[發明專利]一種化學吸收結合生物脫除沼氣中硫化氫并硫資源化工藝

在審

• 申請號: 201810677308.8
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN110643403A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 王曉偉;張婷婷;黨康飛
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;B01D53/52;B01D53/78;B01D53/96;C12P3/00;C12R1/01
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本發明公開了一種化學吸收結合生物脫除沼氣中硫化氫并硫資源化工藝，是在吸收塔中利用堿性吸收液吸收煙氣中H₂S產生硫化鈉、硫氫化鈉、碳酸鹽。含有吸收H₂S產生硫化鈉、硫氫化鈉、碳酸鹽的溶液進入微氧氧生物反應器；在此利用微生物將硫化物轉化為單質硫，在此不需要添加碳源，利用沼氣中吸收下來的二氧化碳作為碳源，節省運行成本，將好氧生物反應器產生的含單質硫混合液經硫回收系統處理后得到含量較高的硫磺回收利用，硫回收系統得到的堿性溶液返回吸收塔循環利用。該方法工藝合理、能耗低、投資和運行費用少、二次污染小，可達到沼氣脫硫并回收單質硫的目的，是一種較理想的沼氣脫硫工藝。

技術領域

本發明屬于環保工程廢氣凈化技術領域，涉及一種化學吸收結合生物脫除沼氣中硫化氫并硫資源化工藝。

背景技術

隨著工農業廢棄物厭氧生物處理技術的廣泛應用，沼氣是一種可再生能源，在目前化石能源日益匱乏的情況下日益受到人們的的關注和重視。充分利用沼氣能，可以緩解我國能源緊缺帶來的壓力。一般情況下，沼氣的主要成分為甲烷、二氧化碳，并含有少量的一氧化碳、氨氣、氫氣、氧氣和氮氣等，不同的原料制成的沼氣中往往含有不同含量的硫化氫。硫化氫濃度過高是沼氣作為燃氣使用最大的限制因素之一，因為硫化氫是一種劇毒的有害氣體，它對管道、儀表及設備有強烈的腐蝕作用；沼氣在經過燃燒后，硫化氫會轉化為硫的氧化物并釋放到空氣中，造成大氣污染，危害人體健康。因此，為了保護人體健康，延長設備使用壽命，必須采取有效措施進行沼氣脫硫。我國環保標準嚴格規定利用沼氣能源時，沼氣氣體中含量不得超過20 mg/L。沼氣中的質量濃度一般為5000-35000 mg/L，遠遠高于我國環保標準的規定。所以，硫化氫的脫除成為沼氣使用過程中必不可少的一個環節。

沼氣脫硫的方法有化學法、物化法和生物法。常用的物理法和化學法一般可分為直接脫硫和間接脫硫兩大類。沼氣直接脫硫方法的原理可分為濕式法和干式法兩類。濕法脫硫是利用特定的溶劑與氣體逆流接觸而脫除其中的硫，溶劑通過再生后重新進行吸收干法脫硫是以使氧化成硫或硫氧化物的一種方法，也可稱為干式氧化法。目前，國內脫硫技術已比較成熟，脫硫方法及脫硫工藝眾多，但總體而言都存在著以下缺點干法脫硫效率不高，脫硫劑再生困難，硫容相對較低，主要適用于精細脫硫濕法脫硫處理量大，脫硫效率高，可連續操作，但投資運行費用也高，沼氣利用一般用戶難以承受。隨著環保法規的日趨嚴格，開發高效、低投入、資源化和無二次污染的技術已成為脫硫技術發展的主流。為了解決物化法脫硫的一些弊端，尋求更加高效低耗的脫硫技術，生物脫硫法應運而生。生物脫硫因具有設備簡單，易于控制，維護方便，工程造價低，凈化過程中無廢棄物排出，不會造成二次污染等優點逐漸成為研究的熱點。

生物脫硫是利用微生物的代謝作用將沼氣中的硫化氫轉化為單質硫或硫酸鹽。其反應式分別為

（1）

（2）

目前，生物脫硫已得到了一定的推廣應用，但仍然存在諸多問題函待解決。正如反應式所示，在氧過量的情況下硫化物會被氧化為硫酸鹽從而影響脫硫的效率。這是在脫硫過程中不希望發生的。如何控制合理的曝氣量，保證生物脫硫安全性沼氣中若氧氣含量超過，遇明火便會發生爆炸的同時使生物脫硫后的終產物控制為硫單質儼然已成為沼氣生物脫硫技術的關鍵所在。此外，如何保證生物脫硫裝置內脫硫細菌的高效運作是沼氣生物脫硫技術的難點。而目前這兩方面的缺陷尚未得到有效解決，進而阻礙了沼氣生物脫硫技術的推廣與應用。