沼气脱硫的脱硫原理
干法脱硫主要包括主体钢结构、脱硫剂填料、观察窗、压力表、温度计等部件。脱硫塔通常设计为一用一备,交替使用,即一个脱硫,一个再生。含硫化氢(H2S)的沼气从脱硫塔底部进入,在通过脱硫填料层到顶部的过程中,H2S与脱硫剂反应如下:
第一步:Fe2O3 H2O+3H2S = Fe2S3+4H2O(脱硫)
第二步:fe2s 3+3/2 O2+3H2O = fe2o 3 H2O+2H2O+3s(再生)。
含硫化氢的沼气首先在底部入口与负荷相对较高的脱硫剂反应,负荷较低的脱硫剂层在反应器顶部。通过设计好沼气空速和线速度,干法脱硫可以达到良好的精细脱硫效果。
在沼气进入干式脱硫塔之前,应设置冷凝水箱或沼气颗粒过滤器。该装置可以消除沼气中的颗粒杂志,使沼气在脱硫前含有一定的湿度。
当观察到脱硫剂变色或系统压力损失过大时,应交替使用另一个脱硫塔。目前的脱硫塔是在沼气放空后进行自然通风来再生脱硫剂。再生效果不好时,应从塔底取出废脱硫剂,并在废填料从塔底排出的同时,向反应器中加入等体积的新鲜脱硫填料。湿法脱硫可分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法。物理和化学方法都有硫化氢再处理的问题。氧化法以碱性溶液为吸收剂,加入氧载体作为催化剂,吸收硫化氢并将其氧化成单质硫。湿式氧化法是将脱硫剂溶解在水中,液体进入设备与沼气混合。沼气中的硫化氢(H2S)与液体反应生成元素硫。吸收硫化氢的液体包括氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠和硫酸亚铁。成熟的氧化脱硫方法,脱硫效率可达99.5%以上。
大型脱硫工程一般先用湿法脱硫,再用干法脱硫进行精脱硫。
湿式脱硫塔主体包括洗涤塔、硫化氢取样监测系统、碱液配置罐、供水软水装置、液位控制系统、支架和连接器。脱硫系统通过监测硫化氢浓度和PH值实现全自动运行。
运行时,沼气自下而上通过脱硫塔,Na2CO3溶液(或NaOH溶液)从顶部向下喷射,使H2S气体和碱液发生充分的化学反应。
碱液储存在脱硫塔下,由计量泵自动添加,计量泵的添加控制是通过监测出口气体中H2S的浓度来自动操作的。
当碳酸钠(Na2CO3)用于脱硫时,主要发生以下反应:
H2S +碳酸钠=亚硫酸氢钠+碳酸氢钠(1)二氧化碳+碳酸钠+ H2O =碳酸氢钠(2)
因为沼气含有大量的CO2,所以也消耗碱液。系统应能控制反应条件(包括反应温度和PH值),设定最佳反应条件,并尽可能减少碱液的消耗。生物脱硫技术包括生物过滤、生物吸附和生物滴滤,它们都是开放系统,其微生物种群随着环境的变化而变化。在生物脱硫过程中,氧化态的含硫污染物必须首先被还原成硫化物或H2S,然后通过生物氧化作用被还原成元素硫才能被脱除。在大多数生物反应器中,细菌是主要的微生物种类,其次是真菌,很少有酵母菌。常用的细菌有氧化亚铁硫杆菌、脱氮硫杆菌和硫杆菌。最成功的代表是氧化亚铁硫杆菌,其最适p H值为2.0 ~ 2.2。
沼气生物脱硫是20世纪90年代发展起来的一项新技术,在国外得到了广泛的研究,并在应用方面取得了很大的进展。国外有成熟的沼气脱硫集成技术,主要有荷兰帕克公司的壳牌-PAQ工艺和奥地利EnvironTec生物滤池脱硫工艺,在国内也有广泛应用。国内生物脱硫技术仍处于研究阶段。下面以奥地利英环的EnvironTec生物脱硫技术为例,介绍沼气生物脱硫工艺。EnvironTec生物脱硫至今在全球已完成400多个工程案例,在国内也有不少工程案例。该技术已被证明是沼气脱硫的最佳实用技术。典型案例表明,生物脱硫的综合运行成本每立方米沼气不到2分钱。
流程描述:
向含有硫化氢的沼气中通入一定量的空气,混合气体通过EnvironTec生物脱硫塔去除硫化氢。反应器内装有特殊的塑料填料,为脱硫菌的繁殖提供了足够的空间。营养液的循环使填料保持湿润,补充脱硫菌生长繁殖所需的营养物质。专有菌株(如硫杆菌或硫杆菌)借助营养液在填料中繁殖。在这种情况下,它们从混合沼气中吸收硫化氢,并将其转化为元素硫,然后转化为稀硫酸。
化学反应式如下:H2S+2O2=H2SO42。
H2S+O2 = 2s+2h2o s+H2O+1.5o 2 = h2so 4生成的稀硫酸在营养液和自来水的缓冲和中和作用下一起排出系统。
这个过程一直持续下去。
1反应塔5营养液供应9热交换器13营养液液位控制器2填料6稀释水10气体分析仪14空气流量计
3沼气入口7循环液11 pH控制器15营养液废液出口
4供气8营养液泵12温度计16安全流量控制开关
沼气(3)进入反应器(1)底部,从底部到顶部通过填料层。空气(4)通过变频控制精确添加。尾气成分分析仪(10)监测残余氧浓度,并与鼓风机相连。循环泵(8)循环喷射循环液。液位开关(13)控制整体液位平衡。为了保证细菌的最佳活性,采用热交换器(9)和温度监测(12)来调节和控制系统温度。PH计(11)用于控制营养液的质量(PH)。比如当pH低于设定值时,自动向脱硫塔中加入新鲜营养液(5)和稀释水(6),同时废液(15)自动排出,液位保持平衡。