氨水法焦炉煤气脱硫的基本原理.docx

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，分于分数；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/mmHgo
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于状态相同的组分。如：
nh3 （气态）一 NH3 （溶解态）
NH3 （溶解态）+H2O 0NH4OH oNH^ + OH-
用亨利定律时，应把NT斗的量减去，才能得到水溶液中氨的浓度C
c氨=H“P氨
式中的H（J为氨在纯水中的亨利系数，kgm（）l/（n? • mmHg）。
温度,°C
20

40

60

80

90

在氨水脱硫过程中
= H氨•P気
式中的H毘为氨在氨水脱硫中的亨利系数，可用下式估算： Lg（H°/H 刃=K" 1+I</ Cu
1为溶液的离于强度；G为被溶解的中性分于浓度（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, I<z =,则上式变为:
LgOVHQ = 気
2氨水脱硫的化学原理
系统中的NH、、H2S. CQ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 = (NHJ2CO3
(NH4)2CO3+H2S =nh4hco3+nh4hs
(NH4)2S+H2CO3 = NH4HCO3+NH4HS
NH4HS+H2CO3 = NH4HCO3+H2S
在平衡条件下，NH'、Hccn、nh2coo-与CCV?离于及未离解 的氨能在水溶液中以可测量的数量存在。硫化氢完全以HS一离于存在， 而硫化物离于s-2的浓度可忽略不计，甚至pH值为12时，这些离于仅 %,这是因为：
I仁S（气相）• 5、畑 川,S （液相）咔半衝•川*+MS £ ••
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
T'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）
离于反应:
平衡常数：
K 二 5、jw|.|〃、T
「一 f、_iwT丽
上式应用于理想溶液，对于非理想溶液需引入活度％概念。非理想溶
液与理想溶液的偏差可用活度系数耳表示，其定义为：
rHS
当溶液很稀时，斫Cm=1
则 Kcl=I<ai I<n=l
因此，非理想溶液与理想溶液之间要用一个校正系数瓦进行调整。
一般认为盐或单种离于的活度系数（rj主要决定于离于间的静电引力。
则所有一价离于或所有二价离于之间的影响都相同，所以活度系数是离
子强度（1）的函数。它等于溶液中的每种离子（C.）乘以该离于的价数
（乙）的平方所得诸项之和的一半，即：
式中的C为溶液中离于的浓度，gmol/L;乙为该离子的价数。 试验得知，活度系数的对数（在一定浓度范围）与离于强度呈直线关系, 因此，可用离子强度来校正，而:
£实际上是平衡常数的另一种表示形式，可用1来校正，K「也就可 以用1来校正。LgKi和离于强度1的直线函数可写作：
Lg ICj = a + 1
式中的a为常数，随温度变化而不同：
t°C a
20 -
40 -
60 -
对于无限稀的溶液，KCI^KU ,