氨水法焦炉煤气脱硫的基本原理.doc

范守谦(鞍山立信焦耐工程技术有限公司) 1    气体在液体中的溶解度——亨利定律    任何气体在一定温度和压力下与液体接触时,气体会逐渐溶解于液体中。经过相当长的时间,气相和液相的表观浓度不再发生变化,即处于平衡状态。这时,对于不同气体,如果组分在气相中的分压(对单组分气体即为总压)保持定值,则不同气体在液体中的浓度称为气体在液体中的溶解度。该组分在气相中的分压称为气相平衡分压,表示了气相的平衡浓度。     很多气体的液相平衡浓度X与气体的平衡分压P*有定量关系。如:二氧化碳为直线关系,硫化氢和氨只有在较大浓度范围时不呈直线关系,在浓度较小时,可视为直线关系。因此,在一定温度下,对于接近于理想溶液的稀溶液,在气相压力不大时,气液平衡后气体组分在液相中的浓度与它在气相中的分压成正比,即亨利定律。            P*=EX    式中的P*为气体组分在气相中的分压,大气压;  X为气体组分在液相中的浓度,分子分数;E为亨利系数(与温度有关)。    上式经浓度单位换算后可改写为:                    C=HP*    式中的P*为气体组分在气相中的分压,mmHg;C为气体组分在液相中的浓度,gmol;H为亨利系数,gmol/mmHg。    注:①亨利定律是一个稀溶液定律,它只适用于微溶气体;           ②只适用于气相和液相中分子状态相同的组分。如:                 NH3(气态)↔NH3(溶解态)                 NH3(溶解态)+H2O ↔NH4OH ↔NH+4 +OH-    用亨利定律时,应把NH+4的量减去,才能得到水溶液中氨的浓度C氨                    C氨 =H0P *氨    式中的 H0为氨在纯水中的亨利系数,kgmol/(m3·mmHg)。             温度,℃                         H0              20                                             40                                             60                                           80                                             90                                                 C氨 =H氨·P *氨    式中的H氨 为氨在氨水脱硫中的亨利系数,可用下式估算:                    Lg(H0/H氨)=K″I+ 为被溶解的中性分子浓度(在此等于游离氨的浓度)在氨水脱硫系统中,对于氨来说,K″=0, K′=,则上式变为:Lg(H0/H氨)= 2   氨水脱硫的化学原理     系统中的NH3、H2S、CO2和H2O之间所发生的反应可以下列方程式表示:                    NH3+H2S=NH4HS                    2NH3+H2S=(NH4)2S                    2NH3+CO2 =NH2COONH4                    NH3+CO2+H2O=NH4HCO3                    2NH3+CO2+H2O=(NH4)2CO3                    NH2COONH4+H2O=(NH4)2CO3                    (NH4)2CO3+H2S=NH4HCO3+NH4HS                    (NH4)2S+H2CO3 =NH4HCO3+NH4HS                    NH4HS+H2CO3 =NH4HCO3+H2S    在平衡条件下,NH+4、HCO-3、NH2COO-与CO3-2离子及未离解的氨能在水溶液中以可测量的数量存在。硫化氢完全以HS-离子存在,而硫化物离子S-2的浓度可忽略不计,甚至pH值为12时,%,这是因为:                上式表示硫化氢的一次电离,由于HS-二次电离的平衡常数很小(10-15左右),所以一般可忽略不计。用稀氨水脱硫的主要反应是:            NH4OH+H2S=NH4HS+H2O+10900(放热反应)离子反应:            NH3+H2S ↔ NH+4 +HS-平衡常数:                上