活性炭脱硫剂的脱硫机理及工艺条件对脱硫的影响

活性炭脱硫剂的脱硫机理及工艺条件对脱硫的影响
1、活性炭脱硫剂的脱硫机理
（1）活性炭脱除H2S的机理和主要化学反应
首先，硫化氢（H2S）被选择地吸附在活性炭表面，之后被离解，H2S与O2反应生成单质硫和水（S沉积在微孔中），水分子解吸后随气体带入后工序；如此循环往复，直至大量微孔被单质硫占据，活性炭脱硫剂的脱硫能力逐渐下降面报废。

H2S+O2=H2O+S
（2）活性炭脱除有机硫的机理和主要化学反应
首先，有机硫化物（COS、CS2等）被选择性地吸附在活性炭的表面；之后，在活性炭表面及催化剂的作用下有机硫被水解转化为H2S，主要化学反应为：
COS+H2O=H2S+CO2
CS2+2H2O=2H2S+CO2
H2S与O2进一步反应生成单质硫和水（S沉积在微孔中），气态水随气体带入后工序，如此循环往复，直至大量微孔被单质硫占据，活性炭脱硫剂的脱硫能力下降面报废。

H2S+O2=H2O+S
所有能够脱除有机硫的高档活性炭脱硫剂都能很好地脱除硫化氢。

因此，当转化吸收型活性炭脱硫剂达到一定周期，脱硫精度明显下降之后将这些脱硫剂降级使用，继续用于脱除硫化氢或精度要求较低的场合。

2、工艺条件对脱硫的影响
（1）操作温度
操作温度低有利于硫化物的吸附，但化学反应速度减慢；温度高则不利于吸附，脱硫精度下降。

最适宜的温度为15~50℃
（2）操作压力
一般认为压力对活性炭脱硫剂的脱硫能力影响不大，在常压~3.0MPa范围内都有成功应用的实例。

需要注意的是，当操作压力较高时应尽量减小压力波动，减少对脱硫剂的机械破坏。

当操作压力较高时，由于气体体积的减小，可适当提高空速（适当减少脱硫剂的装填量）。

（3）空速
空速实际上是接触时间的倒数。

空速越高，催化剂装填量越少，接触时间越短，脱硫精度越差；反之亦然。

对脱碳净化气，一般认为适宜的空速为1000~1500h-1；对变换气，适宜的空速为800~1200；对二氧化碳气，适宜的空速为500~800。

当操作压力较高时，气体实际流速减小，可以适当提高空速。

（4）气体湿度（水份）
原料气中有适量的水份可在脱硫剂形成吸附膜，对吸附有利；但水份过高时容易在活性炭上
形成液态水，堵塞活性炭的微孔，使有效表面迅速下降，最终导致脱硫效率严重下降甚至基本丧失。

活性炭脱硫剂长时间在较高水汽含量气氛下运行，还会造成其中的水溶性组分流失而降低脱硫能力。

最适宜的气体湿度是在操作条件下无冷凝水产生（水汽浓度接近饱和）。

温度和压力的变化都会改变气体的相对湿度。

（5）气体组成
对活性炭脱硫剂面言，气体组分的影响主要反映在与H2S的竞争吸附上。

酸性气体组分（如CO2）分压越高，对硫化氢的吸附影响越大。

例如同一种活性炭脱硫剂在半水煤气、变换气和CO2气中的脱硫精度和硫容量就有很大的差别。

此外，硫化物的种类越多，反应机理越复杂，脱硫精度和硫容量就有所降低。

只有通过调变改性物质的成份和添加量来适应不同气体组分的脱硫要求。

必须指出，原料气中的O2含量对活性炭脱硫的作用至关重要。

由于O2在脱硫过程中起催化氧化作用，因此在无氧的环境下脱硫必须补充适量的O2。

补O2最好以加入压缩空气的形式补给，一般控制O2/S（摩尔比）5~10为宜。

当活性炭用于PSA后精脱硫时，如果不设补氧装置，有的厂在一个月甚至更短的时间内就会出现出口硫化物超标的现象。

（6）脱硫剂床层高径比
高径比是指单一品种脱硫剂的装填高度与脱硫塔内径之比。

脱硫塔直径大则高径比小，气体线速低，传质动力小，阻力小，但容易发生偏流现象而导致泄流。

脱硫直径小则高径比大，气体线速高，阻力增大，可较好地预防因装填不匀造成的偏流现象。

为兼顾阻力和传质的优化，脱硫塔高径比应在3.0左右，最低应在2.0以上。