Processi di riduzione del solfuro di idrogeno
Questo articolo getta luce sui processi di abbattimento dell'idrogeno solforato. I processi di abbattimento sono: 1. Processi a secco e 2. Processi a umido.
Processo di abbattimento # 1. Processi a secco :
Il processo a secco per la rimozione di H 2 S da un gas di scarico viene effettuato facendo reagire H 2 S con ossido di ferro attivato. Il prodotto di reazione è solfuro ferrico.
Fe 2 O 3 + 3 H 2 S -> Fe 2 S 3 + 3 H 2 O ............... .. (5.51)
Il processo può essere condotto in un reattore a letto fisso o in un reattore a letto fluido.
A. Processo a letto fisso :
Il processo si svolge in due fasi. Durante il primo stadio, il gas H 2 S carico viene fatto passare a temperatura ambiente attraverso un letto contenente ossido ferrico reattivo (forme ae y) miscelato con alcuni materiali fibrosi o granulari inumiditi con circa il 40% di acqua.
Quando una parte sostanziale dell'ossido ferrico è stata convertita in solfuro, il flusso di gas di scarico viene interrotto e viene avviato il secondo stadio di funzionamento. Durante questo stadio, l'aria a temperatura ambiente viene fatta passare attraverso il letto, il che si traduce nella rigenerazione dell'ossido ferrico e nella liberazione dello zolfo elementare secondo la reazione seguente:
2 Fe 2 S 3 + 3 O 2 -> 2 Fe 2 O 3 + 6S ............... .. (5.52)
Lo zolfo elementare liberato può essere recuperato mediante estrazione con solvente. Per un funzionamento regolare di questo processo sono necessari almeno due letti, in modo che quando in un letto si verifica la reazione di riduzione, l'altro letto viene rigenerato.
B. Processo a letto fluido :
In questo allestimento sono richiesti due letti fluidizzati circolanti. Nel primo letto H 2 S reagisce con granuli fluidizzati di ossido di ferro attivato a circa 340-360 ° C. Da questo letto i granuli contenenti solfuro ferrico e ossido ferrico non reagito fluiscono nel secondo letto dove le particelle di solfuro vengono tostate a circa 800 ° C per rigenerare l'ossido ferrico e per recuperare S come SO 2 . Le particelle di ossido ferrico vengono restituite al primo letto e SO 2 viene inviato ad una pianta acida.
Processo di abbattimento # 2. Processi bagnati :
Esistono molti processi a umido per la rimozione di H 2 S da un gas di scarico. Alcuni di questi processi sono descritti di seguito.
A. Processo di Girbotol:
Questo processo consiste nell'assorbimento di H 2 S in una soluzione di ammina e quindi nel rimuovere l'H 2 S disciolto con vapore. L'ammina da utilizzare in una situazione particolare dipende dal fatto che il gas di scarico contenga COS e / o CO 2 oltre a H 2 S.
Una soluzione acquosa di mono-etanolo al 15-20% può essere utilizzata se il gas da lavare non contiene COS, poiché il COS forma di etanolo urea che è stabile al calore. Poiché la mono-etanolo ammina ha un'elevata pressione di vapore, l'H 2 S rigenerata mediante riscaldamento indiretto a vapore della soluzione impregnata deve essere sottoposta a lavaggio per il recupero dell'ammina trascinata.
Lo sfregamento può essere effettuato con acqua, ma se H 2 S deve essere recuperato come gas secco, allora si deve usare glicole di-etilenico o glicole trietilenico come liquido di lavaggio invece di una soluzione di ammina monoetanolo. Poiché il monoetanolo ammina assorbe anche la CO 2, non è un assorbente idoneo in presenza di CO 2 .
La di-etanolammina è un assorbente migliore dell'ammina monoetanolo poiché la sua pressione di vapore è inferiore a quella della mono-etanolo ammina. La di-etanolo ammina può essere usata anche quando COS è presente insieme a H 2 S, poiché COS non forma etanolo di etanolo. Se un gas di scarico da depurare contiene sia H 2 S che CO 2, per l'assorbimento selettivo di H 2 S. deve essere utilizzata una soluzione acquosa al 30% di tri-etanolammina o metil-di-etanolo ammina.
B. Processo di fosfato di potassio:
Quando è presente CO 2 insieme a H 2 S una soluzione acquosa al 40% di fosfato di potassio può essere utilizzata come assorbente. Questa soluzione assorbe H 2 S preferenzialmente. Dalla soluzione impregnata H 2 S viene strippato con vapore vivo.
C. Processo di carbonato di sodio :
Quando H 2 S non è accompagnato da CO 2 può essere utilizzato come assorbente dal 3 al 3, 5% di soluzione acquosa di Na 2 CO 3 .
Durante l'assorbimento si formano sodio idrogeno solforato e sodio bicarbonato:
Na 2 CO 3 + H 2 S Na HCO 3 + Na HS ............... .. (5.53)
Per la rigenerazione del carbonato e il recupero di H 2 S la soluzione esausta deve essere sottoposta a vapore sotto vuoto. Un metodo alternativo per la rigenerazione della soluzione esausta è di ossidarlo con ossigeno in presenza di circa 0, 5 percento di ossido ferrico in sospensione per cui viene rigenerato Na 2 CO 3 e precipitato lo zolfo elementare.
Un processo alternativo (quando CO 2 è presente insieme a H 2 S) è quello di utilizzare la soluzione di carbonato di ammonio per l'assorbimento anziché la soluzione di carbonato di sodio. Per la rigenerazione della soluzione spenta, l'ossidazione viene effettuata con ossigeno in presenza di Fe 2 O 3 . Un altro processo alternativo (processo Thylox) utilizza come soluzione assorbente la soluzione di sodio tioarsenato. In questi processi per la reazione di ossidazione-rigenerazione non è richiesto alcun catalizzatore.
Le reazioni possono essere rappresentate come sotto:
Reazione di assorbimento :
Na 4 As 2 S 5 O 2 + H 2 S -> Na 4 As 2 S 6 O + H 2 O ............... .. (5.55)
Reazione alla rigenerazione :
Na 4 As 2 S 6 O + ½ O 2 -> Na 4 As 2 S 5 O 2 + S ............... .. (5.56)
D. Processo di Stretford :
Il processo di Stretford è un processo selettivo H 2 S. Può ridurre a un livello molto basso il contenuto di H 2 S residuo in un gas trattato. La temperatura operativa è relativamente bassa, circa 40 ° C. L'assorbente utilizzato in questo processo per la rimozione di H 2 S è un liquido alcalino acquoso contenente carbonato di sodio, bicarbonato, vanadato e sale di sodio di acido antrachinonico disolfonico (ADA) con un pH compreso tra 8, 5 e 9, 5.
Il gas da trattare viene lavato in controcorrente con la soluzione in un assorbitore dove praticamente la maggior parte dell'H 2 S viene rimossa. Il contenuto residuo di H 2 S può essere inferiore a 1 ppm.
Dall'assorbitore la soluzione fluisce in un ossidante (serbatoio di reazione) dove avviene la rigenerazione dell'assorbimento e la formazione dello zolfo elementare a causa della miscelazione intima con l'aria.
Lo zolfo elementare prodotto nell'ossidatore viene separato mediante galleggiamento e viene rimosso come una schiuma avente circa il 10% di solido in peso. La soluzione rigenerata dopo la rimozione dello zolfo viene pompata nell'assorbitore.
E. Processo LO-CAT:
Si ritiene che questo processo sia il più adatto per la rimozione di H 2 S quando è presente in un livello di ppm in una corrente di gas di scarico. È stato sviluppato per eliminare il problema degli odori dovuto alla presenza di H 2 S. Questo è un processo di riduzione della fase liquida-ossidazione che porta alla conversione di H 2 S in zolfo elementare.
Il liquido di lavaggio è una soluzione di ferro chelato organico acquoso diluito. Il ferro ossida H 2 S mentre si riduce. La soluzione esausta dallo scrubber viene quindi ossidata con aria per cui l'assorbente viene rigenerato per il riutilizzo e viene prodotto lo zolfo elementare.
Questo processo è specifico per H 2 S. Non rimuove altri composti contenenti zolfo come COS, CS 2, mercaptani. Può ridurre l'H 2 S a un livello molto basso nel gas trattato. È superiore agli altri processi di riduzione dell'ossidazione a causa della sua maggiore attività catalitica e della non tossicità.
Dei diversi processi di abbattimento di H 2 S disponibili ora, questo è stato trovato abbastanza economico in particolare per il trattamento di un grande flusso di gas avente un contenuto di H 2 S basso.
F. Processo di Cataban :
L'agente catalitico utilizzato in questo processo è una soluzione acquosa contenente il 2-4% di ferro ferrico chelato. Il chelato può essere utilizzato su un ampio intervallo di pH da 1, 0 a 11, 0 e un intervallo di temperatura da inferiore a circa 130 ° C in quanto è stabile nell'intervallo sopra menzionato. Durante il processo lo ione ferrico ossida H 2 S allo zolfo elementare e si riduce a ione ferroso. Contemporaneamente avviene l'ossidazione dell'aria degli ioni ferrosi agli ioni ferrici.
Le reazioni possono essere rappresentate come:
2 Fe 3+ + H 2 S -> 2 Fe 2+ + S + 2 H + ............... .. (5.57)
2 Fe 2+ + ½O 2 + H 2 O -> 2 Fe 3+ + 2 OH - ............... .. (5.58)
Questo processo può essere utilizzato in particolare per l'abbattimento di H 2 S a bassa concentrazione se l'obiettivo non è quello di recuperare lo zolfo. Quando la corrente di gas influente contiene ossigeno, non sarebbe necessaria alcuna aerazione per l'ossidazione degli ioni ferrosi.
G. Processo Giammarco-Vetrocoke :
Una soluzione di carbonato di potassio contenente arseniato di potassio viene utilizzata per l'assorbimento di H 2 S nel processo Giammarco-Vetrocoke. Viene utilizzato per la rimozione di H 2 S da gas di cokeria, gas di sintesi e gas naturale. Il contenuto di H 2 S del gas trattato può essere pari a 1 ppm anche in presenza di CO 2 ad alta concentrazione e temperatura di funzionamento vicina a 150 ° C.
Per la rigenerazione del liquore esaurito viene ossidato con O 2 (aria). Lo zolfo elementare è prodotto come prodotto finale.
Le reazioni chimiche che avvengono durante il processo di rigenerazione dell'assorbimento possono essere riassunte come segue:
KH 2 AsO 3 + 3H 2 S -> KH 2 As S 3 + 3 H 2 O ............... .. (5.59)
KH 2 As S 3 + 3 KH 2 As O 4 -> 3 KH 2 As O 3 S + KH 2 As O 3 ............... .. (5.60)
3 KH 2 As O 3 S -> 3 KH 2 As O 3 +3 S ............... .. (5.61)
3 KH 2 As O 3 + 1 ½ O 2 -> 3 KH 2 As O 4 ............... .. (5.62)
Il meccanismo e i passaggi effettivi di reazione sono complessi e la reazione generale può essere espressa come
3H 2 S + 1 ½ O 2 -> 3 S + 3 H 2 O ............... .. (5.63)
Il ruolo del carbonato è quello di mantenere il giusto pH.
