一、絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介
絡(luò)合鐵法脫硫技術(shù)是一種以絡(luò)合鐵為催化劑的濕式氧化脫除硫化氫的方法，其特點(diǎn)是直接將H₂S轉(zhuǎn)變成元素S，處理后的H₂S含量達(dá)到環(huán)保要求，是一種工藝簡(jiǎn)單、工作硫容高且環(huán)保無(wú)毒的新型脫硫技術(shù)，克服了傳統(tǒng)脫硫工藝硫容量低、工藝復(fù)雜、副鹽生成率高、環(huán)境污染嚴(yán)重等弊端，硫磺回收裝置尾氣可使硫磺回收率達(dá)到99.9%。
絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的絡(luò)合鐵脫硫化氫成套技術(shù)，相對(duì)于其它絡(luò)合鐵脫硫技術(shù)，具有硫容量高、可橇裝化、脫硫成本低、節(jié)能、運(yùn)行穩(wěn)定性高、投資低、對(duì)COS、硫醇有機(jī)硫脫除率高等優(yōu)點(diǎn)。
二、 絡(luò)合鐵法脫硫技術(shù)的工藝原理
絡(luò)合鐵脫硫工藝為脫除硫化氫提供了一種恒溫、低成本的運(yùn)行方法。其化學(xué)反應(yīng)原理是利用空氣中的氧氣氧化氣相中的硫化氫，使硫化氫被氧化為單質(zhì)硫。其化學(xué)反應(yīng)方程式如式(1)：
H₂S + 1/2O₂ → H₂O + S                              （1）
絡(luò)合鐵脫硫催化劑利用水溶液中絡(luò)合鐵離子的氧化還原性，使含硫化氫氣體與含絡(luò)合鐵催化劑的水溶液（簡(jiǎn)稱絡(luò)合鐵吸收劑，下同）進(jìn)行氣液相接觸反應(yīng)。該氣液相接觸反應(yīng)首先通過水溶液的偏堿性，在氣液接觸時(shí)通過酸堿化學(xué)吸收將原料氣中的硫化氫吸收進(jìn)入水溶液；在水溶液中，利用高價(jià)絡(luò)合鐵離子的氧化性將硫化氫氧化成單質(zhì)硫，絡(luò)合鐵離子被還原為低價(jià)絡(luò)合亞鐵離子。絡(luò)合鐵離子水溶液的吸收氧化反應(yīng)方程式（2）～（5）如下：
水溶液吸收H₂S氣體：
H₂S(g) + H₂O(L)→H₂S(L) + H₂O(L)  （2）
式中：（g）——氣相，下同；
     （L）——液相，下同
H₂S電離：
H₂S(L)→ H⁺ (L)+ HS^-(L)  （3）
高鐵離子(Fe³⁺)氧化二價(jià)硫：
HS^-(L)+ 2Fe³⁺(L) → 2Fe²⁺(L) + H⁺(L) + S↓    （4）
吸收氧化總反應(yīng)方程式 (即方程式(2)，(3)，(4)疊加)
H₂S(g) + 2Fe³⁺(L) → 2H⁺(L) + S↓+ 2Fe²⁺(L) （5）
水溶液中絡(luò)合亞鐵離子容易被氧氣氧化，因此，將絡(luò)合亞鐵離子溶液直接與空氣進(jìn)行氣液相接觸反應(yīng)，利用空氣中的氧氣將水溶液中的絡(luò)合亞鐵離子氧化為絡(luò)合鐵離子。絡(luò)合亞鐵離子水溶液的再生還原反應(yīng)方程式（6）～（8）如下：
絡(luò)合亞鐵離子水溶液吸收氧氣：
1/2O₂ (g) + H₂O(L) → 1/2O₂ (L) + H₂O(L)    （6）
絡(luò)合亞鐵離子(Fe²⁺)再生反應(yīng)：
1/2O₂(L) + H₂O(L) + 2Fe²⁺(L) → 2OH^-(L) + 2Fe³⁺(L)  （7）
再生還原總反應(yīng)方程式 (即方程式（6），（7）疊加)
1/2O₂(g) + H₂O(L) + 2Fe²⁺(L) → 2OH^-(L) + 2Fe³⁺(L)  （8）
在總反應(yīng)中，絡(luò)合鐵離子的作用是將吸收反應(yīng)中產(chǎn)生的電子釋放到再生反應(yīng)中去，由于每一個(gè)單質(zhì)硫的產(chǎn)生需要消耗兩個(gè)鐵原子，所以在反應(yīng)過程中，至少提供兩個(gè)鐵原子。由此，鐵離子是作為反應(yīng)物。不過，在總反應(yīng)中并不消耗鐵離子，鐵離子是作為硫化氫和氧氣反應(yīng)的催化劑。由于這種雙重功能，鐵離子絡(luò)合物一般被定義為催化劑。
在絡(luò)合鐵脫硫工藝中，循環(huán)水溶液的pH值是一個(gè)非常重要的可變操作因素，因?yàn)樗芤嚎晌誋₂S氣體的總量取決于水溶液的pH值（反應(yīng)方程式（2）、（3））。pH值是衡量水溶液酸堿度的一種方式，pH值為7代表水溶液是中性的，就是說(shuō)既不呈酸性也不呈堿性；pH值在1～7代表水溶液是酸性的；pH值7～14代表水溶液是堿性的。反應(yīng)方程式（2）和（3）的雙向箭頭表明反應(yīng)處于平衡穩(wěn)定狀態(tài)，如果增加H⁺離子的濃度，反應(yīng)將向左邊進(jìn)行，H₂S能被水溶液吸收的總量減少。如果增加OH^-離子的濃度，溶液中的H⁺將被中和形成水(OH^- + H⁺ → H₂O)，因此反應(yīng)將向右邊進(jìn)行，H₂S能被水溶液吸收的總量增加。
反應(yīng)方程式（1）表明反應(yīng)沒有H⁺離子和OH^-離子的凈產(chǎn)物生成，所以水溶液的pH值不會(huì)產(chǎn)生變化。但是，副反應(yīng)會(huì)釋放H⁺離子，使得水溶液的pH值降低，最終導(dǎo)致水溶液吸收H₂S總量減少。其中的一個(gè)副反應(yīng)如反應(yīng)方程式（9）所示，反應(yīng)產(chǎn)生的硫代硫酸根(S₂O₃^2-)對(duì)脫硫工藝有益，它使得之前提到的螯合劑變得更加穩(wěn)定，同時(shí)降低螯合劑的分解。
2HS^-(L) + 2O₂(L) →S₂O₃^2-(L) + H₂O(L)  （9）
當(dāng)該反應(yīng)與電離反應(yīng)（方程式（3））相結(jié)合時(shí)，可以看出，隨著硫代硫酸根(S₂O₃^2-)產(chǎn)生，H⁺離子生成凈產(chǎn)物，使得水溶液的pH值降低。
由于處理的氣相中含有二氧化碳(CO₂)，尤其是在壓力較高時(shí)，二氧化碳極易溶于水，會(huì)形成碳酸氫鹽(HCO₃^-)和碳酸鹽(CO₃^2-)，隨之發(fā)生副反應(yīng)降低水溶液的pH值。反應(yīng)方程式如（10）～（12）：
 CO₂ (g) + H₂O (L) → H₂CO₃ (L)   （10）
H₂CO₃ (L) → H⁺(L) + HCO₃^-(L)     （11）
HCO₃^-(L) → CO₃^2-(L) + H⁺ (L)      （12）
為了穩(wěn)定水溶液的pH值，需要在系統(tǒng)中加入氫氧化鈉，它與二氧化碳的反應(yīng)如式（13）～（15）：
CO₂ (g) + H₂O(L) → H₂CO₃(L)      （13）
H₂CO₃(L) + 2NaOH (L)→ Na₂CO₃ (L)+ 2H₂O(L)  （14）
_Na2CO₃(L) + H₂CO₃ (L)→ 2NaHCO₃(L)                 （15）
通常，較高的pH值能夠提高反應(yīng)效能，會(huì)促進(jìn)硫代硫酸鹽離子的形成，減少氧氣的吸收，但也阻礙單質(zhì)硫的凝聚；而過低的pH值會(huì)阻礙H₂S氣體的吸收。所以，控制pH值為8.0-9.0的弱堿性水溶液。
系統(tǒng)采用堿性絡(luò)合鐵催化劑的氧化還原性質(zhì)，吸收酸性氣中的H₂S。H₂S被絡(luò)合鐵直接氧化生成單質(zhì)硫，絡(luò)合鐵轉(zhuǎn)化為絡(luò)合亞鐵，然后向再生沉降槽鼓入空氣，以空氣氧化堿性吸收劑中的絡(luò)合亞鐵，使吸收劑中的絡(luò)合亞鐵轉(zhuǎn)化為絡(luò)合鐵，再生回用。同時(shí)，在再生沉降槽對(duì)硫磺進(jìn)行沉降分離形成硫磺漿，將硫磺漿送至脫水機(jī)中脫水形成硫磺餅。該法的特點(diǎn)是采用高硫容量的絡(luò)合鐵催化劑，不僅適用于高含硫的原料氣處理，而且循環(huán)液量小，裝置尺寸小，并可直接生成單質(zhì)硫，不存在二次污染問題。
三、 絡(luò)合鐵法脫硫技術(shù)的特點(diǎn)
（1）絡(luò)合鐵催化劑，工藝處理過程簡(jiǎn)單，采用一步法處理工藝即可快速將硫化氫直接氧化為硫單質(zhì)；對(duì)各種不同濃度的H₂S，其脫硫后的H₂S含量達(dá)到環(huán)保求，清除H₂S效率高。
（2）系統(tǒng)的抗波動(dòng)能力強(qiáng)。對(duì)于傳統(tǒng)的脫硫裝置，原料氣中硫化氫含量波動(dòng)較大時(shí)，會(huì)造成出口凈化氣的硫化氫含量波動(dòng)很大，甚至超標(biāo)。絡(luò)合鐵高硫容特性，其脫硫裝置能自動(dòng)處理以上波動(dòng)情況，并不需要人為改變操作且不會(huì)影響脫硫率。
（3）絡(luò)合鐵催化劑選擇性高，無(wú)副鹽外排。在絡(luò)合鐵脫硫中，絡(luò)合鐵離子氧化硫化氫為硫磺，脫硫過程副反應(yīng)少，藥劑使用壽命長(zhǎng)。
（4）脫硫工作液硫容量高。使用絡(luò)合鐵脫硫劑能顯著降低循環(huán)液量，降低設(shè)備尺寸，減少投資和操作成本。
（5）設(shè)備尺寸小，可有效實(shí)現(xiàn)橇裝化。由于工作硫容量高，設(shè)備小，可有效實(shí)現(xiàn)橇裝化，非常適合小項(xiàng)目的橇裝化要求。
（6）催化劑的安全性高，系統(tǒng)所采用的催化劑對(duì)環(huán)境及人體無(wú)毒無(wú)害，具有良好的環(huán)保效益。