氨水法焦炉煤气脱硫的基本原理

脱硫技术之氨法脱硫工艺的基本原理在本质上氨法脱硫工艺是采用NH3来吸收净化烟气的，包含着复杂的物理、化学过程。

以下将从物理化学原理方面对工艺各阶段加以分析。

烟气中的SO2从烟气主体进入吸收液的过程是物理吸收和化学反应的过程，通过这个过程，使SO2从气相进入液相而被捕获。

该过程可分为如下几个步骤：氨法脱硫工艺中的化学步骤1.烟气中SO2溶解于水形成H2SO3。

2.氨吸收剂溶解于水形成NH3˙H2O。

3.溶解于水形成的NH3˙H2O与溶解于水形成的H2SO3开展化学反应形成(NH4)2SO3。

4.形成的(NH4)2SO3在氧化空气的作用下氧化形成(NH4)2SO4氨法脱硫过程的总化学反应式可以综合表示为：SO2+H2O+XNH3=(NH4)xH2-xSO3(NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4虽然该综合反应式中列出了主要的反应物和生成物，但整个反应过程非常复杂，可以通过以下的一系列反应过程表示：A：脱硫塔中SO2的吸收烟气中的二氧化硫(SO2)溶于水并生成亚硫酸。

SO2 + H2O →H2SO3 (1)B：亚硫酸同溶于水中的硫酸铵和亚硫酸铵起反应。

H2SO3 +(NH4)2SO4 →NH4HSO4 + NH4HSO3 (2) H2SO3+(NH4)2SO3 →2NH4HSO3 (3)C：吸收剂氨的溶解NH3 + H2O →NH4OH →NH4+ + OH- (4)由于反应(4)的开展，可以不断提供中和用的碱度及反应用的铵离子。

氨同溶于水中的亚硫酸、硫酸氢铵和亚硫酸氢铵起反应。

D：中和吸收的SO2SO2极易与碱性物质发生化学反应，形成亚硫酸盐。

碱过剩时生成正盐;SO2过剩时形成酸式盐。

SO2 + NH4OH→NH4HSO3 (5)SO2 + 2NH4OH →(NH4)2SO3 + H2O (6)由于反应(5)、(6)的开展，可以使更多SO2可被吸收。

脱硫新技术在焦化厂生产中，焦炉煤气中所含的硫化氢及氰化氢是有害的杂质，它们腐蚀化产回收设备及煤气储存输送设施，还会污染厂区环境。

用此种煤气炼钢、轧钢加热，会降低钢材产品的质量，腐蚀加热设备；用作城市燃气，硫化氢及燃烧生产的二氧化硫、氰化氢及其燃烧生成的氮氧化物均有毒，会严重影响环境卫生。

所以焦炉煤气中的硫化氢和氰化氢应予清除。

脱硫技术综述焦炉煤气脱硫方法分为：干法脱硫和湿法脱硫。

干法脱硫是一种古老的煤气脱硫方法。

这种方法的工艺和设备简单，操作和维修比较容易。

但该法为间歇操作，占地面积大，脱硫剂的更换和再生工作的劳动强度较大，现代化的大型焦化厂已不再采用。

干法脱硫通常是以氢氧化铁为脱硫剂，当焦炉煤气通过脱硫剂时，煤气中的硫化氢与氢氧化铁接触，生成硫化铁，这是吸收反应。

硫化铁与煤气中氧接触，在有水分的条件下，硫化铁转化为氢氧化铁并析出单质硫，这是再生反应。

干法脱硫的过程就是吸收反应和再生反应的多次循环。

目前仅使用于煤气流量不大，用户对煤气硫化氢含量要求非常高，需进一步精制脱硫的工艺，如涟钢的民用煤气和冷轧薄板所需的精制脱硫。

焦化净化煤气脱硫一般采用湿法脱硫：湿法脱硫又分为吸收法和氧化法，氧化法脱硫是对吸收法脱硫的改进和完善，是脱硫工艺更流畅，脱硫效果进一步提高。

焦炉煤气脱硫脱氰湿法工艺分类吸收法脱硫脱氰是以碱性溶液作为吸收剂，吸收煤气中的硫化氢和氰化氢，然后用加热气提的方法将酸性气体从吸收液中解吸出来，用以制造硫磺或硫酸，吸收剂冷却后循环使用。

吸收法按所用吸收剂的不同分为氨水法（Ａ.Ｓ法）、真空碳酸盐法(V.A.S.C法)、单乙醇胺法（索尔菲班法）三种。

氧化法脱硫脱氰是以含有氧化催化剂的碱性溶液作为吸收剂，吸收煤气中的硫化氢和氰化氢，再在催化剂作用下析出元素硫。

吸收液用空气氧化法再生后循环使用。

氧化法按催化剂的不同，分为砷碱法、萘醌二磺酸法（塔—希法T.H）、苦味酸法（F.R.C法）、蒽醌二磺酸法（改良A.D.A法）、对苯二酚法、H.P.F法。

氨法脱硫工艺流程
氨法脱硫是一种常用的烟气脱硫工艺，它的原理是利用氨水与烟气中的二氧化硫反应生成硫化氢和硫酸铵，然后再通过氧化作用将硫化氢氧化成元素硫。

下面是氨法脱硫的工艺流程。

首先，将烟气引入脱硫塔中，脱硫塔是脱硫工艺的核心装置。

烟气在脱硫塔内与注入的氨水进行接触和反应。

一般情况下，脱硫塔内设置有多层喷淋层或填料层，用于增加烟气与氨水的接触面积，并促进二氧化硫的吸收。

在脱硫塔中，氨水与烟气中的二氧化硫反应生成硫化氢和硫酸铵。

其中，硫酸铵会溶解在水中，并通过液相离开脱硫塔。

随着反应的进行，脱硫塔内的氨水逐渐消耗。

因此，需要定期补充新鲜的氨水以保持脱硫塔的正常运行。

同时，也要监控塔底的饱和度，当饱和度较高时，需要排除一部分废液，保持脱硫效果。

随着氨水的消耗和硫酸铵的积累，脱硫塔内的硫化氢浓度也逐渐上升。

当硫化氢浓度较高时，需要将其转化为元素硫，以避免二次污染。

因此，在脱硫塔中加入一定量的氧化剂，如空气或过氧化氢，将硫化氢氧化为元素硫。

经过脱硫塔处理后，烟气中的二氧化硫大部分已经被吸收和转化为硫酸铵和元素硫，得到较为净化的烟气。

此时，脱硫塔顶部设置有脱硫烟气出口，将烟气排出塔外。

最后，脱硫塔底部的废液经过处理后可回收利用。

一般来说，废液中含有一定的硫酸铵，在经过脱水处理后可以得到硫酸铵结晶，作为化肥的原料。

总之，氨法脱硫工艺是一种有效的烟气脱硫方法。

通过脱硫塔中的反应和氧化过程，能够将二氧化硫转化为硫酸铵和元素硫，达到环保净化烟气的目的。

与此同时，也能够回收和利用废液中的硫酸铵，实现资源的循环利用。

氨作碱源湿式氧化法焦炉煤气脱硫机理刍议以氨作碱源的湿式氧化法脱硫工艺，因其建设投资较少，运行费用较低，脱硫效率尚可而获得广泛应用。

然而，由于在设计上沿用了以碳酸钠为碱源的A.D.A脱硫工艺和设备配置，未能反映氨作碱源的工艺特点，以致大多未能达到设计的脱硫效率，尚有相当多的甚至仍未达到《焦化行业准入条件》（2008修订）中关于工业或其他用煤气H2S≤250mg／m3的要求。

因此笔者结合实践体会进一步深入探讨氨作碱源湿式氧化法焦炉煤气脱硫过程机理，揭示其与碳酸钠为碱源的湿式氧化法脱硫过程的机理差异，进而阐明改进工艺设计的理论依据，同时亦为促进既有装置达标指明技术改造和改善操作的方向，无疑具有现实意义。

1 氨作碱源湿式氧化法是湿式中和法脱硫过程的继续在焦炉煤气中主要的酸性气体有H2S、CO2、HCN,这些酸性气体在脱硫塔中虽皆能被氨水所吸收，亦均为弱酸碱反应，在初始阶段，当PH值≥12时且未达到解离平衡的条件下，溶液中的反应生成物实际上几乎全部以NH4+、HCO3-、CO32-、NH2COO-、HS-、CN-和 S2-等离子形态存在。

此时氨水吸收H2S、CO2、HCN为化学吸收过程。

其主要反应如下：NH3+H2S=NH4HS (NH4H S≒NH4++HS-)--------(1)ZNH3+H2S=(NH4)2S (（NH4）2S≒ZNH4++S-2)---(2)CO2+H2O=H2CO3 (H2CO3≒H++HCO3-)---------(3)NH3+H2CO3=NH4HCO3 (NH4HCO3≒NH4++HCO3-)--(4)2NH3+CO2=NH2COONH4(NH2COONH4≒NH2COO-+NH4+)---------------(5)NH3+HCN=NH4CN (NH4CN≒NH4++CN-)------(6)2NH2COONH4+H2O=(NH4)2CO3(（NH4）2CO3≒2NH4++CO3-2)------ --------(7)(NH4)2S+H2CO3=NH4HS+NH4HCO3(NH4HS≒NH4++HS-、NH4HCO3≒NH4++HCO3-)------ (8)NH4HS+H2CO3=NH4HCO3++H2S（NH4HCO3≒NH++HCO3-) -----------------(9)由于气相中H2S被PH值≥12的氨水吸收后迅速电离成H+和HS-，在吸收液中H2S分子的电离速度远远高于气相H2S被吸收的速度，因此，氨水吸收煤气中H2S的传质过程受气膜阻力控制。

工艺方法——焦炉煤气脱硫技术工艺简介焦炉煤气常用的脱硫方法从脱硫剂的形态上来分包括干法脱硫技术和湿法脱硫技术。

一、干法脱硫技术干法脱硫工艺是利用固体吸收剂脱除煤气中的硫化氢，同时脱除氰化物及焦油雾等杂质。

干法脱硫又分为中温脱硫、低温脱硫和高温脱硫。

常用脱硫剂有铁系和锌系，氧化铁脱硫剂是一种传统的气体净化材料，适宜于对天然气、油气伴生气、城市煤气以及废气中硫化氢含量高的气体。

常温氧化铁脱硫原理是用水合氧化铁（Fe2O3·H2O）脱除H2S，其反应包括脱硫反应与再生反应。

干法脱硫工艺多采用固定床原理，工艺简单，净化率高，操作简单可靠，脱硫精度高，但处理量小，适用于低含硫气体的处理，一般多用于二次精脱硫。

但由于气固吸附反应速度较慢，工艺运行所需设备一般比较庞大，而且脱硫剂不易再生，运行费用增高，劳动强度大，不能回收成品硫，废脱硫剂、废气、废水严重污染环境。

二、焦炉煤气湿法脱硫技术湿法工艺是利用液体脱硫剂脱除煤气中的硫化氢和氰化氢。

常用的方法有氨水法、VASC法、单乙醇胺法、砷碱法、改良ADA法、TH 法、苦味酸法、对苯二酚法、HPF法以及一些新兴的工艺方法等。

（1）氨水法（AS法）氨水法脱硫是利用焦炉煤气中的氨，在脱硫塔顶喷洒氨水溶液（利用洗氨溶液）吸收煤气中H2S，富含H2S和NH3的液体经脱酸蒸氨后再循环洗氨脱硫。

在脱硫塔内发生的氨水与硫化氢的反应是：H2S+2NH3·H2O→（NH4）2S+2H2O。

AS循环脱硫工艺为粗脱硫，操作费用低，脱硫效率在90%以上，脱硫后煤气中的H2S在200-500mg·m-3。

（2）VASC法VASC法脱硫过程是洗苯塔后的煤气进入脱硫塔，塔内填充聚丙烯填料，煤气自下而上流经各填料段与碳酸钾溶液逆流接触，再经塔顶捕雾器出塔。

煤气中的大部分H2S和HCN和部分CO2被碱液吸收，碱液一般主要是Na2CO3或K2CO3溶液。

吸收了酸性气体的脱硫富液与来自再生塔底的热贫液换热后，由顶部进入再生塔再生，吸收塔、再生塔及大部分设备材质为碳钢，富液与再生塔底上升的水蒸汽接触使酸性气体解吸。

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，℃H020 0.09940 0.039560 0.01780 0.007990 0.0058在氨水脱硫过程中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+K′C nI 为溶液的离子强度；C n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′＝0.025, 则上式变为：Lg(H0/H氨) ＝0.025C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 ＝NH4HS2NH3+H2S ＝(NH4)2S2NH3+CO2＝NH2COONH4NH3+CO2+H2O ＝NH4HCO32NH3+CO2+H2O ＝(NH4)2CO3NH2COONH4+H2O ＝(NH4)2CO3(NH4)2CO3+H2S ＝NH4HCO3+NH4HS(NH4)2S+H2CO3＝NH4HCO3+NH4HSNH4HS+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。

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，℃H020 0.09940 0.039560 0.01780 0.007990 0.0058在氨水脱硫过程中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+K′C nI 为溶液的离子强度；C n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′ ＝0.025, 则上式变为：Lg(H0/H氨) ＝0.025C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 ＝NH4HS2NH3+H2S ＝(NH4)2S2NH3+CO2＝NH2COONH4NH3+CO2+H2O ＝NH4HCO32NH3+CO2+H2O ＝(NH4)2CO3NH2COONH4+H2O ＝(NH4)2CO3(NH4)2CO3+H2S ＝NH4HCO3+NH4HS(NH4)2S+H2CO3＝NH4HCO3+NH4HSNH4HS+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。

氨法脱硫工艺原理
氨法脱硫工艺原理
氨法脱硫是一种有效的脱硫技术，它可以有效地降低烟气中的硫化物排放。

氨法脱硫的原理是将烟气中的硫氧化物转化为氨气，然后经过过滤、分离和净化，最终形成纯净的氨气。

氨法脱硫的技术流程包括烟气脱硫前处理、烟气脱硫后处理和氨气处理。

烟气脱硫前处理主要是将烟气中的污染物分离出来，然后进行烟气脱硫。

烟气脱硫后处理是指当烟气中的污染物被氨气吸收后，进行的进一步处理，以避免烟气中的有害物质污染环境。

最后，氨气处理是指在氨气排放前，将氨气中的污染物进行进一步的净化处理。

氨法脱硫具有优势和劣势。

优势有：（1）反应速度快，可以有效减少烟气排放；（2）产生的氨气可以用作农业肥料，从而节约资源；（3）可以降低污染物排放标准。

劣势则有：（1）子颗粒物质的排放量较高，对环境影响较大；（2）需要大量能源；（3）生产成本较高。

氨法脱硫是一种有效的脱硫技术，但也有局限性，应根据不同的应用场景选择最佳的脱硫方案。

工艺方法——焦炉煤气脱硫技术工艺简介焦炉煤气是炼焦过程的副产品，是H2、CH4、CO2、CO等气体组成的混合物，焦炉煤气的产率和构成取决于炼焦用煤的质量及炼焦过程操作条件。

焦炉煤气是一种高热值煤气，可作燃料使用，也可用作化工产品的重要原料，如合成氨、甲醇等。

焦炉煤气无论是作燃料，还是作生产原料，使用前需进行净化处理，以脱除煤气中H2S及HCN 等，满足环保和生产要求。

焦炉煤气脱硫工艺可分为干法脱硫工艺和湿法脱硫工艺2大类。

一、干法脱硫工艺干法脱硫工艺是指使用固体脱硫剂，在固定床层中进行H2S的物理或化学吸附、吸收与化学反应。

干法脱硫技术主要包括活性炭系、铁系、锌系、铜系、锰系及钙系等脱硫剂。

干法脱硫效率高，生产成本低，但脱硫剂需要定期更换，劳动强度大，同时失效的脱硫剂需进行处理。

因此，干法脱硫工艺主要用于湿法脱硫后的精脱硫。

二、湿法脱硫工艺湿法脱硫工艺是指利用液体形式的脱硫剂脱除煤气中的H2S和HCN。

按溶液的吸收和再生性质又分为湿式吸收法，包括物理吸收法、化学吸收法和物理-化学吸收法以及湿式氧化法。

湿法脱硫具有焦炉煤气处理量大、脱硫效率高等特点，在国内焦炉煤气脱硫中较为常用。

1、湿式吸收法湿式吸收法是以单乙醇胺、碳酸盐及氨溶液等不同的碱源作吸收液，吸收焦炉煤气中的H2S和HCN，吸收液在一定操作条件下经解吸释放出H2S等酸性气体，借助制酸工艺或克劳斯工艺，将酸性气体转化生成硫酸或硫磺产品。

湿式吸收法包括真空碳酸盐法、氨硫联合洗涤法及单乙醇胺法。

（1）真空碳酸盐法真空碳酸盐法脱硫工艺是—种物理—化学吸收方法，溶液中起吸收作用的是碳酸钠（或碳酸钾）。

焦炉煤气与吸收液逆流进行传质并发生反应，HCN、H2S及CO2被吸收液吸。

吸收了H2S的等酸性气体的溶液循环到再生塔，在一定操作条件下，H2S等酸性气体析出，实现吸收液的再生。

酸性气体经克劳斯法生成硫磺或经Topsoe法生成浓硫酸。

该工艺特点如下：脱硫剂单一，脱硫效率可达99%；产品质量好，硫磺纯度可达99.7%；采用真空解吸，操作温度低，为50-60℃，可有效利用循环氨水余热。

氨法脱硫脱硝的技术原理1 吸收二氧化硫,三氧化硫液氨溶于水后喷入烟气中,吸收烟气中SO2和SO3而形成铵盐,具体反应如下:NH3+ H2O→NH4OH(1)2NH4OH + SO2→(NH4)2SO3+ H2O(2)(NH4)2SO3+ SO2+ H2O→2NH4HSO3(3)NH4HSO3+ NH4OH→(NH4)2SO3+ H2O(4)当废气中含有O2,CO和SO3时(如电厂烟气),还会发生如下反应; NH4OH + CO2→NH4HCO3(5)2NH4OH + CO2→(NH4)2CO3(6)2NH4OH + CO2→H2NCONH2+ 3H2O(7)2NH4HCO3+ SO2→(NH4)2SO3+ H2O + CO2(8)NH4HCO3+ NH4HSO3→(NH4)SO3 H2O + CO2(9)2NH4OH + SO3→(NH4)2SO4+ H2O(10)2(NH4)2SO3+ O2→2(NH4)2SO4(11)2NH4HSO3+ O2→2NH4HSO4(12)在吸收液循环使用过程中,式(3)是吸收SO2最有效的反应.通过补充新鲜氨水(式4)或其他置换方法可保持亚硫酸铵的浓度.2 对硫化氢的吸收烟气中有H2S存在时,氨水吸收H2S ,将其还原成单质S ;反应如下: NH4OH + H2S→NH4HS + H2O(13)经催化氧化,氨水再生,并得单质硫.2NH4H2S + O2→2NH4OH + 2S(14)3 对氮氧化物的转化氨水和烟气中的NOx发生反应生成氮气:2NO + 4NH4HSO3→N2+(NH4)2SO4+ SO2+ H2O(15)2NO + 4NH4HSO3→N2+ 4(NH4)2SO4+ SO2+ 4H2O(16)4NH3+ 4NO + O2→6H2O + 4N2(17)4NH3+ 2NO2+ O2→6H2O + 3N2(18)4NH3+ 6NO→6H2O + 5N2 (19)8NH3+ 6NO→12H2O + 7N2 (20)。