Vật liệu hấp phụ H2S trong khí thải FERROLOX G

Giới thiệu

FERROLOX ^® – G là hợp chất làm sạch khí dạng viên, gốc sắt hydroxide. Hợp chất này đặc biệt hiệu quả trong việc loại bỏ Hydrogen Sulfide (H ₂ S) khỏi các cơ sở sản xuất khí (tức là máy nghiền, bãi chôn lấp). Hợp chất này có hình dạng tối ưu và có độ xốp cao, do đó đảm bảo khả năng tải tối đa với chi phí thấp.

Hợp chất làm sạch khí dạng viên FERROLOX ^® – G là hợp chất hấp thụ hiệu quả cao được sử dụng trong cả bình di động và bình cố định.

Tải trọng:

Một số thông số như độ ẩm khí, nồng độ H2S trong dòng khí thô, tỷ lệ oxy định lượng tương ứng với không khí tái sinh, mức áp suất khí trong hệ thống, thời gian lưu trong cột và lưu lượng của vận tốc khí, ảnh hưởng đến tải trọng H2S có thể đạt được. Kinh nghiệm thực tế trong vận hành cột cho thấy tải trọng từ 20 – 40% trọng lượng lưu huỳnh. Dựa trên FERROLOX®-G rắn, tải trọng đạt được từ 265 đến 710 g hydro sunfua trên một kg FERROLOX® -G. Với hàm lượng ẩm thông thường là 12,5% của FERROLOX®-G, tải trọng đạt được từ 232 đến 621g hydro sunfua trên một kg FERROLOX®-G.

Dựa trên kết quả này, người ta có thể đánh giá xem hợp chất làm sạch khí đã đạt đến tải trọng tối đa và có nên thay thế hay không.

Hiệu quả:

Phản ứng hóa học

Các phản ứng hóa học sau đây cho thấy quá trình loại bỏ H2S khỏi nhiều loại khí khác nhau thông qua việc sử dụng hợp chất làm sạch khí của FERROLOX®-G.
Hấp thụ:

2Fe(OH)3 + 3H2S → Fe2S3 + 6H2O - 62 kJ/mol (1)

Tái tạo:

Fe2S3 + 1½O2 + 3H2O → 2Fe(OH)3 + 3S -603 kJ/mol (2)

Tóm tắt sau đây là bản trình bày về toàn bộ quá trình:
3H2S + 1,5O2 →3/8S8 + 3H2O, ΔG° = -665 kJ/mol (3)

Các phản ứng (1) và (2) là các phản ứng tỏa nhiệt trong đó phản ứng tái tạo (2) tạo ra nhiệt lượng lớn hơn phản ứng hấp thụ gấp 10 lần. Quá trình này có thể được quan sát cụ thể khi quá trình hấp thụ và quá trình tái sinh diễn ra riêng biệt hoặc nguồn cung cấp oxy hoặc không khí tái sinh bị gián đoạn tạm thời do các khiếm khuyết kỹ thuật.

Thận trọng: Một khối viên nén tái sinh một phần có chứa lưu huỳnh có thể bắt lửa khi tiếp xúc với oxy. Lưu huỳnh bắt lửa trong không khí ở nhiệt độ từ 190 °C đến 260 °C.

Ảnh hưởng của độ ẩm khí:

Người ta quan sát thấy rằng trong cơ chế phản ứng liên kết hydro sunfua với bề mặt của sắt hydroxit, hydro sunfua đầu tiên hòa tan trong nước, có trong khối dưới dạng độ ẩm. Các ion hydro sunfua hình thành sau đó phản ứng với sắt hydroxit để tạo thành sắt sunfua. Để thực hiện quá trình này và ngăn không cho các viên nén bị khô, cần đảm bảo độ ẩm tối thiểu của các viên nén làm sạch khí. Do đó, cần có độ ẩm khí tương đối tối thiểu là 40%.

Độ ẩm khí hoặc viên nén cũng cần tăng lên để tái sinh do thực tế là 1 mol sắt sunfua tiêu thụ 3 mol nước để tái sinh sắt hydroxit.

Khi tối ưu hóa độ ẩm, khuyến cáo không nên ngưng tụ khí trong bộ hấp thụ hoặc ít nhất là để chất ngưng tụ tiếp xúc với hợp chất trong thời gian dài.

Kết tủa lưu huỳnh:

Sau phản ứng tái sinh (2), lưu huỳnh nguyên tố bám vào các lớp bề mặt cũng như trong các lỗ rỗng của viên lọc khí. Do đó, bề mặt của viên lọc, chứa sắt hydroxide, ngày càng bị chặn, làm giảm hoạt động của viên lọc. Khi quan sát thấy hiệu quả làm sạch giảm đáng kể thì khối lượng FERROLOX®-G đã được nạp đầy phải được thay thế bằng khối lượng mới.

Liên kết siloxane (thông qua hấp phụ):

Với nhiều nghiên cứu, người ta đã chứng minh rằng hợp chất lọc khí FERROLOX®-G có khả năng loại bỏ siloxane. Quá trình này xảy ra thông qua hấp phụ mặc dù phản ứng hóa học cũng như tốc độ tải có thể đạt được vẫn chưa được nghiên cứu. Phân tích hợp chất lọc khí được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị liên tục cho thấy rõ ràng có tải decamethylcyclopentasiloxane và dodecamethylcyclopentasiloxane.
Để đạt được mục tiêu cụ thể hoặc loại bỏ hoàn toàn siloxane, chúng tôi khuyến nghị một giai đoạn tiếp theo chứa đầy than hoạt tính. Việc giảm thiểu than hoạt tính do loại bỏ H2S trước đó bằng cách sử dụng FERROLOX®-G có lợi về mặt kinh tế.
Tiền xử lý:
Khi thay đổi hợp chất làm sạch khí trong các bộ hấp thụ cố định hoặc khi thay đổi một lượng lớn FERROLOX®-G trong các bộ hấp thụ di động, cần theo dõi nhiệt và hơi nước phát sinh.
Quá trình tiếp xúc ban đầu của hợp chất làm sạch khí với khí chứa CO2 sẽ biến đổi canxi hydroxit thành canxi cacbonat tạo ra nhiệt và nước (hơi) có thể thấy trong phản ứng sau:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (4)

Phản ứng này có thể khiến vật liệu lọc và khí thoát ra đạt nhiệt độ từ 70 - 80 °C trong thời gian ngắn. Phản ứng này, trong đó các viên đạt được độ bền cuối cùng, kết thúc sau một thời gian ngắn và đơn vị khử lưu huỳnh đã sẵn sàng để sử dụng.

Việc sử dụng khí ẩm và nghèo CO2 trong giai đoạn tiền xử lý phụ thuộc vào các điều kiện tại địa phương và phương pháp được sử dụng phải được xác định cho phù hợp.

Điều kiện ứng dụng:
Các viên nén lọc khí FERROLOX®-G có thể được áp dụng trong cả bộ hấp thụ cố định và bộ hấp thụ hình tháp, thường hoạt động theo nguyên lý của các lớp di chuyển. Trong các bộ hấp thụ cố định, khối lượng được thay thế khi hiệu quả lọc khí giảm, được đổ đầy trước khi khử lưu huỳnh, bộ khử lưu huỳnh tháp hoạt động thông qua quá trình quay liên tục của hợp chất lọc khí. Vật liệu được nạp được loại bỏ qua van xả bên dưới bộ lọc khí, trong khi vật liệu mới được thêm vào qua van nạp nằm ở phía trên của bộ khử lưu huỳnh.

Khí đi từ dưới lên trên và do đó di chuyển ngược với hướng mà hợp chất lọc khí di chuyển. Nếu hợp chất lọc khí có thể chưa được nạp đầy (thường xảy ra với khí có hàm lượng hydro sunfua thấp), thì có thể nạp lại vào phía trên của lò phản ứng.

Trước đó, vật liệu phải được sàng để loại bỏ tất cả các hạt mịn và bụi do chuyển động xuống của các viên nén. Các viên lọc gần như được nạp đầy có thể được nhận dạng bằng màu đen-xám của chúng, không đổi màu, ngay cả khi tiếp xúc với oxy. Để tránh bất kỳ sự tắc nghẽn hoặc khoáng hóa nào của hợp chất lọc, các viên lọc nên được di chuyển bằng cách lấy một số vật liệu ra theo các khoảng thời gian đều đặn khoảng 14 ngày. Do các loại thiết bị khử lưu huỳnh khác nhau và sự đa dạng rộng rãi của các thiết bị khử lưu huỳnh có sẵn, chúng tôi chỉ có thể cung cấp thông tin chung sau:

Nồng độ hydro sunfua trong khí thô:	Khoảng 50 ppm - khoảng 15.000 ppm
Chiều cao nạp hợp chất làm sạch khí:	Tối thiểu 0,5 m (1,64 feet); tối đa khoảng 12 m (39,4 feet)
Mất áp suất trong lớp lọc:	< 1 đến 15 mbar (0,014 đến 0,22 psi), tùy thuộc vào chiều cao nạp, kích thước viên đã chọn cũng như vận tốc/tốc độ dòng khí
Phạm vi áp suất:	Không áp suất – áp suất quá mức khoảng 25 bar
Thời gian tiếp xúc của khí so với bình rỗng:	Khoảng 20 giây – khoảng 3 phút
Tốc độ dòng chảy của khí trong bộ lọc:	Khoảng 2 m/phút (6,5 feet/phút) – khoảng 15 m/phút (49 feet/phút)
Độ ẩm khí tương đối:	Ít nhất 40%, tối ưu là 60% - 80% độ ẩm tương đối - không ngưng tụ
Độ ẩm trong viên:	Tối thiểu 5%, tối ưu là 10% - 15%
Lượng oxy cần thiết để tái sinh:	Khoảng 2 - 4 lần lượng dư thừa theo tỷ lệ so với nồng độ H2S trong khí thô

Do đó, đối với phản ứng tái sinh tại luồng khí cần loại bỏ 1000 ppm H2S, cần thêm không khí tái sinh với tỷ lệ khoảng 1 - 2% theo thể tích. Thay vì không khí, cũng có thể sử dụng oxy tinh khiết 0,2 - 0,4%.

Để đảm bảo tận dụng hoàn toàn các viên lọc khí trong bộ khử lưu huỳnh cố định, chúng tôi khuyến nghị sắp xếp nhiều giai đoạn các bộ hấp thụ từng tầng riêng lẻ, trong đó hợp chất của từng tầng riêng lẻ có thể được thay thế riêng biệt và có thể thay đổi cách sắp xếp tuần tự của các bộ hấp thụ.

Cần loại bỏ thường xuyên bất kỳ sự ngưng tụ nào trong lò phản ứng. Cần tránh tiếp xúc trực tiếp với nước vì các viên lọc khí có thể hòa tan và/hoặc biến thành bùn sắt hydroxit.

Hãy thận trọng khi đổ các viên lọc khí vào bình. Việc xử lý thô bạo có thể khiến các viên lọc khí vỡ ra, do đó làm giảm hiệu quả của sản phẩm. Chúng tôi khuyên bạn nên gắn thêm ống nối dài vào vòi của Big-Bag khi đổ đầy bộ khử lưu huỳnh lần đầu tiên để có thể đặt nhẹ nhàng các viên nén xuống đáy tháp.