عمليات التخفيف من كبريتيد الهيدروجين
هذه المقالة يلقي الضوء على عمليات التخفيض من كبريتيد الهيدروجين. عمليات التخفيف هي: 1. العمليات الجافة و 2. العمليات الرطبة.
عملية التخميد # 1. العمليات الجافة :
تتم العملية الجافة لإزالة H 2S من غاز النفايات عن طريق تفاعل H2S مع أكسيد الحديديك المنشط. منتج التفاعل هو كبريتيد الحديد.
Fe 2 O 3 + 3 H 2 S —–> Fe 2 S 3 + 3 H 2 O …………… (5.51)
يمكن إجراء العملية إما في مفاعل ذو سرير ثابت أو مفاعل سرير مميع.
عملية السرير الثابتة :
يتم تنفيذ العملية على مرحلتين. خلال المرحلة الأولى يتم تمرير الغاز المحمّل H 2S عند درجة الحرارة المحيطة من خلال سرير يحتوي على أكسيد الحديديك التفاعلي (a و y forms) ممزوجًا ببعض المواد الليفية أو الحبيبية المبللة بحوالي 40٪ من الماء.
عندما يتم تحويل جزء كبير من أكسيد الحديديك إلى كبريتيد يتم إيقاف تدفق غاز النفايات وبدأت المرحلة الثانية من التشغيل. خلال هذه المرحلة يتم تمرير الهواء عند درجة الحرارة المحيطة خلال السرير ، مما يؤدي إلى تجديد أكسيد الحديديك وتحرير الكبريت العنصري وفقًا للتفاعل التالي:
2 Fe 2 S 3 + 3 O 2 ––> 2 Fe 2 O 3 + 6S ………… .. (5.52)
يمكن استعادة الكبريت الأولي المحرّر عن طريق استخلاص المذيبات. للتشغيل السلس لهذه العملية ، هناك حاجة لسريرين على الأقل ، بحيث يتم إعادة تنشيط السرير الآخر في سرير واحد.
باء عملية سرير المميعة :
في هذا الإعداد ، هناك حاجة إلى سريرين مميّعين دائمين. في أول سرير يتفاعل H2S مع حبيبات مميعة من أكسيد الحديديك المنشط عند حوالي 340-360 درجة مئوية. من هذا السرير ، تتدفق الحبيبات التي تحتوي على كبريتيد الحديديك وأكسيد الحديديك غير المتفاعل في السرير الثاني حيث يتم تحميص جزيئات الكبريتيد عند حوالي 800 درجة مئوية لتجديد أكسيد الحديديك واستعادة S كـ SO 2 . يتم إرجاع جسيمات أكسيد الحديديك إلى السرير الأول ويتم إرسال ثاني أكسيد الكبريت إلى مصنع حامض.
عملية التخميد # 2. العمليات الرطبة :
هناك العديد من العمليات الرطبة لإزالة H 2S من غاز النفايات. بعض هذه العمليات مبينة أدناه.
عملية جيربوتول:
تتكون هذه العملية من امتصاص H 2S في محلول أمين ثم تجريد H2S المذابة بالبخار. يعتمد الأمين المستخدم في حالة معينة على ما إذا كان غاز النفايات يحتوي على COS و / أو CO 2 إلى جانب H 2 S.
يمكن استخدام محلول مائي أحادي الإيثانول 15-20٪ إذا كان الغاز المراد تنقيةه لا يحتوي على COS ، لأن COS تشكل di-ethanol urea وهو مستقر للحرارة. بما أن أمين الإيثانول الأحادي له ضغط بخار مرتفع ، يجب إعادة تنقية H2S عن طريق التسخين غير المباشر للبخار من المحلول المشرب حتى يتم استرداد الأمينات الملتفة.
يمكن القيام بالتنقيط بالماء ، ولكن إذا كان من المقرر استعادة H2S كغاز جاف ، فينبغي عندئذ استخدام جلايكول ثنائي الإثيلين أو ثلاثي جلايكول الإيثيلين كسائل تنظيف بدلاً من محلول أمين أحادي الإيثانول. وبما أن الأمين أحادي الإيثانول يمتص أيضاً ثاني أكسيد الكربون ، فهو ليس مادة ماصة مناسبة في وجود ثاني أكسيد الكربون.
ثنائي الإيثانول أمين هو ماص أفضل من الأمين أحادي الإيثانول حيث أن ضغط بخارها أقل من ذلك في أحادي الإيثانول أمين. يمكن استخدام ثنائي الإيثانول أمين حتى في حالة وجود COS مع H2S ، لأن COS لا تشكل داي إيثانول اليوريا. إذا كان غاز النفايات المراد تنقيةه يحتوي على كل من H 2 S و CO 2 ، فيجب استخدام محلول مائي بنسبة 30٪ من amine ethanol amine أو methyl-di-ethanol amine للاستيعاب الانتقائي لـ H2S.
ب. عملية فوسفات البوتاسيوم:
عندما يكون ثاني أكسيد الكربون موجودًا مع H 2S ، يمكن استخدام محلول مائي 40٪ من فوسفات البوتاسيوم كمواد ماصة. هذا الحل يمتص H 2 S بشكل تفضيلي. من المحلول المشبع يتم تجريد H2S من البخار الحي.
عملية كربونات الصوديوم :
عندما لا يكون H2S مصحوبا ب CO 2 ، يمكن استخدام 3 إلى 3.5٪ من Na 2 CO 3 مائي.
خلال امتصاص يتم تشكيل كبريتيد الهيدروجين الصوديوم وبيكربونات الصوديوم:
Na 2 CO 3 + H 2 S Na HCO 3 + Na HS ………… .. (5.53)
لتجديد كربونات واسترجاع H2S ، يتم تجفيف المحلول المستنفد بالبخار تحت التفريغ. إن طريقة بديلة لتجديد المحلول المستهلك هي أكسدة ذلك بالأكسجين بوجود 0.5٪ من أوكسيد الحديديك في التعليق حيث يتم تجديد Na2 CO 3 وترسب الكبريت العنصري.
عملية بديلة (عندما يكون ثاني أكسيد الكربون موجود مع H 2 S) هي استخدام محلول كربونات الأمونيوم من أجل الامتصاص بدلاً من محلول كربونات الصوديوم. لتجديد أكسدة الحل يتم تنفيذ الأكسجين في وجود Fe 2 O 3 . تستخدم عملية بديلة أخرى (عملية Thylox) محلول thioarsenate للصوديوم كالممتص. في هذه العمليات من أجل تفاعل تجديد الأكسدة ، لا يتطلب أي محفز.
قد يتم تمثيل ردود الفعل على النحو التالي:
تفاعل امتصاص :
Na 4 As 2 S 5 O 2 + H 2 S —–> Na 4 As 2 S 6 O + H 2 O ………… .. (5.55)
تفاعل التجديد :
Na 4 As 2 S 6 O + ½ O 2 ––> Na 4 As 2 S 5 O 2 + S ………… .. (5.56)
عملية ستريتفورد :
عملية Stretford هي عملية انتقائية H2S. يمكن أن يقلل محتوى H2S المتبقي في الغاز المعالج إلى مستوى منخفض للغاية. درجة حرارة التشغيل منخفضة نسبيا ، حوالي 40 درجة مئوية. المادة الماصة المستخدمة في هذه العملية لإزالة H2S هي محلول قلوي مائي يحتوي على كربونات الصوديوم ، بيكربونات ، الفاناديت وملح الصوديوم لحمض الأنثراكوينون ديسلفونيك (ADA) الذي له درجة حموضة في نطاق 8.5 إلى 9.5.
يتم تنقية الغاز المراد معالجته حاليًا مع المحلول الموجود في الماص حيث يتم إزالة معظم H2S تقريبًا. قد يكون محتوى H 2 S المتبقي أقل من جزء واحد في المليون.
من الامتصاص يتدفق المحلول إلى مؤكسد (خزان التفاعل) حيث يحدث تجديد الماصة وتشكيل عنصر الكبريت بسبب الاختلاط الحميم بالهواء.
يتم فصل الكبريت الأولي الناتج في المؤكسد عن طريق الطفو ويتم إزالته كزبد يحتوي على حوالي 10٪ من المادة الصلبة من حيث الوزن. يتم إعادة المحلول المتجدد بعد إزالة الكبريت إلى الماص.
E. LO-CAT عملية:
ويقال إن هذه العملية هي أنسب عملية لإزالة H 2S عندما تكون موجودة في مستوى جزء من المليون في تيار غاز عادم. وقد تم تطويره للقضاء على مشكلة الرائحة بسبب وجود H 2 S. وهذه عملية أكسدة تخفيض الطور السائل والتي ينتج عنها تحويل H2S إلى كبريت العنصر.
سائل التنظيف هو محلول مائي مخلبي عضوي مائي شيلات. يتأكسد الحديد H2S بينما يتم تقليل نفسه. يتم بعد ذلك أكسدة المحلول المستنفد من جهاز التنظيف بالهواء حيث يتم إعادة توليد المادة الماصة لإعادة الاستخدام ويتم إنتاج الكبريت الأولي.
هذه العملية هي H 2 S محددة. لا يزيل مركبات تحمل الكبريت الأخرى مثل COS، CS 2 ، mercaptans. يمكن أن يقلل H2S إلى مستوى منخفض جداً في الغاز المعالج. وهو يتفوق على عمليات تقليل الأكسدة الأخرى بسبب نشاطه التحفيزي الأعلى وعدم سمية.
من بين عمليات تقليل انبعاثات H2S المختلفة المتوفرة الآن ، وجد أن هذه العملية اقتصادية إلى حد كبير خاصة لمعالجة تيار غاز كبير يحتوي على محتوى منخفض من H2S.
عملية الكاتلان :
إن العامل المساعد المستخدم في هذه العملية هو محلول مائي يحتوي على 2٪ من الحديد الحديدي المخلب. يمكن استخدام كلاب على نطاق واسع من الأس الهيدروجيني 1.0 إلى 11.0 ونطاق درجة حرارة من أقل من المحيط إلى حوالي 130 درجة مئوية لأنه ثابت فوق النطاق المذكور أعلاه. خلال عملية الأكسدة الحديدي أكسدة H2S إلى الكبريت عنصري ويحصل على نفسه إلى أيون حديدية. في وقت واحد أكسدة الهواء من الأيونات الحديدية إلى أيونات الحديديك يحدث.
يمكن تمثيل ردود الفعل على النحو التالي:
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)
يمكن استخدام هذه العملية بشكل خاص لتقليل H2S عند تركيز منخفض إذا كان الهدف لا يتمثل في استرداد الكبريت. عندما يحتوي تيار الغاز المؤثر على أكسجين ، لن تكون هناك حاجة إلى تهوية لأكسدة أيونات حديدية.
G. Giammarco-Vetrocoke Process :
يتم استخدام حل من كربونات البوتاسيوم التي تحتوي على زرنيخ البوتاسيوم لامتصاص H2S في عملية Giammarco-Vetrocoke. يتم استخدامه لإزالة H 2S من غاز فحم الكوك ، غاز التوليف ، وكذلك الغاز الطبيعي. قد يكون محتوى H2S من الغاز المعالج منخفضًا بقدر 1 جزءًا من المليون حتى في وجود CO 2 عند درجة تركيز عالية ودرجة حرارة تشغيلية قريبة من 150 درجة مئوية.
لإعادة تجديد الخمور المستهلكة ، يتأكسد مع O 2 (الهواء). يتم إنتاج الكبريت الأولي كمنتج نهائي.
يمكن تلخيص التفاعلات الكيميائية التي تحدث أثناء عملية تجديد الامتصاص على النحو التالي:
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)
آلية التفاعل الفعلية والخطوات معقدة ويمكن التعبير عن رد الفعل الكلي
3H 2 S + 1 ½ O 2 ––> 3 S + 3 H 2 O ………… .. (5.63)
دور كربونات هو الحفاظ على درجة الحموضة المناسبة.
