Очистка газов от сероводорода.

Сероводород – бесцветный газ с характерным запахом, хорошо растворим в воде. Один объем воды растворяет в обычных условиях около 3 объемов сероводорода. В водном растворе сероводород ведет себя как слабая кислота, она несколько слабее угольной кислоты. При нагревании растворимость сероводорода в воде понижается.

Сероводород сильно токсичен. При концентрации сероводорода в воздухе 0,004 мг/л ощущается сильный запах. При более высоких концентрациях этого газа в воздухе возможны сильные отравления у людей, вплоть до летальных исходов из-за остановки дыхания. Предельно допустимая концентрация (ПДК) сероводорода в воздухе рабочей зоны составляет 10 мг/м³, а в присутствии углеводородов – 3 мг/м³. Максимальная разовая и среднесуточная ПДК в атмосферном воздухе населенных пунктов равна 0,008 мг/м³

Методы очистки газовых выбросов от сероводорода основаны таких его свойствах, как хорошая растворимость в воде с образованием слабой кислоты, способности окисляться с образованием различных продуктов. Сероводород может гореть на воздухе с образованием серы или оксида серы в зависимости от условий проведения процесса:

2 Н₂S + 3 О₂ = 2 Н₂О + 2 S О₂ (в избытке кислорода)

2 Н₂S + О₂ = 2 Н₂О + 2 S (при недостатке кислорода)

Очистка промышленных газовых выбросов от сероводорода может проводиться как мокрым, так и сухим способами. В мокрых методах очистки содержащие сероводород газы контактируют с поглотительными растворами, в состав которых входят компонеты, способные химически взаимодействовать с сероводородом. В сухих способах очистки газов от сероводорода используются сорбенты различной природы. Поглощение сероводорода происходит в результате течения обратимых химических реакций и процессов сорбции – десорбции.

Таблица 4 Методы очистки газов от сероводорода

метод	основные процессы метода
Мышьяково-содовый метод очистки газов от Н2S	абсорбция: Na4As2S5O2 + H2S = Na4As2S6O + H2O регенерация сорбента: Na4As2S6O + ½ O2 = Na4As2S5O2 + S
Фосфатный метод очистки газов от Н2S	Н2S + К3РО4 = К2НРО4 + КНS
Железо-содовый метод очистки газов от Н2S	абсорбция: Н2S + Na2CO3 = NaНS + NaНCO3 3NaНS + 2Fe(OH)3 = Fe2S3 + 3 NaОН + 3Н2О 3NaНS+2Fe(OH)3 =2 FeS + S + 3NaОН+3Н2О регенерация сорбента: 2 Fe2S3 + 6 Н2О + 3 О2 = 4 Fe(OH)3 + 6 S 4 FeS + 6 Н2О + 3 О2 = 4 Fe(OH)3 + 4S
Адсорбция Н2S цеолитами.	адсорбция: Н2S + NaA  Н2S(NaA) регенерация сорбента: Н2S(NaA)  Н2S + NaA
Адсорбция Н2S активированным углем	адсорбция: Н2S + (уголь) + О2 каталитическое окисление: 2 Н2S + О2 = 2 Н2О + 2 S

Мышьяково-содовый метод очистки газов от Н₂S основан на хемосорбции сероводорода тиоарсенатом натрия. Химизм процесса сложен, результирующие реакции могут быть представлены в виде следующих схем:

N aS SNa NaS SNa

AsSAs + Н₂S  AsSAs + Н₂О

NaS   SNa NaS   SNa

O O O S

Раствор А Раствор Б

N aS SNa NaS SNa

AsSAs + ½ O₂  AsSAs + S

N aS   SNa NaS   SNa

O S O O

Абсорбцию и регенерацию сероводорода проводят при температуре 40 – 45^ОС в скрубберах различной конструкции. Абсорбцию и регенерацию сероводорода проводят при температурах 40 – 45^ОС.

К достоинствам метода относится селективность очистки по отношению к сероводороду, высокая эффективность очистки: степень выделения сероводорода достигает 98%.

Фосфатный метод очистки газов от Н₂S основан на хемосорбции сероводорода раствором фосфата калия. Данный метод очистки газов от сероводорода обладает определенными преимуществами по сравнению с мышьяково-содовым методом: нелетучесть фосфата калия позволяет проводить процесс при более высоких температурах, используемый поглотительный раствор позволяет селективно выделять сероводород из загрязненных газов, где его концентрация относительно высока и присутствует в значительных количествах СО₂. Фосфат калия может взаимодействовать с очищаемым газом с выделением в аппаратах очистки нерастворимых карбонатов, потому при повышенном содержании в промышленных газах СО₂ процесс проводят с использованием 35% раствора фосфата калия. Степень очистки газов от сероводорода в фосфатном методе несколько ниже, чем в мышьяково-содовым, остаточное содержание сероводорода около 1,5 г/м³.

Железо-содовый процесс очистки газов от Н₂S проводится на ряде химических предприятий. В основе метода лежит процесс поглощения сероводорода суспензией гидроксида железа Fe(OH)₃ в растворе соды Na₂CO₃ в щелочной среде ( рН 8,5 – 9,0).

При регенерации поглотительного раствора сульфиды железа окисляются кислородом воздуха с выделением элементарной серы, которая представляет собой товарный продукт.

Очистка газов от Н₂S цеолитами. Цеолиты NaA, CaA являются эффективными сорбентами, отличающимися высокой адсорбционной способностью и селективностью по отношению к сероводороду. Процесс можно проводить в присутствии СО₂, который хоть и сорбируется вместе с сероводородом, но значительно легче десорбируется. На начальной стадии очистки из загрязненного газа извлекаются как сероводород, так и СО₂. Затем сероводород вытесняет из сорбента СО₂ и содержание последнего в выходящем из адсорбера газе начинает возрастать. Процесс может быть остановлен при любом экономически и технологически оправданном содержании СО₂ в очищаемой газовой смеси. Наилучшими эксплуатационными свойствами обладают цеолиты типа СаА.

Очистка газов от Н₂S активированным углем состоит в адсорбции сероводорода на поверхности угля и последующем окислении Н₂S кислородом воздуха до элементарной серы. Активированный уголь одновременно является адсорбентом и катализатором окисления сероводорода. Каталитические свойства сорбента усиливают путем нанесения на его поверхность других веществ - катализаторов окисления сероводорода, например, иода, иодистого калия. Образующаяся на поверхности и в объеме пор сорбента элементарная сера снижает его активность, поэтому периодически проводят регенерацию угля. Для этого серу вымывают из сорбента специальным растворителем. Далее промытый уголь очищают от растворителя, сушат. При этом возникает проблема рекуперации растворителя, а также проблема очистки газовых выбросов от паров растворителя. Процесс поглощения сероводорода активированным углем не находит широкого применения еще и потому, что в аппаратах очистки возможно протекание сильно экзотермичной реакции окисления сероводорода до серной кислоты, что может быть причиной возгорания угля.

Поглощение и химическое превращение сероводорода в элементарную серу используется в процессах очистки промышленных газов от органических сернистых соединений.