Шар сорбенту; 2 – опорна решітка

У газ, що подається на очищення, при необхідності вводять повітря з таким розрахунком, щоб концентрація кисню в газі не перевищувала 1%.

Процес протікає в масі поглинача аж до накопичення в ньому сірки (40–50%), після чого поглинач підлягає заміні зважаючи на різке зниження його поглинальної здатності за рахунок обволікання частинок активного Fe(OH)₃ сіркою, що накопичується.

Рекуперацію сірки з відпрацьованого поглинача зазвичай проводять шляхом його випалення, направляючи гази, що утворю­ються в цьому процесі, в сірчанокислотне виробництво. У ряді випадків використовують обробку відпрацьованого поглинача розчинниками (сірковуглецем, тетрахлоретиленом) з подальшим відділенням екстрагованої сірки кристалізацією або відгонкою розчинника.

На практиці концентрація H₂S в газах досягає 20-25 г/м³. При обробці таких газів вважають за доцільне вилучення основної кількості H₂S шляхом абсорбції з подальшим доочищенням гідрок­сидом заліза, що забезпечує можливість досягнення залишкової концентрації H₂S в газі до 0,02 г/м³.

Ефективним поглиначем H₂S є активне вугілля.

Присутність кисню в газі, що очищається, є необхідною умовою реалізації процесу, в якому разом з поглинанням H₂S відбувається його окиснення, що каталізується вугіллям і супро­воджується виділенням тепла (220 кДж на 1 моль H₂S):

H₂S + ½ O₂ → S + H₂O. (4.5)

Одночасно з цим процесом в адсорбенті відбувається також екзотермічна (790 кДж на 1 моль H₂S) каталітична реакція перетворення H₂S в сірчану кислоту:

H₂S + 2 O₂ →H₂SO₄. (4.6)

Кількісна частка останньої реакції тим вища, чим більше важких металів знаходиться в мінеральній складовій активного вугілля; вона може складати більше третини відносно поглиненого H₂S.

Висока екзотермічність процесів окиснення H₂S при значних концентраціях його в газах, що очищаються, обумовлює інтенсивне розігрівання шару поглинача і пов'язаний з цим ризик спалаху активного вугілля. У зв'язку з цим використання активного вугілля для очищення газів від H₂S зазвичай обмежують газами, що містять до 5 г/м³ цього забруднювача, хоча відомі реалізовані в промисловій практиці процеси поглинання активним вугіллям H₂S з газів з високою його концентрацією (10-13 г/м³).

Для нейтралізації сірчаної кислоти, що утворюється у вугіллі, може бути використаний розчин карбонату натрію (сода) або газоподібний аміак. Використання останнього ефективніше, оскіль­ки для вимивання водою з вугілля амонійних солей потрібна менша її витрата. Крім того, аміак інтенсифікує окиснення H₂S, тому його можна вводити в газ, що очищається, для забезпечення протікання реакції, паралельної основній реакції окиснення :

H₂S+2NH₃+2О₂→(NH₄)₂SО₄. (4.7)

Якщо в газі, що очищається, присутній СО₂ разом з останньою реакцією протікає взаємодія:

CO₂+2NH₃+H₂О→(NH₄)₂CO₃. (4.8)

Можливе і періодичне використання аміаку лише на стадії регенерації насиченого поглинача.

Сіркоємність використовуваного для очищення газів від H₂S активного вугілля складає 200–520 кг/м³. При висоті шару вугілля більше 1 м ступінь насичення поглинача перевершує 90%, Регенерацію насиченого вугілля найчастіше проводять розчином сульфіду амонію, який готують пропусканням через аміачну воду газоподібного H₂S (110–120 кг/м³ NH₃ і 75–80 кг/м³ сульфідної сірки). При регенерації протікає реакція:

2(NH₄)₂S+3S₂→2(NH₄)₂S₄, (4.9)

або (NH4)₂S+(n- l)S→(NH₄)₂S_n. (4.10)

Утворений розчин багатосірнистого амонію (200-250 кг/м³ S) обробляють гострою парою при 125-130°С під тиском
(1,6-1,9)·10⁵ Па з метою виділення сірки:

(NH₄)₂S_n→(NH₄)₂S+(n - 1) S. (4.11)

В умовах такої обробки розкладається і (NH₄)₂S, тому пари NH₃ і H₂S, що утворюються, конденсують і повертають в процес. Отриману рідку сірку (99,92–99,97% S) відокремлюють від розчину декантацією. Екстраговане вугілля промивають від сульфідної сірки водою, відпарюють для видалення амонійних солей і сушать.

Для екстракції сірки з вугілля у ряді випадків застосовують ксилол, використовуючи різку різницю розчинності в ньому сірки при звичайних і підвищених температурах. Обробку вугілля ксилолом проводять при 100-110°С і тиску 2,5-10⁵ Па. При подальшому охолодженні витяжки (до 30°С) з неї виділяють застиглу сірку. Екстраговане вугілля обробляють парою для звільнення від ксилолу, промивають водою для видалення інших продуктів перетворень, що відбуваються на вугіллі, і знову пропарюють.

При значному вмісті СО₂ в газах, що очищаються, вугле­аммонійні солі, що утворюються, можуть забивати трубопроводи і арматуру установки. Для попередження цього процесу доцільне просочення активного вугілля 0,8%-м водним розчином лугу. Збільшення поглинальної здатності вугілля щодо H₂S і інтенсифікація утворення елементної сірки можуть бути забезпечені при просоченні поглинача йодом (≈ 1% від маси вугілля) або йодидом калію.

Безперервний процес очищення газів від H₂S при використанні псевдозрідженого шару активного вугілля представлений на рис. 4.7.

Газ, що направляється на очищення, змішують з аміаком, що редукується з балону, і вводять в реактор, де в киплячому шарі активного вугілля відбувається його очищення від H₂S. Очищений газ видаляють через пиловловлювач. Насичений поглинач з реактора транспортують у відділення екстракції сірки, звідки він поступає в промивне відділення і далі на зневоднення в сушильну установку. Сухе регенероване вугілля з бункера живильником повертають в реактор. Для компенсації втрат вугілля в бункер додають свіжий поглинач.

При вмісті H₂S в газі, що поступає на обробку, до 100 мг/м³ використання очищення на основі активних вугіль може забез­печити його залишкову концентрацію в газі < 0,001%.

Рисунок 4.7 – Схема установки очищення газів від сірководню в киплячому шарі активного вугілля

Пиловловлювач; 2 – реактор; 3 – бункер; 4 – живильний пристрій; 5 – сушарка; 6- елеватор; 7 – відділення промивки; 8 – відділення екстракції сірки; 9 – балон; 10 – повітродувка; 11 – бак.

Ефективним засобом очищення газів від полярних сполук, зокрема H₂S, є синтетичніцеоліти(NaA, CaA. NaX), поглинальна здатність яких за цим компонентом при його концентраціях в газах, що відповідають парціальному тиску 13,33; 1,33 і 0,13 кПа при 25°С, може досягати відповідно 14–16; 9,5–10,5 і 4,0–4,8 г на 100 г поглинача. Із збільшенням температури цей показник синтетичних цеолітів знижується, залишаючись проте достатньо високим: при тому ж вмісті H₂S в газах і температурі 150°С він досягає 5,5-7,5; 2,0–2,5 і 0,2–0,9 г/100 г відповідно. Окрім високої поглинальної здатності при низьких концентраціях H₂S в газових потоках, ці адсорбенти характеризуються селективністю його вилучення, зокрема, при одночасній присутності СО₂.

Цеоліти типу NaX володіють найвищою поглиналь­ною здатністю за H₂S, проте за наявності в газах кисню вони характеризуються каталітичною активністю відносно реакції утво­рення з H₂S елементної сірки, яка дезактивує поглинач. Цеоліти типу NaA мають низькі кінетичні характеристики, а цеоліти типу СаХ приблизно удвічі поступаються за величиною граничної адсорбційної ємкості за H₂S цеолітам типу СаА. Виходячи з цього, цеоліти СаА вважають найбільше прийнятними.

Оптимальні результати використання синтетичних цеолітів забезпечуються при обробці ними газів із вмістом сірки <2%. Концентрація сірки в газах може бути знижена до 1 мг/м³ і нижче.

У практиці технологічного очищення газів від H₂S вико­ристовують різні прийоми регенерації насичених цеолітів: обробку їх оксидом сірки (IV) при 315°С (цеоліт каталізує процес утворення з H₂S і SО₂ води і елементної сірки, пари якої конденсують з подальшим спалюванням третини рідкої сірки до SО₂), десорбцію водяною парою, продування очищеними від H₂S газами при 300–350°С з подальшою промивкою газів десорбції водою і поверненням їх в цикл. Принципова схема очищення газів синтетичними цеолітами з використанням останнього з перерахованих варіантів регенерації насичених поглиначів представлена на рис. 4.8.

Практичне використання синтетичних цеолітів для вирішення завдань санітарного очищення від H₂S газових викидів промислових виробництв стримується значною вартістю цих адсорбентів і деякими іншими чинниками.

Рисунок 4.8 – Схема установки очищення газів від сірководню синтетичними цеолітами