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各種沼氣脫硫工藝的對比分析
發布人:admin 發布時間:2019-12-16 瀏覽次數:400次

唐山科為公司沼氣處理工程 沼氣作為一種新興能源其應用越來越廣泛,在我國環保標準中嚴格規定,利用沼氣能源時,沼氣氣體中H2S 含量不得超過10ppm 。無論在工業或民用氣體中, 都必須盡可能的除去H2S。

沼氣中含有硫化氫,分子式為H2S,硫化氫為易燃危化品,與空氣混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高熱能引起燃燒爆炸,加上硫化氫遇水后會對鋼材產生較強的腐蝕特性,因此沼氣提純精制生物天然氣的預處理工序的核心即是脫除硫化氫。

不同的有機廢棄物在厭氧狀態下產生的沼氣中的硫化氫濃度有高有低,差異比較大。造紙工業、發酵工業等由于在生產過程中有含硫的介質加入,生產廢水產生的沼氣含硫化氫的濃度便比較高。如造紙行業的沼氣可高達10000-35000ppm,淀粉工業沼氣一般在10000ppm左右,生活垃圾填埋沼氣則由于產生過程中相對較少有硫介質參與,因此硫化氫含量較低,一般在1000ppm以內。

在我國,沼氣的生產加工技術和商業化運行系統也已經逐漸成熟,通過自主創新、引進并消化吸收了國外成熟先進的高含固量的有機廢棄物厭氧消化技術,其中以谷物秸稈、畜禽糞便、城市有機垃圾為處理對象的大型沼氣工程也取得了突破性進展,因此,相應的沼氣凈化工藝技術也得到發展,形成了一系列相對比較成熟的技術。

行業內常用的沼氣脫硫方法有:干法脫硫、濕法脫硫、絡合鐵脫硫、生物法脫硫等幾種脫硫方法。

脫硫原理

干法脫硫

唐山科為干法脫硫是一種簡易、高效、相對低成本的脫硫方式,一般適合用于沼氣量小,硫化氫濃度低的沼氣脫硫。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。氣體以低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。脫硫塔通常設計為一用一備,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:

第一步: Fe2O3 · H2O + 3 H2S = Fe2S3 + 4 H2O (脫硫)

第二步: Fe2S3 + 3/2 O2 + 3 H2O = Fe2O3 · H2O + 2 H2O + 3 S(再生)

含有硫化氫的沼氣首先與底部入口處荷載相對高的脫硫劑反應,反應器上部是負載低的脫硫劑層,通過設計良好的沼氣空速和線速,干式脫硫能到達良好的精脫硫效果。

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質,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,在底部排放廢棄填料的同時,相同體積的新鮮脫硫填料加入反應器中。

切記更換脫硫劑時不可時間過短,否則很容易引起放熱導致硫磺自燃。

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。

在大型的脫硫工程中,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、硫化氫采樣與監測系統、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監控以及PH值監控,實現全自動運行。

運行時,沼氣由下至上通過脫硫塔,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濃度的監控自動運行。

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,設置最優反應條件,盡可能地減少堿液的消耗量。

絡合鐵脫硫

絡合鐵工藝是一種綠色的,基于Fe基催化劑的濕法氣體凈化技術,它集脫硫與硫磺回收于一體,在液相中直接將H2S轉化為單質S。

硫化氫脫出率高( 一步反應的脫出率99.99+% )

工藝簡單、安全,系統不使用任何有毒的化學物質,也不會產生任何有害的廢棄物,控制簡單,系統安全系數高

適合于產量在200公斤-20噸/天的小型硫化氫脫除裝置

適應H2S含量在0~100%

操作條件為常溫

唐山科為絡合鐵工藝反應原理:

吸收反應:

H2S(氣體)+ 2Fe+++ 2H+ + S °+ 2Fe++

再生反應:

1/2 O2 (氣體) + H2O + 2Fe++ 2OH- + 2Fe+++

總反應:

H2S + ? O2 H2O + S°

絡合鐵脫硫優勢

(1)絡合鐵催化劑,工藝處理過程簡單,采用一步法處理工藝即可快速將硫化氫直接氧化為硫單質;對各種不同濃度的H2S,其脫硫后的H2S含量可低于10ppm,清除H2S效率高。

(2)系統的抗波動能力強。對于傳統的脫硫裝置,原料氣中硫化氫含量波動較大時,會造成出口凈化氣的硫化氫含量波動很大,甚至超標。絡合鐵高硫容特性,其脫硫裝置完全能自動處理以上波動情況,并不需要人為改變操作且不會影響脫硫率。

(3)運行成本低。由于在脫硫過程中所使用的各種藥劑中的絡合鐵催化劑可再生循環使用且無副反應發生,只需補充少量的在脫硫過程中損失的絡合鐵催化劑,產出一噸硫磺藥劑運行成本1000-1500元。

(4)絡合鐵催化劑選擇性高,副鹽產生量低。在絡合鐵脫硫中,絡合鐵離子氧化硫化氫為硫磺,脫硫過程副反應少,藥劑使用壽命長。

(5)脫硫工作液硫容量高。最新開發的絡合鐵脫硫劑,脫硫劑循環液的硫容量不受二氧化碳的影響,其工作硫容量高達3.3kg硫磺/m藥劑,高于國外同類技術(工作硫容量較好的為0.37 kg硫磺/m藥劑)。故使用絡合鐵脫硫劑能顯著降低循環液量,降低設備尺寸,減少投資和操作成本。

(6)能脫除有機硫COS、硫醇。

(7)設備尺寸小,可有效實現橇裝化。由于工作硫容量高,設備小,可有效實現橇裝化,非常適合小項目的橇裝化要求。

(8)催化劑的安全性高,系統所采用的催化劑對環境及人體無毒無害,具有良好的環保效益。

(9)系統無大量副鹽產生,環保經濟。

生物脫硫

生物脫硫技術包括生物過濾法、生物吸附法和生物滴濾法,三種系統均屬開放系統,其微生物種群隨環境改變而變化。在生物脫硫過程中,氧化態的含硫污染物必須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,極少有酵母菌。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。最成功的代表是氧化亞鐵硫桿菌,其生長的最佳p

H值為2.0~2.2。

沼氣生物脫硫是20世紀90年代發展起來的新技術,在國外已得到了廣泛研究,在應用方面也取得了很大進展。國外已有較成熟的沼氣生物脫硫集成技術。

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特殊的塑料填料,它們為脫硫細菌繁殖提供充分的空間。營養液的循環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。

1 反應塔 5 營養液供應 9 熱交換器 13 營養液液位控制器

2 填料 6 稀釋用水 10 氣分析儀 14 空氣流量計

3 沼氣入口 7 循環液 11 pH 控制儀 15 營養液廢液排出口

4 空氣供應 8營養液泵 12 溫度計 16安全流量控制開關

沼氣(3)進入反應器(1)底端,并從底端穿過填料層到達頂部。空氣(4)通過變頻控制精確添加。尾氣成分分析儀(10)對余氧濃度監控并與空氣風機連鎖。 循環液通過循環泵(8)循環噴淋。液位開關(13)控制整體的液位平衡。為了保證細菌的最佳活性,采用熱交換器(9)和溫度監測(12)對系統溫度調節控制。PH儀(11)用于控制營養液的質量(酸堿度),例如當PH低于設定值時,新鮮的營養液(5)和稀釋用水(6)自動加入脫硫塔中,在此同時,廢液(15)自動排

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