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沼氣脫硫技術(shù)分析

發(fā)布時間:[ 2022-08-11 02:16:24]

有機廢物厭氧消化產(chǎn)生沼氣H2S的產(chǎn)生,H2S它是一種腐蝕性很強的化合物,對輸氣管、儀器儀表、燃燒設(shè)備等有很強的腐蝕作用,其燃燒產(chǎn)品二氧化硫也是一種腐蝕性很強的氣體,進入大氣會產(chǎn)生酸雨。H2S對人體的危害也很大,對粘膜和呼吸道有害 作用,空氣中含0.1%的H2S可以在幾秒鐘內(nèi)致命。沼氣脫硫是沼氣利用的重要環(huán)節(jié),保護環(huán)境,延長設(shè)備壽命。此外,我國環(huán)境保護標準嚴格規(guī)定,沼氣能源的使用H2S含量不得超過20mg/m3。因此,必須進行脫硫。

3.物理法脫硫技術(shù)

活性炭吸附法常用于物理脫硫技術(shù)。活性炭多孔,比表面積大,吸附性強,可脫硫、脫苯、脫臭、脫色等。可用于化工、石油、天然氣、冶金、原子能、水處理、食品、紡織、醫(yī)藥、城建、環(huán)保等工業(yè)工藝和人類生活。

活性炭的吸附作用是催化反應(yīng),活性炭作為催化劑,吸附H2S后,催化H2S與吸附氧反應(yīng):

2H2S O2 2S 2H2O

生成的S元素被活性炭吸附。使用活性炭床(AS)吸附H2S單床或雙床系統(tǒng)可根據(jù)H2S濃度確定。雙床串聯(lián)吸附,第一吸附床吸附H2S當(dāng)?shù)谝粡埼酱泊┩?即第一張吸附床出口)時,后串聯(lián)吸附床幾乎不起作用;H2S含量超標時),H2S當(dāng)?shù)谝粡埼酱诧柡停吹谝粡埼酱策M口)時,第一張吸附床仍然起作用H2S含量和出口H2S當(dāng)含量基本相等時),需要更換第一個吸附床的活性炭;更換后,新的吸附床作為第二個吸附床運行;這種更換可以較大限度地利用活性炭吸附,以確保脫硫精度和延長使用壽命。

3.化學(xué)法脫硫技術(shù)

沼氣化學(xué)脫硫法一般可分為直接脫硫法和間接脫硫法。直接脫硫是指沼氣中的沼氣H2S氣體直接分離,間接脫硫是指減少或抑制沼氣生產(chǎn)的具體方法H2S氣體的產(chǎn)生。沼氣直接脫硫的原理可分為濕法和干法;間接脫硫需要開發(fā)新的工藝和催化劑。

濕式脫硫技術(shù)

沼氣濕式脫硫技術(shù)包括堿性溶液吸收法、萘醌氧化法、氧化法PTS法、絡(luò)合鐵脫硫等。堿性溶液法吸收H2S,反應(yīng)如下:

2NaOH H2S Na2S 2H2O

NaOH H2S NaHS H2O

H2S吸收受流速、流量、溫度、氣量、停留時間等因素的影響,溶解度難以保證100%,容易形成NaHS,而非Na2S。NaHS硫酸鹽和硫代硫酸鹽在再生過程中與氧氣反應(yīng),降低了吸收液的吸收能力,因此需要定期更換堿液,也可能造成二次污染。

PTS它是酞清鈷磺酸鹽系化合物的混合物。硫沼氣從脫硫塔底部進入,與堿性脫硫液反流接觸。硫化氫被溶液吸收,沼氣從塔頂排出。富液是吸收硫化氫的脫硫液,用富液泵將富液泵加壓至再生槽與空氣混合。硫以硫泡沫的形式浮選,再生的脫硫貧液進入貧液罐,通過泵循環(huán)進入脫硫塔。該方法脫除H2S工藝簡單,成本低,效果好也是目前主要的工藝流程。

干法脫硫技術(shù)

沼氣干式法脫硫技術(shù)主要包括氧化鐵法、活性炭法等。Fe2O3脫硫劑為條狀多孔結(jié)構(gòu)固體,填充在脫硫裝置中,沼氣經(jīng)過時,對H2S可以快速不可逆吸附,幾秒鐘內(nèi)可以H2S脫除至1ppm以下化學(xué)反應(yīng)如下:

Fe2O3·H2O 3H2S Fe2S3·H2O 3H2O

Fe2O3·H2O 3H2S 2FeS S 4H2O

當(dāng)脫硫劑工作到一定程度時,即Fe2O3大量轉(zhuǎn)化為Fe2S3或FeS,出口H2S當(dāng)濃度超過規(guī)定標準時,需要處理脫硫劑。生產(chǎn)的常溫氧化鐵脫硫劑硫容量可達30%~40%,脫硫效率高達99%以上,未達到飽和硫容量的脫硫劑可再生;如果超過飽和硫容量,則需要更換新的脫硫劑。脫硫劑再生原理:將脫硫劑與氧氣接觸(進入氧氣或?qū)⒚摿騽┓湃氪髿庵校〧e2O反應(yīng)式為3和S單質(zhì):

2Fe2S3·H2O 3O2 2Fe2O3·H2O 6S

4FeS 3O2 2Fe2O3 4S

脫硫劑可循環(huán)多次,直到脫硫劑中的大部分孔隙被單質(zhì)S堵塞,失去活性。

如果在脫硫裝置中進行脫硫劑再生,則必須嚴格控制再生條件:常壓,床層溫度為30~60℃,嚴格控制超溫,否則會引起單質(zhì)S的升華和自然,使用條件下水分含量為35%,pH值為8~10,為提高再生效果,可在脫硫塔底部進氣口處定時加入適量的濃氨水(NH3·H2O),弱堿性再生環(huán)境,當(dāng)觀察到脫硫劑從黑棕色變?yōu)榧t棕色時,再生就完成了。

為了充分實現(xiàn)脫硫劑的脫硫性能,脫硫機理:較佳反應(yīng)溫度為20~40℃,冬季要特別注意;水分含量不宜過大或過小,水分過多,脫硫劑表面微孔堵塞,H2S不能與脫硫劑接觸,不能有效去除,水分過少難以形成液膜,H2S吸附受影響,去除效果不理想,沼氣水分一般較大,脫硫罐前可加入氣水分離器,定期排水,避免液體水進入脫硫床層;脫硫劑再生應(yīng)符合上述再生條件,再生時間應(yīng)保持在24~48小時為宜。

生物法脫硫技術(shù)

生物法脫硫技術(shù)是一種由于傳統(tǒng)物理化學(xué)方法的缺點而發(fā)展起來的新型脫硫技術(shù)。該方法具有誘人的工業(yè)應(yīng)用前景,但起步較晚,技術(shù)和技術(shù)仍然非常不成熟。

從19世紀50年代到80年代,人們對生物法脫硫的研究在一些發(fā)達國家得到了很大的發(fā)展,比如德國。傳統(tǒng)的脫硫H2S雖然物理化學(xué)方法各有優(yōu)點,但存在運行成本高、工藝復(fù)雜、二次污染大、能耗等缺點;相比之下,生物法被去除H2S具有能耗低、操作方便、無二次污染、投資少等優(yōu)點。

Shell – Paques 脫硫技術(shù)是世界生物脫硫技術(shù)領(lǐng)域的先進技術(shù)之一,其原理是接觸沼氣和含有化能自養(yǎng)微生物的蘇打水溶液,H2S微生物被堿液吸收后,將其代謝轉(zhuǎn)化為單質(zhì)S或硫酸鹽。反應(yīng)類型為:

H2S OH- HS- H2O

H2S CO32- HS- HCO3-

2HS- O2 2S 2OH-

HS- 2O2 OH- SO42- H2O

該工藝具有以下優(yōu)點:

⑴ 高效。操作靈活性大,靈活性高,能適應(yīng)濃度和壓力范圍廣;

⑵ 節(jié)能。該技術(shù)投資少,儀器設(shè)備少,人工成本低,化學(xué)品少,無需更換,操作成本和維護成本低;

⑶ 安全。整個生物脫硫系統(tǒng)運行封閉,沼氣中H2S它被降低到很低的濃度,甚至幾乎完全吸收,在吸收器的下游沒有游離H2S,無中毒、傷亡事故,無環(huán)境污染。

此外,酸性鐵鹽溶液氧化法是近年來發(fā)展起來的新型生物脫硫技術(shù)之一。去除沼氣H2S原理:酸性條件下,H2S被鐵鹽溶液吸收,被鐵鹽溶液吸收Fe3 在氧化亞鐵硫桿菌的作用下,氧化成S單質(zhì)Fe2 離子氧化為Fe3 離子,回收利用。反應(yīng)式為:

H2S Fe2(SO4)3 S 2FeSO4 H2SO4

2FeSO4 H2SO4 1/2O2 Fe2(SO4)3 H2O

該方法能耗低,投資少,廢物排放少,適用于沼氣脫硫過程。

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