应用活性炭脱除工业气体中硫化氢及有机硫化物的方法，称为活性炭脱硫法。

活性炭脱硫是上个世纪三十年代初发展起来的一种脱硫方法，至今仍在北美及西欧一些国家中被广泛应用。五十年代初，在我国几个中型化肥厂开始使用活性炭脱硫。七十年代后科技工作者开发研制出了廉价的专门用于脱硫的活性炭，采用国外七十年代出现的蒸汽再生技术，开创了活性炭脱硫——过热蒸汽再生工艺，当今活性炭脱硫已成为干法脱硫中使用*广泛的一种脱硫方法。

活性炭是一种孔隙性大的黑色固体。主要成分以石墨微晶呈不规则排列，属无定形，活性炭中的孔隙大小不是均匀一致的，可分为大孔（2000-10000A），过渡孔（100-2000A）及微孔（10-100A），主要是微孔，孔隙体积接近0.8m³/，活性炭具有大的比表面积，*高可达1800m²/g，一般为500-1000m²/g，它们为硫的脱除提供了充足的反应场所和容纳反应物的空间。 活性炭脱硫剂的基本原理

室温下，气态的硫化氢与空气中的氧能发生下列反应：

2H₂S+O₂=2H₂O+2S        

△H=-434.0KJ/mol；△G=-511.18KJ/mol

这是一个放热反应，在一般条件下，反应速度很慢，催化剂可以加快其反应速度，对硫化氢和氧的反应来说活性炭是一个性能良好的催化剂，可以加快其反应速度。

活性炭脱硫属于多项反应，研究证明：硫化氢及氧在活性炭表面的反应分两步进行：第一步是活性炭表面化学吸附氧，形成作为催化剂在中心表面氧化物，这一步极易进行，因此工业气体中只要含少量氧（0.1-0.5%）便以能满足活性炭脱硫的需要。第二步是气体中的硫化氢分子碰撞活性炭表面，与化学吸附在活性炭表面的氧发生化学反应，生成的硫磺分子沉积在活性炭的孔隙中。沉积在活性炭表面的硫，对脱硫反应也有催化作用。在脱硫过程中生成的硫，呈多分子层吸附于活性炭的孔隙中。活性炭中的孔隙越大，则沉积于孔隙内表面上的硫分子层愈厚。可超过二十个硫原子，在微孔中，硫层的厚度一般为四个硫原子。

活性炭失效时，孔隙基本上塞满了硫。活性炭具有很大的孔隙性，因此，活性炭的硫容量比其它固体脱硫剂（活性氧化铁、氧化锌、分子筛等）的硫容量都大。脱硫性能好的活性炭，其硫容量可超过100%。

活性炭脱硫的反应，主要是在活性炭孔隙的内表面上进行。由于表面自由能的存在，对工业气体中的分子具有一定的吸附作用。水蒸汽在活性炭中，除了存在多分子层的吸附外，还存在毛细管的凝结作用。因此在室温下进行脱硫时，活性炭表面上凝结着一薄层水膜。利用硫化氢在水中的溶解作用，使活性炭吸附硫化氢处于比较有利的条件，从而能加速脱硫作用。这时，硫化氢的氧化作用将在液相水膜中进行。所以，当气体中存在足够的水蒸汽时，才能使硫化氢更快地被吸收与氧化。若在气体中存在少量氨，会使活性炭孔隙表面的水膜呈碱性，更有利于吸附呈酸性的硫化氢分子，能显著的提高活性炭与氧化硫化氢的速度。

活性炭脱出气体中硫化氢时，还发生下列副反应：

4NH₃+2H₂S+3O₂=2（NH₄）₂S₂O₃              

2NH₃+H₂S+2O₂=(NH₄)₂SO₄        

气体中氨的含量越大，在活性炭脱硫中越易生成硫的含氧酸盐。

活性炭的理化性质

就活性炭本身来说，影响活性炭脱硫性能*重要的是硫容量和强度。前者提供良好脱硫*的条件，后者保证在使用过程中颗粒状活性炭不被破碎。硫容量与活性炭的比表面积，比孔容积与孔径分布密切相关。

01硫容量

硫容量是活性炭（脱硫）的*重要的一项技术指标，它表示活性炭具有的*大脱硫能力。活性炭的饱和硫容量为50-100%，用于半水煤气脱硫时（H₂S≦70mg/m³），工业硫容量一般为20-50%；用于变换气脱硫时（H₂S≦15mg/m³），工业硫容量一般为20-40%；用于合成甲醇气脱硫时（H₂S≦1.5mg/m³），工业硫容量降到12-20%。

02比表面积

活性炭是一个孔隙性高的固态物质，具有大的比表面积，一般为500-1000m²/g,*高可达1800m²/g。

微孔发达的活性炭，比表面积大，大孔及过度孔发达的活性炭，其表面积就略小些。活性炭活化程度越高，则其大孔及过度孔越发达。对脱出有机硫，例如硫醇，噻吩等，活性炭的比表面积越大越好。大孔及过度孔发达的活性炭，有利于脱出工业气体中的硫化氢。活性炭的比表面积与硫容量，不正比关系。兼顾除硫化氢及有机硫化物的需要，一般使用过度孔发达的活性炭。

03比孔容积

活性炭的比孔容积是指单位重量活性炭颗粒内部的总孔容积，以cm³/g表示。

为简便起见，活性碳的比孔容积在工业生产中常以水容量（%）表示。虽然活性炭的水容量比溶剂概念不同，单位不同，但数值上十分接近。例如比溶剂为0.6cm³/g的活性炭，其水容量为60%左右。

由于活性炭脱出硫化氢达到饱和时，活性炭的孔隙内已基本上被硫塞满，所以活性炭的比孔容积或水容量，与活性炭的硫容量更具有直接关系。活性炭的活化程度愈大，则其孔容积或水容量越大，相应的硫容量就愈大 。一般来说，在保持颗粒活性炭一定强度的条件下，提高活性炭的比孔容积。

04强度

脱硫用的活性炭是呈圆柱状或球形的颗粒状活性炭，要求具有一定的强度，否则在脱硫剂再生过程中容易破碎，增加活性炭吸附器的系统阻力。活性炭的强度分耐压强度与磨损强度。耐压强度一般要求>0.5MPa，耐磨损强度一般要求>90%。

05堆密度

堆密度，亦称堆比重，以g/L表示。

脱H₂S过程的主要影响因素及控制条件

01活性炭的质量

活性炭的质量，可有活性炭的硫容量与强度直接判断。在符合一定强度的条件下，活性炭的溶剂量较高，其脱硫*也较好，硫容量高的活性炭，必然是过度孔发达，孔容积大，相对来说堆密度较小的活性炭。

在活性炭中添加某些化合物后，可以显著提高活性炭的脱硫性能，甚至改变活性炭脱硫的反应产物。氨对活性炭脱硫的显著影响，是人们早已知道的。已知能够增大活性炭脱硫性能的化合物有铵或碱金属的碘化物和碘酸盐，硫酸铜，氧化铜，碘化银，氧化铁，硫化镍等。工业上常用含氧化物的活性炭净化含硫化氢的气体。活性炭中氧化铁的存在，能显著改进活性炭的脱硫性能，提高硫化氢的氧化速度。

02氧及氨的含量

在脱硫过程中，氧与氨都是直接参与化学反应的物质。对脱出硫化氢来讲，工业生产中氧含量一般控制在超过理论需要量的50%，或者使脱硫后气体中残余氧的含量小于0.1%。含硫化氢1g/m³的工业气体，活性炭脱硫时，要求氧含量为0.05%，对含硫化氢10g/m³的工业气体，含氧0.53%便够了。一般来说，半水煤气含氧0.5%左右，变换气，碳化气及合成甲醇中含量1%左右。半水煤气的硫化氢含量一般在5g/m³以下，变换气，碳化气及合成甲醇气中的硫化氢含量均在1g/m³以下。所以在以煤为原料的合成氨厂，使用活性炭脱硫时，都不需要补充氧。

氨易溶于水，是活性炭孔隙内表面的水膜呈碱性，增加了吸收硫化氢的能力。当净化硫化氢时，氨的用量很少，一般保持在0.1～0.25g/m³，或者相当于气体中硫化氢含量的二十分之一（摩尔比），便可使活性炭的硫容量提高一倍。

03相对湿度

在室温下进行脱硫时，气体的相对湿度对活性炭脱硫有很大的影响。若要对硫化氢达到较高的脱硫效率，则要求被净化气体的相对湿度大于70%，*好被水蒸汽饱和。烘干的活性炭直接用来脱硫，脱硫效率低。若将活性炭在空气中放置一些时间，吸收一些水分后，活性炭的脱硫效率便可从40～60%提高到93%以上。硫化氢和氧生成硫及水的反应是放热反应。因此，脱硫过程中，活性炭吸附器的温度总比进口气体的高。需要注意，进入活性炭吸附器的气体，不能带液态水。否则它会使活性炭浸湿，活性炭的孔隙塞满，失去脱硫能力，一般先将气体通过气水分离器，分离除去液态水后，再将气体通入活性炭吸附器进行脱硫。

04脱硫温度

温度对活性炭脱硫的影响比较复杂。对硫化氢来讲，当气体中存在水蒸汽时，脱硫的温度范围为27℃～82℃，*适宜的温度范围为32℃～54℃。若温度低于27℃时，硫化氢被催化氧化的反应速度比较慢；温度超过82℃时，由于硫化氢在活性炭孔隙的表面水膜中溶解作用减弱，也会降低脱硫*。

当气体中不存在水蒸汽时，则活性炭脱出硫化氢的能力反而随温度的升高而达到加强，如下图所示。

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不同温度下，沉积在活性炭中的硫含量和反应时间的关系

05煤焦油及不饱和烃

活性炭对煤焦油有很强的吸附作用。煤焦油不但能够阻塞活性炭的孔隙，降低活性炭的容积量及脱硫效率，而且还会使活性炭颗粒粘结在一起，增加活性炭吸附器的阻力，严重影响脱硫过程的进行。另外，气体中的不饱和烃会在活性炭的表面发生聚合反应，生成分子量大的聚合物，同时会降低活性炭的硫容量，减少使用时间，并且降低脱硫效率，因此用活性炭脱硫时，应先除去这些有害物质。