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沼氣脫硫工藝
沼氣作為一種新興能源其應用來廣泛,在我保中規定,利用沼氣能源時,沼氣氣體中H2S 含量不得超過20mg/m3 。無論在工業或民用氣體中, 都盡可能的除去H2S。
沼氣從厭氧發酵裝置產出時,是在中溫或溫發酵時,攜帶有大量的H2S 。由于沼氣中還有大量的水蒸汽存在,水與沼氣中的H2S 共同作用,加速了金屬管道、閥門和流量計的腐蝕和堵塞。另外, H2S 燃燒后生成的SO2 ,與燃燒產物中的水蒸氣結合成亞硫酸,使設備的金屬表面產生腐蝕,并且還會造成對的污染,影響體健康。因此,在使用沼氣之前,脫除其中的H2S 。
業內常用的沼氣脫硫方法有:干法脫硫、濕法脫硫、生物法脫硫等幾種脫硫方法。
脫硫原理
干法脫硫
干發脫硫是一種簡易、、相對的脫硫方式,一般適合用于沼氣量小,硫化氫濃度的沼氣脫硫。干法脫除沼氣氣體中硫化氫(H2S)的設備基本原理是以O2使H2S 氧化成硫或硫氧化物的一種方法,也可稱為干式氧化法。干法設備的構成是,在一個容器內放入填料,填料層有活性炭、氧化鐵等。氣體以流速從一端經過容器內填料層,硫化氫(H2S)氧化成硫或硫氧化物后,余留在填料層中,凈化后氣體從容器另一端排出。
干式脫硫主要包括主體鋼結構、脫硫劑填料、觀察窗、壓力表、溫度表等組件。脫硫塔通常為一用一備,交替使用,即一個脫硫,一個再生。 含有硫化氫(H2S)的沼氣進入脫硫塔底部,在穿過脫硫填料層到達頂端的過程中,H2S與脫硫劑發生以下的化學反應:
干法脫硫
干法脫硫
*步: Fe2O3 · H2O + 3 H2S = Fe2S3 + 4 H2O (脫硫)
二步: Fe2S3 + 3/2 O2 + 3 H2O = Fe2O3 · H2O + 2 H2O + 3 S(再生)
含有硫化氫的沼氣先與底部入口處荷載相對的脫硫劑反應,反應器上部是負載的脫硫劑層,通過好的沼氣空速和線速,干式脫硫能到達好的精脫硫效果。
在沼氣進入干式脫硫塔之前,應設置有冷凝水罐或沼氣顆粒過濾器。該裝置可以消除沼氣中夾雜的顆粒雜志,并使得沼氣在進入脫硫前含有一定濕度。
當觀察到脫硫劑變色,或系統壓力損失過大時,應交替使用另一個脫硫塔。當前的脫硫塔在沼氣放空后,進行自然通風,對脫硫劑進行再生。當再生效果不佳時,應從塔體底部將廢棄的脫硫劑排除,在底部廢棄填料的同時,相同體積的脫硫填料加入反應器中。
濕法脫硫
濕法脫硫可以歸納分為物理吸收法、化學吸收法和氧化法三種。物理和化學方法存在硫化氫再處理問題,氧化法是以堿性溶液為吸收劑,并加入載氧體為催化劑,吸收H2S,并將其氧化成單質硫,濕法氧化法是把脫硫劑溶解在水中,液體進入設備,與沼氣混合,沼氣中的硫化氫(H2S)與液體產生氧化反應,生成單質硫吸收硫化氫的液體有氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉、硫酸亞鐵等。成熟的氧化脫硫法,脫硫效率可達99.5以上。
在的脫硫工程中,一般采用先用濕法進行粗脫硫,之后再通過干法進行精脫硫。
濕法脫硫塔主體包括洗滌塔、硫化氫采樣與系統、堿液配置槽、供水軟水裝置、液位控制系統、支撐件和連接件。脫硫系統通過對出氣硫化氫濃度的以及PH值,實現全自動運行。
運行時,沼氣由下上通過脫硫塔,Na2CO3溶液(或NaOH溶液)從頂部向下噴淋,使得H2S氣體與堿液發生了充分的化學反應。
堿液存儲在脫硫塔的下方,通過計量泵自動添加,計量泵的添加控制通過對出氣H2S濃度的自動運行。
當采用碳酸鈉(Na2CO3)試劑脫硫時,主要發生如下反應:
H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3 ( 1 )
CO2 + Na2CO3 + H2O = 2 NaHCO3 ( 2 )
由于沼氣中含有的大量CO2成分,同樣會消耗堿液。 系統應能對反應條件(包括反應溫度、PH值)等進行控制,設置zui反應條件,盡可能地減少堿液的消耗量。
生物脫硫
生物脫硫包括生物過濾法、生物吸附法和生物滴濾法,三種系統均屬開放系統,其微生物種群隨改變而變化。在生物脫硫過程中,氧化態的含硫先經生物還原作用生成硫化物或H2S然后再經生物氧化過程生成單質硫,才能去除。在大多數生物反應器中,微生物種類以細菌為主,真菌為次,少有酵母菌。常用的細菌是硫桿菌屬的氧化亞鐵硫桿菌,脫氮硫桿菌及排硫桿菌。zui的代表是氧化亞鐵硫桿菌,其生長的*pH值為2.0~2.2。
沼氣生物脫硫是20世紀90起來的新,在外已得到了廣泛,在應用方面也大進展。外已有較成熟的沼氣生物脫硫集成,主要包括荷蘭帕克公司的殼牌-帕克工藝(shell-PAQ工藝)、奧地利英(EnvironTec)生物濾池脫硫工藝等,這些工藝在內也得到了較廣泛應用。內的生物脫硫目前還處于階。下面以奧地利英EnvironTec 生物脫硫為例,介紹一下沼氣生物脫硫工藝。EnvironTec生物脫硫在迄今已完成400多個工程案例,在內也有不少工程案例,該被是沼氣脫硫的*,一個典型的案例,生物脫硫的運行于每立方沼氣2分錢。
工藝描述:
將一定量的空氣導入含有硫化氫的沼氣中,混合氣體通過EnvironTec生物脫硫塔去除硫化氫。在反應器內部安裝有的塑料填料,它們為脫硫細菌繁殖提供充分的空間。營養液的循使填料保持潮濕狀態,并且補充脫硫細菌生長繁殖所需的營養。專屬菌種(如絲硫菌屬或者硫桿菌屬),借助營養液在填料中繁殖。在這種情況下,他們從混合沼氣中吸收硫化氫,并將他們轉化為單質硫,進而轉化為稀硫酸,
化學反應式如下:
H2S + 2O2=H2SO42
H2S + O2 =2 S + 2H2OS + H2O + 1.5 O2=H2SO4
生成的稀硫酸在營養液和自來水的緩沖中和作用下,一起排出系統,
此過程周而復始。
2方法比較
干法脫硫的點
①結構簡單,使用方便。
②工作過程中無需員值守,定期換料,一用一備,交替運行。
③脫硫率新原料時較,后期有所降。
④與濕式相比,需要定期換料。
⑤運行費用偏。
濕法脫硫的點
①設備可不停的運行,連續進行脫硫。
②用PH值來保持脫硫效率,運行費用。
③工藝復雜需要專值守。
④設備需保養。
生物脫硫的點
①率: 硫化氫去除率達98.5
②適應范圍: 可處理硫化氫濃度達1.5 (15000ppm)
③: 與其它脫硫相比,運行zui
④安全性: 設有多重的安全裝置
⑤無值守: 系統通過在線系統全自動運行
⑤維護簡單: 少量的維護工作 (如定期校正PH探頭)
脫硫劑怎樣進行再生?
脫硫劑再生的方法是:將失去活性的脫硫劑取出,均勻疏松地攤放在平整、干凈、背陽、通風的場地,經常翻動脫硫劑,使其與空氣充分接觸,氧化再生。