沼氣的脫硫原理是什么?
干發脫硫是一種簡易、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+3H2S=Fe2S3+4H2O(脫硫)第二步:Fe2S3+3/2O2+3H2O=Fe2O3·H2O+2H2O+3S(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志,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。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=2NaHCO3(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。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,主要包括荷蘭帕克公司的殼牌-帕克工藝(shell-PAQ工藝)、奧地利英環(EnvironTec)生物濾池脫硫工藝等,這些工藝在國內也得到了較廣泛應用。國內的生物脫硫技術目前還處于研究階段。下面以奧地利英環EnvironTec生物脫硫技術為例,介紹一下沼氣生物脫硫工藝。EnvironTec生物脫硫在全球迄今已完成400多個工程案例,在國內也有不少工程案例,該技術被證明是沼氣脫硫的最佳實踐技術,一個典型的案例表明,生物脫硫的綜合運行成本低于每立方沼氣2分錢。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=H2SO42H2S+O2=2S+2H2OS+H2O+1.5O2=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11pH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)自動排出,并保持液位平衡。
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