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LO CAT技术基本介绍

LO-CAT 硫磺回收技术是Liquid Oxidation Catalyst( 液相催化氧化法硫磺
回收技术的英文缩写，它是以水作介质，采用Merichem公司专有的、可再生的
铁离子络合物催化剂的液相催化氧化法硫磺回收专利技术。它是在常温和常压
（也可以设计成正压）下进行操作，适合于将多种不同气体中硫化氢转化成固体
硫磺。

该反映通过采用一种可以被空气中或酸性气流体中的氧气氧化的水溶性金属离子在含水（水基）涤气系统中完毕，该反映具有适当的电势，可以将硫化物氧化成硫。换句话说就是，该反映在水溶液中进行，水溶液具有一种金属离子，该金属离子可以将电子（带负电）从氢硫根离子中（HS-）移除形成硫，然后再生过程中可以将这些电子转移到的氧气（O2）中。尽管存在许多金属可以达成相同效果，但是LO-CAT解决工艺选用铁离子（Fe），由于它便宜、无毒性。

1.1 LO CAT的反映原理：

LO-CAT解决工艺可以分为吸取和再生反映，如图所示：

具有硫化氢的气体进入吸取装置后与LO-CAT 催化剂溶液接触。硫化氢被转换成单质硫，并随‘已使用的‘催化剂溶液离开吸取装置。已脱硫气体也离开吸取装置。已使用的”催化剂进入到氧化装置。1）空气被鼓入催化剂溶液以重新生成铁催化剂；2）单质硫沉淀入氧化装置底部的漏斗形成浓缩的硫浆。硫浆被泵到过滤器通过冲洗并以硫饼形式收集。大部分的催化剂回收到LO－CAT 装置，而小部分催化剂及用水随硫饼离开LO－CAT。在此过程中，铁以其三价离子状态被螯合媒介包围。反映过程是通过铁三价离子(Fe+3)还原为铁
两价离子(Fe+2)从而把（HS－）离子氧化成元素硫，而空气会把铁两价离子重新氧化成铁三价离子

吸取:（发生在吸取塔）

气体吸取进入溶液

H2S (gas) + H2O (liq) ↔ H2S (aq) + H2O (aq) (1)

电离
H2S (aq) ↔ H+ + HS- (2)

铁离子(Fe+3)氧化
HS- + 2Fe+3 → 2Fe+2 + H+ + S (3)

吸取反映总表达式
H2S (gas) + 2Fe+3 → 2H+ + S° + 2Fe+2 (4)

再生：（发生在氧化塔）

氧气被吸取进入溶液
1/2 O2 (gas) + H2O ↔ 1/2 O2 (aq) + H2O (5)

氧气被吸取进入溶液
1/2 O2 (gas) + H2O ↔ 1/2 O2 (aq) + H2O (6)

再生总反映式
1/2 O2 (gas) + H2O + 2Fe+2 → 2OH- + 2Fe+3 (7)

(5) (7) 反映式相加得到总反映式：

H2S + 1/2 O2 → H2O + S°

1.2 LO CAT核心化学品：

在总反映式中，铁离子用来将电子从反映中吸取的一边转移至再生的一边，产生一个硫原子至少需要提供2个铁原子。从这个意义上来说，铁离子是一种反映试剂。但是，它们在总反映中并未被消耗而是作为硫化氢与氧气反映的催化剂。由于这两种功能，铁离子络合物被称为催化试剂。

亚铁离子和铁离子在水溶液中均不稳定，且一般将变为氢氧化铁或硫化亚铁沉淀，如下所示：

Fe+3 + 3OH- → Fe(OH)3 (ppt.) (9)

Fe+2 + S-2 → FeS (ppt.) (10)

为了避免发生沉淀反映，Merichem公司研发出了一种系统，这种系统的络合剂在较宽范围
pH值仍能保持（铁）离子存在溶液中。络合剂为有机化合物，它们像瓣爪同样包裹在金属
子表面，从而在两个或更多的非金属原子与金属离子之间形成化学键。Merichem公司配制的
这些离子和络合剂混合物包含催化剂ARI-340 和 ARI-350。

1.3 LO CAT工艺的排放物：

LO CAT 通常只有两道排放流：硫产品及氧化器排放气。在大部分场合，LO－CAT
通过真空带式过滤器或简朴的袋式过滤器生产硫饼。有了这两种过滤器产出的硫产品，通常就不用再单独解决催化剂的泄料液。

氧化器排出气体有些情况下可以直接排放到大气中。这取决于被LO-CAT 解决的酸气的成分。 在某些情况下，由于被解决酸气的成分，氧化器排放气会有低含量的碳氢化合物或氨。这些排出气体需要进一步焚烧或氧化解决。

1.4 LO CAT硫磺用途：

在美国，加州Bakersfield 市的Hondo化学品公司大量采集LO－CAT 硫，应用于加州葡萄园区的农业。LO CAT 系统及流程对环境非常和谐。其催化剂溶液具有有机螯合剂和铁。这两种成分都在农业上作为‘微营养素’广泛使用。而LO-CAT 回收的硫可用作农业上的土壤调理剂。有不少的方案在研究如何把这种业务模式推广到世界各地。

在此外一些场合，这些硫可以作为非危险废料处置。但是，取决于被解决酸气的原有成分，有时候硫饼里会具有污染物。这些情况下，就要用相应污染物所规定的方法来处置。

硫磺产品有没有气味取决于解决酸气的成分。在天然气解决应用中，有机硫（涉及硫醇）会
产生二硫化物，并随着硫饼排出LO－CAT。这种硫会带有硫磺味。假如酸气中没有其它有机硫，LO CAT 产生的硫不会有气味。

1.5 LO-CAT的工艺特点：

高效能硫化氢脱除，通常为高于99.9%的脱除效率

工艺流程简朴，操作简易，可以基本实现零维护

H2S浓度范围宽，从ppm级别至99%浓度以上的H2S都能解决

0~100%氛围内可降量操作，比较合用于工艺波动大的应用

1.6 炼油行业LO CAT的应用：

LO CAT 在炼油业的应用涉及解决燃料气体，加氢器气体，胺酸性气体，酸水气提气体，硫坑排空气体及Claus 尾气。LO CAT 的重要优势是使现有的Claus 装置尾气符合越来越苛刻的排放标准。LO CAT 带来新的解决容量，可以缓轻现有Claus 装置的瓶颈负荷。此外，LO CAT 可以解决酸水气提气体，改善Claus 的运作及使Claus 腾出一些解决能力，也可认为Claus 装置提供冗余的容量。

1.7 LO CAT的中国业绩表

II.关Location
Date
Industry
LO CAT Type
Application
Flow rate (Nm3/hr)
Inlet H2S (vol %)
Outlet H2S (ppmv)
Sulfur (ton/day)
HaiNan DongFang
海南东方
2023
Refinery
炼油
AutoCirculation
自循环
Amine Acid Gas SWS Gas
胺酸性气
酸性水提气
560
36.0
<10
7
Shaanxi, Chongqing
陕西重庆
2023
Oil & Gas
油气田
AutoCirculation
自循环
Amine Acid Gas
胺酸性气
3,500
2.5
<10
3
Jiangsu, Jinling
江苏金陵
2023

Petrochem
石油化工
AutoCirculation
自循环
Coal-to-Chem
煤化工
7,100
6.0
<5
15
Tianjin
天津华能
2023
Power
电力
AutoCirculation
自循环
IGCC
IGCC
4,700
0.4
<10
25
Shaanxi, Yulin
陕西榆林
2023
Refining
精炼
Conventional
传统式
Fuel Gas Amine Acid Gas SWS Gas

燃料气，
15,425
2.0
<5
10
Shaanxi, Yonping
陕西永坪
2023
Refining
精炼
AutoCirculation
自循环
Amine Acid Gas SWS Gas
氨酸性气
酸性水提气
855
34.0
<10
10
Xinjiang, Kuele
新疆库尔勒
2023
Oil & Gas
油气田
AutoCirculation
自循环
Amine Acid Gas
氨酸性气
250
23.0
<10
6
Yunnan, Qujing
云南曲靖
2023
Petrochem
石油化工
Conventional
传统式
Coal-to-Chem
煤化工
31,000
0.4
<10
5
Shaanxi, Yangzhuanhe
陕西杨庄河
2023
Refining
精炼
AutoCirculation
自循环
Amine Acid Gas SWS Gas
氨酸性气
酸性水提气
800
48.0
<5
12
Shaanxi, Yan’an
陕西延安
2023
Refining
精炼
AutoCirculation
自循环
Amine Acid Gas SWS Gas
胺酸性气
酸性水提气
1,700
27.0
<5
16
Sichuan, Longchang
四川隆昌
2023
Oil & Gas
油气田
AutoCirculation
自循环
Amine Acid Gas
酸性水提气
150
23.0
<10
1
Beijing
北京
1998
Food & Beverage
餐饮
Conventional
传统式
Carbon Dioxide
二氧化碳及少量酸性气
2,500
0.12
<10
<1