氧化鋅脫硫劑講義

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1、氧化鋅脫硫劑氧化鋅脫硫劑以氧化鋅為主要組分，它是一種轉(zhuǎn)化吸收型的固體脫硫劑。由于氧化鋅能與H2S反應(yīng)生成難于解離的ZnS，凈化氣總硫可降至0.3ppm以下，重量硫容高達(dá)25%以上，但它不能再生，一般用于精脫硫過(guò)程。1、化學(xué)反應(yīng)方程式熱力學(xué)數(shù)據(jù)氧化鋅與硫化物反應(yīng)生成十分穩(wěn)定的硫化鋅，它與各種硫化物的反應(yīng)為：（1）（2）（3）（4）（5）式(1)是一個(gè)可逆反應(yīng)，但由于它的反應(yīng)熱力學(xué)平衡常數(shù)很大，所以從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，可視為不可逆反應(yīng)。其反應(yīng)平衡常數(shù)見(jiàn)下表表一不同溫度下（1）式氣相平衡常數(shù)溫度，℃溫度，℃溫度，℃20022024

2、02602802.081×1089.494×1074.605×1072.359×1071.268×1073003203403603807.121×1064.157×1062.514×1061.569×1061.008×1064004204404604806.648×1054.491×1053.101×1052.185×1051.568×105不同水汽濃度和溫度對(duì)式(1)平衡時(shí)H2S濃度影響見(jiàn)下表表二水汽濃度及溫度對(duì)H2S平衡濃度影響H2O,%平衡H2S濃度,ppm(v/v)200℃250℃300℃370℃400℃3.31

3、.70.330.172.6×10-41.3×10-42.6×10-51.3×10-51.7×10-30.9×10-31.7×10-40.9×10-40.7×10-20.3×10-20.7×10-30.3×10-34.2×10-22.1×10-24.2×10-32.1×10-36.5×10-23.2×10-26.5×10-33.2×10-32、脫硫過(guò)程的反應(yīng)速率硫化氫與粉末狀氧化鋅反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究表明，反應(yīng)對(duì)PH2S而言系一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)速率常數(shù)可按下式計(jì)算：氧化鋅脫硫過(guò)程可分下述五步驟：（1）原料氣中H2S分子從氣流主體擴(kuò)散

4、到脫硫劑外表面；（2）H2S向脫硫劑顆粒孔內(nèi)擴(kuò)散；（3）在脫硫劑量?jī)?nèi)表面H2S與ZnO反應(yīng)生成ZnS；（4）生成的水汽在脫硫劑顆?？變?nèi)向外擴(kuò)散；（5）水分子由顆粒外表面擴(kuò)散到氣流主體。硫離子必須擴(kuò)散進(jìn)入晶格，而氧離子則向固體表面擴(kuò)散。由于從六方晶系的氧化鋅結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成等軸晶系的硫化鋅所引起的晶體結(jié)構(gòu)變化，較大的硫化物離子取代原來(lái)氧化物離子位置，使孔隙率明顯下降。在通常條件下平衡有利于硫化鋅的生成，但總反應(yīng)速率在表面未形成ZnS覆蓋膜前受孔擴(kuò)散控制，形成ZnS膜后受晶格擴(kuò)散控制，在一定時(shí)間內(nèi)不可能使全部氧化鋅轉(zhuǎn)化成硫化鋅。提

5、高溫度以及使脫硫劑具有合適的比表面、孔結(jié)構(gòu)、晶粒度和顆粒尺寸都可提高總反應(yīng)速率。較大的比表面與合適的孔結(jié)構(gòu)有利于氧化鋅與硫化氫之間的反應(yīng)，提高強(qiáng)度固然能降低床層阻力，但顆粒密實(shí)會(huì)使得孔徑和孔容下降。降低溫度、增大空速、提高水汽含量均會(huì)使硫容下降，工藝氣中硫化物形態(tài)及濃度對(duì)硫容也有一定的影響。(1)脫硫劑本身性質(zhì)對(duì)反應(yīng)速率的影響反應(yīng)速度與脫硫劑本身的特性有著密切的關(guān)系,試驗(yàn)表明：以活性氧化鋅為原料制得脫硫劑具有大比表面，多小孔的晶粒結(jié)構(gòu)，如T305、T302型脫硫劑。這些脫硫劑活性好，反應(yīng)速度大，尤其是在低溫、高水汽的條件

6、下更為突出。一般工業(yè)氧化鋅為原料制得的脫硫劑，其比表面較小、大小孔適中，如T304型、HTZ-3型脫硫劑量。這些脫硫劑量只有在高溫、干氣的條件下才能顯示出其活性好，反應(yīng)速度大的特點(diǎn)。在低溫、高水汽的苛刻條件下變顯得遜色了。（2）溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響反應(yīng)溫度對(duì)脫硫反應(yīng)速度有很大的影響，試驗(yàn)證明：當(dāng)其它條件不變時(shí)，反應(yīng)速度是隨溫度的升高而增大，其穿透硫容也相應(yīng)地增加。（3）空速與線速度對(duì)反應(yīng)速率的影響空速對(duì)硫容的影響也很大，空速很小時(shí)，通過(guò)反應(yīng)器的線速度也小，此時(shí)整個(gè)脫硫反應(yīng)受外擴(kuò)散控制，即，Ka——一級(jí)速率反應(yīng)常數(shù)/單位體

7、積反應(yīng)器（S-1）；VL——?dú)怏w通過(guò)反應(yīng)器的線速度，（cm/s）；M——?dú)怏w平均分子量；a3——催化劑的顆粒大小，（cm）；PT——總壓力（大氣壓）。其它條件不變，則即反應(yīng)速度與線速度成正比例關(guān)系?？账傩×?，線速度就小，因此反應(yīng)速度也小，相對(duì)硫容就低。提高空速雖然可提高反應(yīng)速度，但空速不能太大，否則當(dāng)線速度足夠高時(shí)，已消除了氣膜效應(yīng)，此時(shí)反應(yīng)已由外擴(kuò)散控制轉(zhuǎn)為動(dòng)力學(xué)控制了，如空速高，則反應(yīng)物在脫硫劑床層中停留的時(shí)間過(guò)短，來(lái)不及向脫硫劑的內(nèi)表面擴(kuò)散與反應(yīng)就被氣流帶走，因而造成穿透硫容下降。（4）毒物對(duì)反應(yīng)速率的影響在小試驗(yàn)

8、中發(fā)現(xiàn)微量氧和微量氨對(duì)硫容有很大影響，如不含氨，含氧量較高時(shí)，其硫容也會(huì)大幅度的下降。試驗(yàn)表明：原料氣中如含氧量大于0.05%，氨含量大于120ppm時(shí)，脫硫劑硫容就會(huì)明顯地下降。如原料氣只含氧小于0.05%，或只含氨小于120ppm時(shí)，對(duì)脫硫劑的穿透硫容影響不大。如氧含量大于0.15%時(shí)，無(wú)氨氣其穿透硫容也會(huì)下降。