示
。
?
不同溫度下 ，沉積在活性炭中的硫含量和反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系
05煤焦油及不飽和烴
活性炭對(duì)煤焦油有很強(qiáng)的吸附作用。煤焦油不但能夠阻塞活性炭的孔隙，降低活性炭的容積量及脫硫效率，而且還會(huì)使活性炭顆粒粘結(jié)在一起
，增加活性炭吸附器的阻力
，嚴(yán)重影響脫硫過程的進(jìn)行。另外
，氣體中的不飽和烴會(huì)在活性炭的表面發(fā)生聚合反應(yīng)
，生成分子量大的聚合物，同時(shí)會(huì)降低活性炭的硫容量
，減少使用時(shí)間
，并且降低脫硫效率，因此用活性炭脫硫時(shí)
，應(yīng)先除去這些有害物質(zhì)
。
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