CN205627588U - 一种闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置 - Google Patents

Abstract

一种闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：包括化学吸收单元、生物氧化单元、硫磺回收单元、膜分离单元和厌氧还原单元；具体包括吸收塔、生物好氧反应器、沉降槽、离心机、膜分离过滤器、生物厌氧反应器、富液泵、贫液泵、再生液泵、硫浆液泵、硫酸盐液泵，还原液泵。本实用新型可以实现生物脱硫产业的绿色环保化、节能减排化、资源回收化，具有社会、经济和环境三重效益。

Description

一种闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置

技术领域

本实用新型涉及一种闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，主要用于天然气、页岩气、沼气、煤化工工艺气以及炼厂工业废气等含有硫化氢的气态流体的净化处理，同时可实现硫资源最大化回收、废液近零排放，属于环保净化装备领域。

背景技术

硫化氢脱除是石油天然气开采、炼化、煤化工、水处理等行业清洁安全生产所面临的重大任务之一。随着环保标准提高，高含硫天然气开发和煤化工快速发展，亟待开发清洁高效H₂S脱除方法，以解决目前H₂S脱除所面临的成本高、硫堵、二次污染等问题。气体生物脱硫及硫回收是基于生物硫氧化原理建立起来的以硫磺回收微目标的是湿法硫化氢脱除方法，具有生物催化剂可再生、生物硫磺不易堵塞等优点。目前，在国内外大力提倡低碳经济和日益严格环保排放要求的大趋势下，生物脱硫作为含硫气体一种新的净化手段，具有较好的发展前景。选用不同的菌种可以分别实现对无机硫、有机硫和工业气体中含硫化合物的脱除。

目前微生物脱硫装置在国内外已有部分应用，使用效果良好、成本较低，但伴有富含硫酸盐废液排放，带来二次污染。中国专利CN203090734U公开了“一种两段式沼气生物脱硫装置”，该专利可消除沼气安全隐患、脱硫效率高及稳定运行等优点，但该生物反应器为曝气式再生塔，溶解氧分布不均匀，导致硫酸盐副产物相对较高，且传质效果差、能耗高，工程应用受到一定的限制。中国专利CN201023019Y公开了“一种沼气生物脱硫装置”，该装置属于一体化生物脱硫设备，但空气与沼气混合，存在极大的安全隐患；无法准确控制塔内填料层中溶液的溶解氧含量，造成硫酸盐 的积累，影响脱硫效果；生成的单质硫逐渐堵塞填料层，增加系统压降，导致脱硫率降低。中国专利CN2870960Y公开了“一种沼气生物脱硫设备”，该脱硫塔为生物滴滤塔，脱硫系统运行时产生的H₂SO₄使循环液的pH值快速降低，循环液的pH无法保持，导致脱硫率下降。

生物脱硫工艺过程不可避免的产生硫酸盐副产物，为防止硫酸盐的聚集，需要从生物反应器引出小股连续物流外排，并需补充碱液。硫酸盐废液的定期排放带来单质硫资源的损失，废液二次污染是生物脱硫工艺当前面临的重要瓶颈。从硫酸盐废液中回收硫资源，以期达到最大限度的回收单质硫，实现生物脱硫闭路循环、废液近零排放成为亟待解决的课题。

发明内容

鉴于生物脱硫在节能环保的优势，本实用新型的目的是在于克服现有技术中的不足，开发一种运行稳定、操作简单、安全可靠、节能高效、用途广泛、实现闭路循环、废液近零排放的微生物脱硫及回收单质硫的装置。

为实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案：闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：包括化学吸收单元、生物氧化单元、硫磺回收单元、膜分离单元和厌氧还原单元；具体包括吸收塔、生物好氧反应器、沉降槽、离心机、膜分离过滤器、生物厌氧反应器、富液泵、贫液泵、再生液泵、硫浆液泵、硫酸盐液泵，还原液泵；吸收塔底部和生物好氧反应器底部通过富液泵及管道相连，生物好氧反应器上部和吸收塔顶部通过贫液泵及管道相连，生物好氧反应器和沉降槽通过再生液泵及管道相连，沉降槽和离心机通过硫浆液泵相连，离心机和膜分离过滤器通过管道相连，膜分离过滤器和生物厌氧反应器通过硫酸盐液泵及管道相连，生物厌氧反应器和生物好氧反应器通过还原液泵及管道相连。

本发明化学吸收单元通过弱碱性溶液化学吸收通入其中的硫化氢；生物氧化单元将吸收硫化氢的富液在曝气条件下，实现硫化物生物氧化为单质硫及碱液再生；硫磺回收单元用于将硫浆液经沉降、离心工序，实现单质硫回收；膜分离单元用于将硫酸盐与脱硫液进行纳滤分离，实现硫酸盐的富集；厌氧还原单元用于将硫酸盐在硫酸盐还原菌的作用厌氧还原成液相硫化物或气相硫化氢，返回再处理利用。

在所述吸收塔内装有阶梯环或鲍尔环填料，两填料层间还设有液体分布器。在所述吸收塔内位于填料层和出气口之间还设置有除雾器，以去除净化气中的水汽。

在所述生物好氧反应器内填充活性炭或生物陶粒为填料，下部设有曝气器，以实现载体的流态化。顶部设有消泡喷淋器，抑制排空气泡沫的大量积聚。生物好氧反应器内设有温度计、流量计、pH计、ORP计和电导率仪等在线仪表，实现生物反应器内温度、空气流量、pH值、ORP值和电导率值等关键参数的自动化控制，保持脱硫菌种高活性浓度，实现生物脱硫工艺高效平稳运行；碱液控制在适宜碱度范围，增强硫化氢吸收性能，溶解氧保持适宜范围，最大限度减少硫酸盐副产物的生成。

在所述沉降槽内增设六角蜂窝斜管，以强化硫磺沉降分离效果。离心机内硫磺浆液离心实现固液分离，回收生物硫磺，滤液则回流进入膜分离过滤器，进行后续处理。

在所述膜分离过滤器中膜组件材料有醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺等中的一种或几种。

在所述厌氧生物反应器主体为固定床反应器，上部设有三相分离器，用于实现气、液、固三相分离。反应器内设有温度、pH在线检测控制，维持厌氧还原高效稳定运行。

本实用新型专利提出的一种闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，用于含硫化氢的气体净化处理，与现有常规生物脱硫装置存在硫磺回收率偏低、硫酸盐废液引起二次污染等缺点相比，该装置具有如下优势：

（1）该装置主体为“化学吸收—生物氧化”分离式生物脱硫装置，含硫气源先在吸收塔内化学吸收，然后在生物反应器内被生物氧化，避免过量的氧气与燃料气混合接触带来的安全隐患。

（2）该装置设有脱硫废液处理工段，用于将产生的副产物硫酸盐经膜分离过滤器富集收集后，再进行厌氧还原为液相硫化物或气相硫化氢，返回好氧生物反应器再处理。

（3）该装置在常规生物脱硫装置基础上，创造性提出废液再处理利用，实现生物脱硫闭路循环、废液处理后再利用，达到废液近零排放，实现硫资源最大限度回收的目的。

本专利技术通过整合废气净化专有菌种培育、生物好氧/厌氧反应器、膜分离、化学工程等多项高新技术，不仅可有效地净化含硫气体，充分利用有效气资源，实现化石能源的清洁利用；并从硫酸盐废液中进一步回收硫资源，实现生物脱硫闭路循环、废液近零排放，能够最大限度实现硫资源回收，增加额外经济效益；在产生客观绿色能源的同时，还减少环境二次污染，实现绿色低碳。生物脱硫产业的绿色环保化、节能减排化、资源回收化具有社会、经济和环境三重效益。

附图说明

图1本实用新型实施例装置的示意图。

图中，1-吸收塔，2-生物好氧反应器，3-沉降槽，4-离心机，5-膜分离过滤器，6-生物厌氧反应器，7-富液泵，8-贫液泵，9-再生液泵，10-硫浆液泵，11-硫酸盐液泵，12-还原液泵，13-液体分布器，14-除雾器，15-消泡喷淋器，16-空气曝气器，17-六角蜂窝斜管，18-固定床填料层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例

如附图1所示，本发明实施通过闭路循环微生物脱硫及回收单质硫装置来实现，包括吸收塔1、生物好氧反应器2、沉降槽3、离心机4、膜分离过滤器5、生物厌氧反应器6、富液泵7、贫液泵8、再生液泵9，硫浆液泵10，硫酸盐液泵11，还原液泵12等设备组成。

吸收塔1底部和生物好氧反应器2下部通过富液泵7及管道相连，生物好氧反应器2上部和吸收塔1上部通过贫液泵7及管道相连，生物好氧反应器2和沉降槽3通过再生液泵9及管道相连，沉降槽3和离心机4通过硫浆液泵10相连，离心机4和膜分离过滤器5通过管道相连，膜分离过滤器5和生物厌氧反应器6通过硫酸盐液泵11及管道相连，生物厌氧反应器6和生物好氧反应器2通过硫化物液泵12及管道相连。

吸收塔1内装有阶梯环或鲍尔环填料，两填料层间还设有液体分布器13。吸收塔1内位于填料层和出气口之间还设置有除雾器14，以去除净化气中的水雾。

生物反应器2内填充半软性填料，生物反应器2下部设有空气曝气器16，以实现载体的流态化，由空气流量计计量控制鼓入空气量，并将数据传输到自控平台，排空气经由消泡喷淋器15排出，抑制泡沫的产生。

生物反应器2内安装在线温度探头，把系统温度控制在一定的范围，维持脱硫菌种高活性平稳运行；安装在线ORP探头，控制吸收液的溶液氧在一定的范围，避免过多硫酸盐副产物的生成；安装在线pH探头，可以准确地控制吸收液的酸碱度在一定的范围，增加吸收塔中硫化物的吸收稳定性；安装在线电导率探头，控制体系无机盐浓度。通过上述在线仪表以控制生物反应器内温度、pH值、ORP值和电导率值等参数，实现系统关键参数的自动化控制。

沉降槽3内增设六角蜂窝斜管17，以强化硫磺沉降分离效果。下层硫磺浆液由浆液排液口经硫浆液泵10进入离心机4。离心机7内硫磺浆液离心实现固液分离，实现硫磺产品回收，而滤液则回流进入膜分离过滤器5，进行后续处理。

膜分离过滤器5中膜组件材料选自醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺等中的一种或几种，实现硫酸盐溶液的富集并进入生物厌氧反应器6，进行厌氧还原处理。

生物厌氧反应器6主体为固定床反应器18，上部设有三相分离器，用于实现气、液、固三相分离。反应器内部设有温度、pH在线检测控制，实现硫酸盐在氧还原下生成气相硫化氢或液相硫化物，经硫化物液泵12进入生物好氧反应器2再循环处理。

本实施例中装置的运行过程如下：

启动时，含H₂S的工业气体从进气口进入到吸收塔与塔顶喷淋的碱液逆向接触反应吸收后，处理过的净化气从吸收塔顶部离开。溶有H₂S的富液从吸收塔底部在富液泵的作用下进入生物好氧反应器。在生物好氧反应器中，可溶性硫化物通过鼓风机向其进行曝气，实现固定脱硫菌种的载体流态化，吸收液中的硫化物在无色硫细菌的氧化下生成单质硫，生物反应器内安装温度探头、ORP探头、pH探头及电导率探头等在线仪表以控制生物反应器内温度、pH值、ORP值和电导率值等参数，将数据传输到控制平台，实现系统关键参数的自动化控制。含硫磺的再生液进入沉降槽，经重力沉降后硫磺浆液经硫浆液泵进入离心机进行离心实现固液分离，得到产品生物硫磺。分离出的液相滤液进入膜分离过滤器，完成硫酸盐与其他离子的分离，实现硫酸盐的富集，进入厌氧生物反应器，在硫酸盐还原菌的催化作用下厌氧还原成液相硫化物再返回到好氧生物反应器中，或还原成气相硫化氢进入吸收塔重新处理。

Claims (8)

1.一种闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：包括化学吸收单元、生物氧化单元、硫磺回收单元、膜分离单元和厌氧还原单元，具体包括吸收塔（1）、生物好氧反应器（2）、沉降槽（3）、离心机（4）、膜分离过滤器（5）、生物厌氧反应器（6）、富液泵（7）、贫液泵（8）、再生液泵（9）、硫浆液泵（10）、硫酸盐液泵（11），还原液泵（12），吸收塔（1）底部和生物好氧反应器（2）底部通过富液泵（7）及管道相连，生物好氧反应器（2）上部和吸收塔（1）顶部通过贫液泵（7）及管道相连，生物好氧反应器（2）和沉降槽（3）通过再生液泵（9）及管道相连，沉降槽（3）和离心机（4）通过硫浆液泵（10）相连，离心机（4）和膜分离过滤器（5）通过管道相连，膜分离过滤器（5）和生物厌氧反应器（6）通过硫酸盐液泵（11）及管道相连，生物厌氧反应器（6）和生物好氧反应器（2）通过还原液泵（12）及管道相连。

2.根据权利要求1所述的闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：吸收塔（1）内装有阶梯环或鲍尔环填料，两填料层间还设有液体分布器（13），吸收塔（1）内位于填料层和出气口之间还设置有除雾器（14）。

3.根据权利要求1所述的闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：生物好氧反应器（2）内填充半软性填料，生物好氧反应器（2）底部设有空气曝气器（16），排空气经由消泡喷淋器（15）排出。

4.根据权利要求1或3所述的闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：生物好氧反应器（2）设有温度计、流量计、pH计、ORP计和电导率仪。

5.根据权利要求1所述的闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：沉降槽（3）内增设六角蜂窝斜管（17），以强化硫磺沉降分离效果，硫磺浆液经硫浆液泵（10）进入离心机（4），实现固液离心分离，回收生物硫磺，滤液则进入膜分离过滤器（5），进行后续处理。

6.根据权利要求1所述的闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：膜分离过滤器（5）中膜组件材料选自醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：生物厌氧反应器（6）主体为固定床填料层（18），上部设有三相分离器。

8.根据权利要求1或7所述的闭路循环微生物脱硫及回收单质硫的装置，其特征在于：生物厌氧反应器（6）内部设有温度、pH在线检测控制，实现硫酸盐在厌氧还原下生成液相硫化物，经还原液泵（12）进入生物好氧反应器（2），或生成硫化氢进入吸收塔（1），再循环处理。