治理废气硫化氢的研究
刘克杰，阳 洪，应建康
(四川大学化学工程学院，四川成都610065)
摘要：针对总量较小的H S废气，提出以水为介质，碳酸钠为吸收剂，对苯二酚为催化剂，空气为氧
化剂，将硫化氢吸收并转变成硫磺，同时再生吸收液碳酸钠溶液。已在工业生产装置中取得了较好效果。
关键词：废气处理；硫化氢；碳酸钠；对苯二酚；氧化
硫化氢为具有腐蚀性的有毒气体，人们可耐受浓度为150 mg／ITI (标准状况，下同)，但有一时的头痛、疲倦感觉。当浓度达到1 000～1 500 mg／ITI 时，会产生失神、致死等急性中毒现象。硫化氢在作业场所的最高允许浓度限定为10 mg／m 3_ 。目前治理H S污染常用的方法有如下几种 J：
①克劳斯法，先将H s燃烧部分氧化生成s0 ，继而与进气中的H s作用生成硫磺；② 吸收法，利用有机溶剂(如环丁砜等)或碱液(如氢氧化钠)将H s吸收；③吸附法，例如用活性炭将H s气体吸附，然后将其氧化成硫磺；④气固反应法，例如用ZnO处理H’S得到产物ZnS。克劳斯法、吸附法、气固反应法装置投资成本较高，适合规模较大的废气处理。而吸收法由于不能再生吸收液，或者虽然可再生但再生成本较高，对废气处理量较小的情况也没有经济价值。针对一些企业排出的浓度较高的H s废气，但其总量较小的特点，我们经过实验开发了吸收氧化法，发现这是一种经济可行的方法，能很好地解决总量不太大的含硫化氢废气的治理问题。这种硫化氢废气治理工艺已在川安化工厂成功实现工业化，治理效果很理想。
1 实验
1．1 试剂与仪器
碳酸钠(工业品)、对苯二酚(A．R．)、硫化亚铁(A．R．)、稀硫酸、硝酸铅(A．R．)；烧杯、烧瓶、鼓泡器、吸收瓶、pH试纸、加热器、铁架台、流量计。
1．2 反应原理H，s+ 0 s+HE0 (1)在催化剂存在的条件下，用空气氧化硫化氢，将其变成可回收利用的硫磺，从而消除硫化氢污染。
1．3 实验方法用碳酸钠溶液作吸收液吸收废气中的硫化氢，当吸收池中碳酸钠溶液吸收完全后，在催化剂作用下用空气进行氧化，将硫化氢转变成硫磺，同时再生吸收剂碳酸钠。如此往复循环就可以不断将硫化氢处理成水和硫磺。
1．3．1 硫化氢的产生在实验室研究硫化氢的吸收和再生过程及工艺处理条件，需要稳定释放的硫化氢。我们采用硫化亚铁与稀硫酸反应的方法得到硫化氢。实验中不能用浓硫酸，因为浓硫酸会氧化硫化氢。反应式如下：FeS+H2SO4一FeSO4+H2s f (2)
1．3．2 硫化氢的吸收经过多次实验比较，考虑环保和经济要求，选择碳酸钠溶液作吸收液，吸收反应如下：H2S+Na2CO3一NariS+NaHCO3(3)NariS+Na2CO3- Na2S+NaHCO3 (4)1．3．3 硫化氢的氧化和吸收液的再生被吸收液吸收的硫化氢在催化剂的作用下，易被空气中的氧气氧化成硫磺。NariS+ 0 一Na0H+S (5)Na，s+÷0，+H，0=： 2NaOH+s (6)产生的氢氧化钠与吸收过程中产生的碳酸氢钠反应，得到吸收剂碳酸钠，实现吸收的再生。如此往复循环，碳酸钠就可以不断重复利用：NaOH+NaHCO3一Na2CO3+H2O (7)
1．3．4 硫化氢的检测
为了检测吸收瓶中吸收液是否饱和，用硝酸铅溶液进行分析检测。如果吸收液饱和，逸出的硫化氢将与硝酸铅反应生成黑色硫化铅沉淀：
Pb(NO3)2+H2S： 2HNO3+PbS i
2 结果与讨论
2．1 吸收液选择实验
实验采用氢氧化钠、氨水、碳酸钠溶液吸收硫化氢 、引，实验结果见表1。表1 吸收液选择实验结果氢氧化钠能对硫化氢进行彻底吸收，但其碱性
太强，在强碱条件下氧化生成的硫磺易与硫化物生成多硫化物，进而发生生成硫代硫酸盐的副反应。此外氢氧化钠溶液的腐蚀性较强、处理成本较高。
氨水也能对硫化氢进行彻底吸收，但氨水具有强烈的刺激性，其本身也会造成一定污染，所以也不适合作吸收剂。碳酸钠能对硫化氢进行彻底吸收，而且其成本和腐蚀性都较小。如果控制好水溶液浓度，能很好地抑制硫代硫酸盐和其他杂质的生成。综合实验结果，选择碳酸钠作吸收剂。
2．2 碳酸钠吸收液适宜浓度的实验
为了确定碳酸钠水溶液浓度对硫化氢吸收的影响，进行了4种浓度的条件实验，实验结果见表2。表2 碳酸钠溶液浓度实验结果由表2数据可以看出：碳酸钠溶液的浓度过低不利于吸收；浓度过高，硫磺易发生生成硫代硫酸盐的副反应。因此选择 (Na CO )为3％ 到5％ 的碳酸钠溶液较合适。考虑到吸收氧化反应过程本身要生成水，会稀释吸收液，而且实际操作过程中碳酸钠会损失，所以选择 (Na CO )为5％ 的碳酸钠溶液作吸收剂更合适。
2．3 催化剂及其浓度
催化剂可以选择苦味酸或对苯二酚 。由于苦味酸具有爆炸危险，在存放过程中有不安全因素，而对苯二酚催化速度快又安全，所以选择对苯二酚
作吸收催化剂。固定碳酸钠吸收液初始浓度、吸收时间、再生时间，考查对苯二酚浓度变化对硫化氢吸收效果的影响，结果见表3。表3 催化剂浓度对硫化氢吸收效果的影响在其他条件固定的情况下，用精密pH试纸测定再生后的物液pH值，可以知道催化剂浓度对吸收剂再生效果的影响。pH值越高，再生效果越好。由表3数据可知，选择催化剂在物液中的含量为0．03％最合适，催化剂浓度再提高对再生效果已经没有明显意义。对苯二酚在碱性条件下易被氧化成醌式结构，进而被氧化为复杂产物。但在本工艺中由于有硫负离子的存在，其强还原性对对苯二酚的氧化具有抑制作用，因此用对苯二酚作催化剂是完全可行的。在工业生产中，可以根据经验补加一定的对苯二酚以保持适宜的催化剂浓度。
2．4 再生时间固定吸收液初始浓度、吸收时间、催化剂浓度，考查再生时间对吸收剂再生效果的影响，结果见表4。表4 吸收液再生时间实验数据再生时间 I h 2 h 3 h 4 h 5 h再生后物液pH值／1 9．9 10．3 10．5 10．6， 10．5由表4可知，随着再生时问延长，物液的pH值增加，碳酸钠再生果趋好。当再生时间延长到3 h以上时，效果已不明显，甚至还有下降的趋势，而且时间越长，设备生产强度越低，动力?肖耗也相应增加，所以选择经济的再生时间为3 h。
2．5 吸收传质效率根据化学反应工程理论，硫化氢吸收属于液膜控制，因此应设法增加吸收液的涡流扩散系数，该系数越大吸收越完全。在传质速度适当时，吸收率可达99．9％以上。工业上可用喷射泵实现充分传质。