沼气生物脱硫技术的应用研究

发布时间：2020-05-31 14:58

【摘要】：在沼气等清洁能源的安全应用中,硫化氢的去除是必不可少的一个环节。与化学脱硫法相比,生物法脱硫由于条件温和、硫化氢去除比例高、无需催化剂,消耗能量少,并且很少产生废液等优点,得到广泛应用。碱法生物脱硫具有主要氧化产物是单质S,对H_2S的吸收效率高,停留时间短,硫化氢吸收塔的体积小等优点。为了加快生物脱硫技术的研发,对帕克公司的生物脱硫工程进行调研。该工程沼气流量为10000 m~3/d,沼气中H_2S浓度为3000 ppm,沼气处理后H_2S的去除率为96.7%。运行过程中循环液的盐度高达2.72%。帕克公司碱法生物脱硫使用的营养盐与前期实验室使用的营养盐主要成份基本一致,溶液中KH_2PO_4、MgSO_4和CO(NH_2)_2的质量比为0.48:0.30:0.22。针对碱法生物脱硫过程中硫化物氧化产物难以控制的问题,在一个批量反应器中研究了硫化物浓度、盐度、DO、温度、ORP等运行参数对碱法生物脱硫效果的影响。结果表明,当硫化物初始浓度为500 mg/L时,脱硫效率的变化可分为快速去除、停顿和慢速去除三个阶段:快速去除阶段约50 min,硫化物浓度快速降低至320 mg/L左右,pH由7.0升高至8.6;停顿阶段约80 min,硫化物浓度停留在320～280 mg/L,pH缓慢下降;慢速去除阶段硫化物浓度可以匀速地降至10 mg/L以下,脱硫效率低,pH进一步降低。快速去除阶段脱硫效率高,并且单质硫生成率更大,此时反应器中ORP值稳定保持在-400 mV左右。盐度在3.5%以内、反应温度为30℃、DO浓度2 mg/L,通过控制ORP值为-400 mV左右,可使脱硫反应持续保持在快速去除阶段,实现高效脱硫。某沼气生物脱硫工程日处理沼气36000m~3,H_2S的含量5000ppm,对其沼气生物脱硫的吸收塔设计计算,吸收塔选择50 mm塑料鲍尔环填料,气液比为11.63:1,吸收剂流量为128.40 m~3/h,塔径为1800 mm,填料高8.8 m,总压降为774.2 pa。以生物脱硫工程中硫化氢被吸收过程为模拟对象,使用Aspen Plus流程模拟软件对该过程进行模拟分析,结果显示最优气液比为11.55:1,即吸收剂流量为130.25 m~3/h。对填料进行校核,结果表明,当塔径为1.7 m,填料为50 mm塑料鲍尔环时,处理后沼气中的H_2S气体摩尔分率小于1.5×10~(-4),模拟结果与计算结果相稳合,设计计算吸收塔参数是合理的。根据优化参数,设计了沼气脱硫生物系统,脱硫系统由硫化氢吸收塔、生物再生反应器、曝气装置、加药装置、循环水装置、加热制冷装置及相关辅助设备和仪器仪表等部分组成。吸收塔塔高16 m,塔径为1.8 m,生物反应器总高度3.5 m,半径2.4 m。其强度设计和稳定结果满足要求。此外对生物脱硫系统进行经济分析,结果表明每处理1 m~3沼气需0.023元。对沼气生物脱硫工程进行现场调试,在调试17天后脱硫效率逐渐上升至95.30%。调试过程中DO浓度在1-2 mg/L之间,pH值控制为7.5-8.5之间,温度控制为30℃,盐度不高于3.5%。在生物脱硫系统平稳高效运行的阶段,ORP值保持在-380 mV至-400 mV内,每天投加总碱量为75 kg,循环液的碱度保持在0.30 mol/L左右,脱硫后H_2S浓度小于150 ppm,生物脱硫系统运行良好。
【学位授予单位】：北京石油化工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6

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本文编号：2690034