CN101602971A

CN101602971A - 沼气生物脱硫工艺

Info

Publication number: CN101602971A
Application number: CNA2009101622595A
Authority: CN
Inventors: 李旭源
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2009-12-16

Abstract

一种沼气生物脱硫工艺，是以pH值为7.5－8.0的含生物脱硫细菌的吸收液先与沼气接触进行反应，然后反应液再经过曝气使其溶解氧量维持在0.50－1.25mg/L，使吸收液中的硫元素转化为单质硫，经过沉降分离单质硫后的溶解氧量维持在0.50－1.25mg/L的吸收液循环使用。这种工艺不需要再进一步通过干法或湿法脱硫，工艺简单便于操作。

Description

沼气生物脱硫工艺

技术领域

本发明涉及一种沼气生物脱硫技术。

背景技术

沼气是生物质能源，属于可再生能源。沼气中由于含有H₂S，在湿热条件下，对金属管道、储气柜和用气设备具有很强的腐蚀性。而且在沼气燃烧时，H₂S还会转化为SO₂和SO₃，不仅会污染环境，而且还会腐蚀设备，所以沼气在使用前需要去除其中含有的H₂S。

目前的沼气脱硫技术主要有以下三种方式：

(1)有干法脱硫：在干式脱硫塔中，通过脱硫剂氧化铁等与H₂S的反应去除沼气中的H₂S。但脱硫剂在反复使用后会失效，产生的废料会造成二次污染。

(2)湿法脱硫：在湿式洗涤塔中，通过碱性液体吸收沼气中的H₂S。其第一步采用pH为12.5的NaOH溶液洗涤沼气，H₂S的去除率为80％。第二步采用pH为9.5的NaClO和NaOH溶液洗涤，经过二步处理后的H₂S的去除率达到99％以上。但这种方法碱液在循环过程中很快结晶，堵塞水泵、管道等。

(3)生物脱硫：是利用脱硫细菌例如光合硫细菌、硫杆菌、无色硫细菌等将H₂S转化，可以有两种反应式，为：

H₂S+O₂→H₂SO₄

H₂S+O₂→S+H₂O

生物脱硫每立方米沼气处理成本低于0.1元，远低于干法脱硫和湿法脱硫。

目前的生物脱硫，大部分是用污泥经过充分曝气后，培养驯化得到的含脱硫细菌的溶液作为吸收液，在吸收塔内与沼气接触进行反应。虽然理论上来说，通过控制参与反应的氧含量可以控制反应是有利于生成H₂SO₄还是生成单质S，但是由于反应的复杂性，如何对反应进行有效控制使其生成单质S还未见公开。通常，由于吸收液要经过曝气使其中溶解氧以作为除H₂S的氧化剂，一般是充分曝气使氧饱和，这样曝气容易控制。吸收液一般为中性或酸性，例如中国专利申请CN1775344A，吸收液初始pH值为8.0，随着反应的进行逐渐降为2.5-3.0，这种生物脱硫技术是将H₂S转化为H₂SO₄。通常经过酸性生物脱硫后，还不能达到沼气脱硫所要求的脱除效果，还要进一步经过干法脱硫，工艺复杂。另生成的pH为2.5-3.0的酸性吸收液对设备具有较强的腐蚀性，对脱硫设备的耐腐蚀性要求较高，还需要经常换吸收液。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的沼气生物脱硫工艺，这种工艺通过对反应条件和反应过程的控制，将H₂S转化为单质S，然后经过沉降分离，除硫效率高，且吸收液采用弱碱性，对装置腐蚀性要比目前的酸性生物脱硫小的多。

本发明采用如下技术方案：一种沼气生物脱硫工艺，是以pH值为7.5-8.0的含生物脱硫细菌的吸收液先与沼气接触进行反应，然后反应液再经过曝气使其溶解氧量维持在0.50-1.25mg/L，使吸收液中的硫元素转化为单质硫，经过沉降分离单质硫后的溶解氧量维持在0.50-1.25mg/L的吸收液循环使用。

所述的沼气与吸收液先在吸收塔内接触进行反应，所述的曝气过程是在一个独立的生物反应器内进行，使生物脱硫分反是反两个过程进行：

吸收塔中主要发生化学反应：

生物反应器中主要发生生化反应：

这样使得单质硫主要是在生物反应器内形成，可以通过沉降分离出去，避免堵塞吸收塔内填料。

在所述吸收塔内的沼气与吸收液的气液体积比可以控制5-20∶1。

所述的吸收液的温度比较理想的是控制在20-35℃范围内。

本发明的有益效果在于：

1、通过控制溶解氧含量在0.50-1.25mg/L，并且吸收液采用7.5-8.0的弱碱性，使反应生成单质硫，反应过程不需要再加碱吸收液即可维持在弱碱性环境，对设备基本没有什么腐蚀。

2、硫化氢脱除率高，通过对吸收液pH值和溶解氧的控制，使经过处理后的沼气中的H₂S可以达到150ppm以下，不需要再进一步地用干法或湿法脱硫，简化了脱硫工艺。

3、沼气中的H₂S是被转化为单质硫，经过沉降分离出来，还可以进一步经过浓缩干燥获得S作为化工原料，没有二次污染。

4、反应分步进行，单质硫主要在生物反应器内进行，不易堵塞吸收塔内填料，且不需要更换吸收液，保证了装置的长周期运转。

附图说明

图1为本发明的沼气生物脱硫工艺的流程图。

图2为吸收液pH——沼气中H₂S浓度曲线图。

图3为吸收液温度——H₂S去除率曲线图。

图4为气液体积比——H₂S去除率曲线图。

图5为溶解氧浓度——H₂S去除率曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细描述，以助于理解本发明的内容。

如图1所示，吸收液是采用污水厂曝气池污泥中的微生物菌种配制成的pH值为7.5-8.0的弱碱性溶液。硫化氢吸收塔为填料塔，吸收液从塔顶向下喷淋，沼气从填料层下方进入，在填料层内沼气与吸收液接触，沼气中的H₂S扩散到弱碱性吸收液中，并且会发生如下反应：

塔底出来的吸收液进入生物反应器，在生物反应器内向吸收液通入空气进行曝气，通过控制进气量使吸收液中溶解氧量达到0.50-1.25mg/L，通过控制溶解氧量使得生物反应器内发生如下化学反应：

即在生物反应器内有单质硫生成。

由上述反应可以看出，整个脱硫过程中，沼气中的H₂S是与氧在硫细菌作用下被转化成了单质硫，而不是形成硫酸，所以溶液仍然会维持在7.5-8.0的弱碱性，不需要再补充碱液。吸收液在沉降槽内经过沉降，清液仍然循环用于吸收塔，含单质硫的溶液再通过硫渣分离器可以将副产品硫分离出来。

下面通过具体实施例说明各参数对脱硫效果的影响。

实施例1 吸收液pH值对沼气中H₂S脱除效果的影响

实验所用沼气中甲烷气占60％左右，其余为二氧化碳、硫化氢、水蒸汽和其它杂质气体，H₂S含量：5000mg/l，沼气压力：1.5KPa(15cm水柱)。

吸收液温度27℃，溶解氧0.75mg/L，吸收塔控制沼气与吸收液的气液体积比为15∶1。

吸收塔的高度为6米，直径0.6米。高度直径比10∶1(流量较大时比例可减小，但塔内竖向需分格，为避免短路)填料高度：2米。选用的填料为梯形塑料颗粒，粒径10mm。

方法：通过改变吸收液的pH值，测定系统稳定后从塔顶出来的沼气中H₂S的浓度，其结果见图2。

由图2可以看出，当吸收液pH值大于7.2时，处理后的沼气中中的H₂S浓度明显降低，当pH值大于7.5时沼气中H₂S浓度会低于150ppm，并且随吸收液pH值的升高H₂S浓度变化趋于缓和。控制吸收液的pH为7.5-8.0，可以得到比较理想的脱硫效果。

实施例2 吸收液温度对H₂S去除率的影响

吸收液温度pH值为7.6，溶解氧0.75mg/L，吸收塔控制沼气与吸收液的气液体积比为15∶1。

吸收塔的条件同实施例1。

方法：通过改变吸收液的温度，从塔顶出来的沼气中H₂S的浓度并计算H₂S去除率，其结果见图3。

由图3可以看出，当吸收液温度较低时脱除率较低，但温度在28度左右时H₂S去除率最好，再升高温度开始降低。因此温度选择20-35度比较理想。

实施例3 气液比对H₂S去除率的影响

吸收液温度pH值为7.6，温度27℃，溶解氧0.75mg/L。

吸收塔的条件同实施例1。

方法，通过改变吸收塔的沼气进气量，来调整气液比，测定不同气液比条件下从塔顶出来的沼气中H₂S的浓度并计算H₂S去除率，其结果见图4。

由图4可以看出，气液比越高H₂S的去除率越低。因此温度选择5-20℃比较理想。

实施例4 溶解氧浓度对H₂S去除率的影响

吸收液温度pH值为7.6，温度27℃，气液比为15。

吸收塔的条件同实施例1。

方法：通过改变生物反应气的空气进气量，来调整吸收液的溶解氧浓度，测定不同溶液氧浓度条件下从塔顶出来的沼气中H₂S的浓度并计算H₂S去除率，其结果见图5。

由图5可以看出，溶解氧在0.5-1.25mg/L时H₂S的去除率较高。

Claims

1、一种沼气生物脱硫工艺，是以pH值为7.5-8.0的含生物脱硫细菌的吸收液先与沼气接触进行反应，然后反应液再经过曝气使其溶解氧量维持在0.50-1.25mg/L，使吸收液中的硫元素转化为单质硫，经过沉降分离单质硫后的溶解氧量维持在0.50-1.25mg/L的吸收液循环使用。

2、如权利要求1所述的沼气生物脱硫工艺，其特征在于所述的沼气与吸收液先在吸收塔内接触进行反应，所述的曝气过程是在一个独立的生物反应器内进行，使生物脱硫分反是反如下两个过程进行：

吸收塔中发生化学反应：

生物反应器中发生生化反应：

3、如权利要求1或2所述的沼气生物脱硫工艺，其特征在于：所述沼气与吸收液的气液体积比为5-20∶1。

4、如权利要求1或2所述的沼气生物脱硫工艺，其特征在于：所述的吸收液的温度为20-35℃。

5、如权利要求3所述的沼气生物脱硫工艺，其特征在于：所述的吸收液的温度为20-35℃。