CN102451607A - 一种用于吸收硫化氢的内外双循环反应的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于吸收硫化氢的内外双循环气液反应的方法和装置。装置包括罐体（1），导流筒（2），喷嘴（3），进液口（4），出液口（5），出气口（6），进气口（10），硫磺分离池（8），外循环通道（9），装置里面装载适合亚铁离子氧化菌生长的反应液，初始pH1.0-2.5，含有1-30g/L的总铁离子，以一定的流速循环流动，待处理吸收的硫化氢由进气口自下而上通入反应器中实现对硫化氢的吸收和内外双循环反应过程。该方法和装置可应用于含硫化氢的尾气、沼气、天然气等气体的处理。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种吸收硫化氢的反应装置和方法，具体说是一种化学吸收硫化氢的内外双循环反应方法和装置。
背景技术
硫化氢（hydrogen sulfide，H2S）是具有刺激性和窒息性的无色剧毒气体。在采矿、冶炼、甜菜制糖，制造二硫化碳、有机磷农药，以及皮革、硫化染料、颜料、动物胶等工业中都有硫化氢产生；有机物腐败场所如沼泽地、阴沟、化粪池、污物沉淀池等处作业时均可有大量硫化氢逸出，作业工人中毒并不罕见。传统脱除硫化氢的方法操作条件较为苛刻，催化剂的价格昂贵，对设备有较大的腐蚀，并且处理过程较为复杂，设备的投资额和运行费用较高。
近些年来，利用氧化亚铁硫杆菌等嗜酸性亚铁氧化细菌的间接作用来实现对硫化氢反应引起了人们的极大关注，其基本原理是氧化亚铁硫杆菌等都能够将酸性环境中的Fe2+转变为Fe3+， Fe3+可以作为高效的氧化剂来吸收处理H2S，Fe3+又变为Fe2+。前者是生物反应，后者属化学反应。于是有人设想将生物反应和化学反应连接起来组成一个循环来吸收处理H2S。即在生物反应器内生长嗜酸性铁氧化细菌颗粒，循环液相由细菌培养液组成，其主要成分Fe2+是细菌的能量来源，循环液经生物反应后，溶液中的Fe2+转变为Fe3+，进入化学反应器与H2S及进行反应，化学反应后Fe3+又转变为Fe2+，也就是说两种不同价态Fe离子在两个反应器的循环转变过程中，就可以脱除气态的H2S，并从中得到副产物单质硫（S. Ebrahimi, et al. High-Rate Acidophilic Ferrous Iron Oxidation in a Biofilm Airlift Reactor and the Role of the Carrier Material. Biotechnology and bioengineering, 2005(90) 4:462-472.）。基于此，专利EP220776、 EP280750、 EP811416、 US-A- 5753189分别介绍了利用氧化亚铁硫杆菌等微生物和Fe3+脱除硫化氢的反应装置及方法。
由于化学反应器中大量硫的形成，传统的填料塔和湍球塔很难应用，更谈不上实现化学吸收与生物反应的兼容和统一。特别是通常情况下，为了维持稳定高效的生物反应，液体在两步反应容器之间的循环流量是稳定的，这在处理的硫化氢浓度不稳定的情况下，如何更好的充分利用生物反应输送来的Fe3+，如何更好地吸收硫化氢和分离硫沉淀，如何为生物反应供输稳定的Fe2+等问题一直在困扰着人们，人们迫切需要采用更好的、具体可行的化学反应方法和装置来实现解决这些难题。然而，迄今为止还没有论文和专利这方面的工作。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题，提出一种可与生物反应更好兼容的化学反应方法和装置和方法来实现对硫化氢的化学吸收。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于吸收硫化氢的气升式内外双循环气液反应装置，包括罐体、导流筒、喷嘴、进液口、出液口、出气口、循环泵、硫磺分离池、外循环通道、进气口（具体细节见说明书附图1）。装置中充满可供亚铁氧化菌生长的液体，反应液的高度应超过内导流筒，待处理吸收的硫化氢由进气口自下而上通入反应器中反应吸收，调解液体初始pH1-2.5，并以稀释率为0.1-2/h的液体流速循环，使反应液通过管道（11）和（12）与生物反应容器间循环（参见说明书附图2）。液体中含有有1-30g/L的总铁离子。内循环以从罐底通入的硫化氢废气为动力，带动液体上升，形成循环，外循环以循环泵为动力，并通过该循环泵来控制外循环的循环流量。当沉淀池中未反应的Fe3+在10%-100%之间时，可开通反应装置的外循环，外循环流速要根据未反应完的Fe3+的多少而正比例调整。外循环通道在底部先和硫磺分离池相接，并使生成的硫磺在沉淀池沉淀，，硫磺分离池再通过管道和罐主体相连，沉淀后的上清液通过管道12向外输Fe2+。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
①、反应溶液分布均匀，气含率高，更有利于硫化氢的反应和吸收。
②、实现了化学吸收与生物反应的兼容和统一。
③、剪切力小，有利于结晶硫的沉淀，形成的结晶硫沿下降管向下运动，并进入硫分离池。
④、设置了外循环通道，具有更广的适应性和优良的灵活性。当硫化氢废气较低时，大量的Fe3+未能来得及反应，此时开通外循环，或者加速外循环可更有效地利用Fe3+，从而为生物反应稳定输出Fe2+。
⑤、能耗低，结构简单，操作维修方便，无二次污染物产生，可应用于含硫化氢的尾气、沼气、天然气等气体的处理。
附图说明
说明书附图1是本发明-一种用于吸收硫化氢的气升式内外双循环气液反应装置的结构示意图，罐体（1）、内导流筒（2）、喷嘴（3）、进液口（4）、出液口（5）、出气口（6）、循环泵（7）、硫磺分离池（8）、外循环通道（9）、进气口（10）、进液管道（11）、出液管道（12）；说明书附图2是生物-化学硫化氢两级反应系统流程示意图。
具体实施例
实施例一
装置结构如说明书附图1，罐体（1）外径30cm、高210 cm，内导流筒（2）外径20cm，高200cm，两筒的壁厚都是1 cm，连接管道（9）外径2.5 cm，装置中充满可供氧化亚铁硫杆菌生长的培养基，调解初始pH1.0，并以稀释率为0.1/h的液体流速循环，使反应液即菌种培养基通过管道（11）和（12）和生物反应部分进行循环（参见说明书附图2）。液体中有1g/L的铁离子，即Fe2+和Fe3+，一定浓度的硫化氢橡胶工业尾废气通过进气口（10）进入本装置，并沿导流筒上升的过程中和液体充分混合反应，结晶硫逐渐形成，然后沿下降管向下运动，进入硫沉淀池（8）分离。沉淀池中的液体经重铬酸钾滴定法检测，当含有的Fe3+的浓度超过总铁离子浓度的10%以上，这样的液体一方面不能为微生物的生长提供充足的能量Fe2+，另一方面可以继续和大量的硫化氢反应，此时开通外循环通道（9），或者加速其循环速度，从而充分利用生物反应输送来的Fe3+，也为生物反应供应输出稳定的Fe2+。尾气经硫化氢电极检测，残留的硫化氢浓度低于40ppm，达到环保排放标准。通过这样的内外双循环硫化氢反应装置，很好地实现硫化氢的化学吸收和生物反应的协调统一，使两步反应形成了有机的整体。
具体实施例二
装置结构如说明书附图1，气升式反应装置罐体（1）直径40cm，内部导流筒（2）直径30cm，高200cm，液相Fe离子浓度15g/L，常温，调节初始pH1.8，并以稀释率为1/h的液体流速循环，通气量10L/min，沼气中硫化氢的浓度10000ppm，在以上条件下连续操作，硫化氢脱除率在90～99%，此时承载的负荷为0.27mol/h，经沉淀分离后, 重铬酸钾滴定法检测液体仍含有较高浓度的Fe3+，此时打开外循环通道（9），开通外循环，使未反应的Fe3+重新进入反应装置进行与硫化氢的反应，当沉淀池（8）中55%以上的Fe3+反应完, 外循环通道（9）降低循环速度或关闭，从而可为生物反应供应输出浓度稳定的Fe2+，实现化学吸收和生物反应的协调统一，使两步反应形成了有机的整体。
具体实施例三
如说明书附图1的总高60cm的内外双循环硫化氢化学吸收装置和相应的生物反应器，立放在同一水平高度，通过管道连接成一套完整的生物-化学硫化氢两级反应系统（说明书附图2），生物反应器为固定床结构，内部填充固定化氧化亚铁硫杆菌或氧化亚铁钩端螺旋菌的固定化颗粒，硫化氢吸收装置中是氧化亚铁硫杆菌生长的反应液，并以稀释率为2.0/h的流速使反应液即菌种培养基通过管道（11）和（12）和生物反应容器间循环。液体中有30g/L的铁离子，即Fe2+和Fe3+，将采集到的含0.5%硫化氢的天然气通过进气口（10）进入本装置，并沿导流筒上升的过程中和液体充分混合反应，结晶硫逐渐形成，然后沿下降管向下运动，进入硫沉淀池分离。此时，沉淀池中的液体经重铬酸钾滴定法检测，当含有的Fe3+的浓度超过总铁离子浓度的90%以上，这样的液体一方面不能为微生物的生长提供充足的能量Fe2+，另一方面可以继续和大量的硫化氢反应，因此，此时开通外循环通道（9），或者加速其循环速度，从而充分利用生物反应输送来的Fe3+，也为生物反应供应输出稳定的Fe2+。运行中当Fe3+的浓度低于总铁离子浓度的10%，不再开通外循环通道（9），尾气经硫化氢检知管检测，残留的硫化氢浓度低于40ppm，达到环保排放标准。通过这样的内外双循环硫化氢反应装置，很好地实现了硫化氢的化学吸收和生物反应的协调统一，使两步反应形成了有机的整体，大大提高了脱硫效率，降低了生产工序与成本，保证了脱除硫化氢反应的顺利进行。
Claims (6)
1.一种用于吸收硫化氢的内外双循环气液反应的方法和装置，其特征是，以气升式内循环反应器作为吸收硫化氢的主体，包括罐体（1），内导流筒（2），喷嘴（3），进液口（4），出液口（5），出气口（6），进气口（10），硫磺分离池（8），同时增加外循环通道（9），实现对硫化氢的吸收和内外双循环反应过程。
2.据权利要求1所述的一种用于吸收硫化氢的内外双循环气液反应的方法和装置，里面装载适合亚铁离子氧化菌生长的反应液，反应液的高度应超过内筒，待处理吸收的硫化氢由进气口自下而上通入反应器中反应吸收。
3.根据权利要求1所述的一种用于吸收硫化氢的内外双循环气液反应的方法和装置，在运行过程中开通管道11、12，使反应液在装置中以稀释率为0.1-2.0/h的液体流速循环流动，并使生成的硫磺在沉淀池沉淀，沉淀后的上清液通过管道12向外输出。
4.根据权利要求1和2所述的一种用于吸收硫化氢的内外双循环气液反应的方法和装置，反应液初始pH1.0-2.5，含有1-30g/L的总铁离子。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种用于吸收硫化氢的内外双循环气液反应的方法和装置，当沉淀池中未反应的Fe3+在10%-100%之间时，可开通反应装置的外循环，外循环流速要根据未反应完的Fe3+的多少而正比例调整。
6.根据权利要求1所述的一种用于吸收硫化氢的内外双循环气液反应的方法和装置，可应用于含硫化氢的尾气、沼气、天然气等气体的处理。
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