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以炼油厂酸性气中富含的硫化氢为原料制取氢气和硫磺的硫化氢湿式氧化吸收—吸收液电解制氢双反应过程,是一种有效处理及合理利用硫化氢的新型工艺。其最大优点是将硫化氢中的硫和氢元素转化为化工基础原料硫磺和清洁能源氢气两种产品,实现高含硫化氢工业废气的综合处理及利用。本文在首次建立了产氢量为1.5m3·h-1的双反应扩大试验装置,处理炼油厂高含硫化氢的酸性气体。主要进行了硫化氢湿式氧化吸收装置、吸收过程的工艺条件、吸收的传质过程和模拟计算等方面研究工作。
针对硫化氢湿式氧化吸收过程中有固体硫磺生成的特点,选用撞击流吸收器、射流管式吸收器和鼓泡吸收塔进行了传质性能研究。确定射流管式吸收器和鼓泡吸收器相结合作为硫化氢湿式氧化吸收装置,当溶液中[Fe3+]高于0.2mol·L-1时,[Fe3+1不影响硫化氢的吸收。当操作温度升高,硫化氢的吸收率增大;当操作温度高于40℃时,操作温度对吸收率影响很小。当液气体积比大于1.5时,硫化氢的吸收率可达99%以上。实现了硫化氢氧化吸收—电解制氢装置的稳定运转。为了进行传质过程的计算,由实验测定数据,回归了硫酸铁—硫酸亚铁—硫酸溶液的密度和粘度计算关联式。利用自制的双头玻璃电导探针,进行了气、液两相流相界面特性参数测量实验,根据实验数据,回归得到了鼓泡吸收塔内含硫化氢气体湿式氧化吸收时的气、液两相流相界面特性参数—气泡直径、气泡速度、气含率和相界面积的计算关联式,为鼓泡塔内的模拟计算提供了依据。
在自制的喷射导管吸收反应器上进行了硫化氢气体湿式氧化吸收的体积总传质系数实验研究,经数据回归得到了喷射导管吸收反应器中硫化氢湿式氧化吸收过程的体积总传质系数随气、液相雷诺数和导管长度变化的计算关联式。研究了湿壁塔内硫酸铁—硫酸亚铁—硫酸溶液湿式氧化吸收硫化氢气体的传质过程。由上述实验研究提出了硫化氢氧化吸收过程的传质机理模型,液相中H2S和Fe3+的扩散是吸收过程的主要影响因素。得出了硫化氢湿式氧化吸收过程的气相传质系数及液相传质系数计算的准数关联式。
建立了导管内和管外鼓泡吸收塔内硫化氢湿式氧化吸收过程中气相组成沿高度变化的数学模拟计算方程式。对硫化氢湿式氧化吸收时,气、液相流量改变对气相组成沿高度变化的影响进行模拟计算,并与实验结果进行比较。结果表明,模拟计算值能较好地与实验值相符,证明对硫化氢湿式氧化吸收过程的传质研究结论及所建立的模拟计算模型,是符合实际传质过程的。