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基本信息

項(xiàng)目名稱：
脫除水煤氣中H2S厭氧生物滴濾塔的研發(fā)
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本課題根據(jù)水煤氣中含有CH4、CO等易燃易爆的氣體，對(duì)氧含量有嚴(yán)格控制的特點(diǎn)提出了用厭氧生物法脫除水煤氣中硫化氫。通過(guò)對(duì)活性污泥進(jìn)行馴化、分離，確定工藝流程，設(shè)計(jì)生物滴濾塔，以樹(shù)皮為填料，進(jìn)行掛膜，研究各種條件對(duì)脫硫效率的影響，并進(jìn)行機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，得出生物滴濾塔脫除硫化氫的最優(yōu)操作條件，進(jìn)行脫除模擬水煤氣的實(shí)驗(yàn)，脫硫效率達(dá)到91.2%。脫硫副產(chǎn)品為單質(zhì)硫，便于回收。
詳細(xì)介紹：
本課題根據(jù)水煤氣中含有CH4、CO等易燃易爆的氣體，對(duì)氧含量有嚴(yán)格控制的特點(diǎn)提出了在厭氧狀態(tài)下用生物法對(duì)水煤氣中硫化氫進(jìn)行脫除。通過(guò)對(duì)活性污泥進(jìn)行馴化、分離，確定工藝流程，設(shè)計(jì)生物滴濾塔，以樹(shù)皮為填料，進(jìn)行掛膜，通過(guò)測(cè)定pH、SO42-檢驗(yàn)掛膜情況，研究各種條件對(duì)通入H2S后的脫硫效率的影響，進(jìn)行機(jī)理及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，得出生物滴濾塔脫除硫化氫的最優(yōu)操作條件，并進(jìn)行脫除模擬水煤氣的實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明：混合菌中存在硫桿菌，生長(zhǎng)周期為5天，掛膜結(jié)果表明該菌體能有效地氧化S2-，可作為氧化氣體硫化氫的菌種,并且S2-被氧化成單質(zhì)S，可進(jìn)行回收利用，不產(chǎn)生二次污染。在對(duì)滴濾塔進(jìn)行生物掛膜時(shí)，6天后pH穩(wěn)定，菌體對(duì)硫離子氧化逐漸穩(wěn)定，滴濾塔填料出現(xiàn)生物膜。由實(shí)驗(yàn)研究知，取進(jìn)口氣流量50L/h，營(yíng)養(yǎng)液噴淋量125mL/min，pH5.5~7，塔溫25℃，初始濃度為1974mg/m3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，連續(xù)通氣4.5小時(shí)后，出口氣體達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定,出口濃度為178mg/m3左右，脫除效率達(dá)到91%。模擬配制水煤氣，主要成分是CO、CO2、H2、H2S，其中硫化氫濃度1940 mg/m3，在進(jìn)口氣流量37.5L/h，營(yíng)養(yǎng)液噴淋量125mL/min，pH5.0~7.0，塔溫22℃，對(duì)硫化氫初始濃度為1940mg/m3H2S進(jìn)行脫除實(shí)驗(yàn)，連續(xù)通氣5.0h后，出口氣體達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定，出口濃度為170mg/m3，脫除效率達(dá)到91.2%，且不會(huì)影響塔內(nèi)菌體生長(zhǎng)。對(duì)塔內(nèi)懸浮液中菌體進(jìn)行堿性品紅染色觀察，可觀察到菌體成桿狀，且長(zhǎng)約為6?m~10?m，寬約為1?m~2?m。通過(guò)模型擬合，得到滴濾塔動(dòng)力學(xué)方程及相關(guān)參數(shù)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行后，滴濾塔塔底沉淀出黃色單質(zhì)硫粉，經(jīng)過(guò)過(guò)濾可實(shí)現(xiàn)硫回收。由于其產(chǎn)物為單質(zhì)硫，可避免噴淋液酸化，對(duì)滴濾塔設(shè)備條件要求較低。

作品圖片

  • 脫除水煤氣中H2S厭氧生物滴濾塔的研發(fā)
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  • 脫除水煤氣中H2S厭氧生物滴濾塔的研發(fā)
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的：硫化氫是一種無(wú)色、有臭雞蛋味的氣體，低濃度的H2S具有強(qiáng)烈的惡臭氣味，硫化氫對(duì)人體的危害主要是急性中毒，嚴(yán)重者立即死亡。硫化氫的來(lái)源很多，不僅危害人體的健康也會(huì)在有氧濕熱的條件下對(duì)儀器儀表產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，尤其是煤氣化后的水煤氣中含有低濃度的H2S，經(jīng)燃燒后生成二氧化硫，污染環(huán)境。本課題研究的目的是利用生物硫桿菌的脫硫作用在厭氧狀態(tài)下對(duì)含有硫化氫的混合污染性氣體進(jìn)行脫除，控制厭氧條件，使得產(chǎn)物為硫單質(zhì)，可回收利用，達(dá)到廢物資源化目的。 基本思路：①菌種的馴化、分離；②設(shè)計(jì)生物滴濾塔；③選擇樹(shù)皮作為填料掛膜后，以S2-馴化生物膜；④優(yōu)化工藝條件；⑤研究水煤氣其他主要成分對(duì)該滴濾塔的影響，以考察該塔對(duì)水煤氣脫硫的適用性。 創(chuàng)新點(diǎn)：①以樹(shù)皮為生物法脫除硫化氫的濾料，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保；②工藝簡(jiǎn)單且封閉循環(huán)，產(chǎn)生的二次污染少；③該研究在厭氧條件下進(jìn)行，大大減小了水煤氣遇空氣引起爆炸的危險(xiǎn)。 主要技術(shù)指標(biāo)：硫化氫初始濃度濃度479~4626mg/m3、脫硫率91%左右、溶解氧0.4mg/L。

科學(xué)性、先進(jìn)性

煤氣的脫硫方法有兩種：熱煤氣脫硫和冷煤氣脫硫。在我國(guó)，熱煤氣脫硫現(xiàn)仍處于試驗(yàn)研究階段，還有待于進(jìn)一步完善，而冷煤氣脫硫是比較成熟的技術(shù)，其脫硫方法也很多。冷煤氣脫硫大體上可分為干法脫硫和濕法脫硫兩種。干法多數(shù)屬氣固反應(yīng)，速度相對(duì)較低，煙氣在反應(yīng)器中的流速較慢，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，設(shè)備較龐大，吸附劑再生耗能大，無(wú)法回收副產(chǎn)品。傳統(tǒng)的濕法的基本過(guò)程是用脫硫溶液洗滌水煤氣，氣液傳質(zhì)過(guò)程一般較氣固快，設(shè)備相對(duì)較小，但工藝復(fù)雜，占地面積大，投資費(fèi)用高，液氣比一般為13~16，液體吸收阻力較大，凈化后的氣體溫度較低，需對(duì)其再加熱，以利排放后擴(kuò)散，含硫廢液用活性炭吸附或直接傾倒處理，會(huì)造成二次污染。本課題研究的是生物法——近年來(lái)開(kāi)發(fā)處理H2S臭氣的一種新濕法脫硫的方法。具有設(shè)備簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)造價(jià)低，液氣比為0.15，液體吸收阻力小，脫硫效率高、工藝簡(jiǎn)單且封閉循環(huán)，產(chǎn)生的副產(chǎn)品為單質(zhì)硫可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，與干法和傳統(tǒng)的濕法相比在一定程度上有更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

2010年12月獲得華僑大學(xué)第18屆“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

與有資質(zhì)的環(huán)保公司技術(shù)合作，或直接將技術(shù)一次性轉(zhuǎn)讓給企業(yè)

作品可展示的形式

實(shí)物、圖片、現(xiàn)場(chǎng)演示、錄像

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

使用說(shuō)明：該系統(tǒng)主要由進(jìn)氣系統(tǒng)、生物滴濾塔、噴淋液循環(huán)系統(tǒng)及尾氣排放系統(tǒng)構(gòu)成，滴濾塔內(nèi)樹(shù)皮填料更換周期一般可達(dá)一年多。循環(huán)營(yíng)養(yǎng)液主要是無(wú)機(jī)鹽，可定期加入少量以補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，不需經(jīng)常更換。在短期停產(chǎn)或休息期間，塔內(nèi)生物依然能存活。在使用過(guò)程中將需處理的含H2S廢氣調(diào)至20~40℃，循環(huán)噴淋，定期回收塔底沉淀的硫單質(zhì)。技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： ①以樹(shù)皮為濾料，成本低、取材方便, 厭氧處理后產(chǎn)生的單質(zhì)硫可回收利用。②脫除低濃度的H2S效率達(dá)90%以上。③脫硫產(chǎn)物為單質(zhì)硫，避免噴淋液酸化，降低對(duì)設(shè)備的要求。適應(yīng)范圍：用于H2S濃度范圍為479~4626mg/m3，溫度在20~40℃之間的含硫廢氣有較好的脫硫效果。推廣前景：可用于燃?xì)?蒸汽一體化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電技術(shù)中水煤氣脫硫、煤氣化爐、沼氣等的H2S脫除，在其他厭氧狀態(tài)下對(duì)水煤氣中H2S的脫除有很好的效果。經(jīng)濟(jì)效益：生物法脫除H2S具有設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、產(chǎn)生二次污染少、易于操作和管理、適合處理低濃度氣態(tài)污染物的特點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

同類課題研究水平概述

目前去除H2S的方法有物理法、化學(xué)法和生物法，其中生物脫除法因其投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，性能可靠、易于管理、處理效果好，二次污染物小等特點(diǎn)而成為近年來(lái)脫臭的主要方法。在歐美，日本等國(guó)家該技術(shù)被廣泛地應(yīng)用到實(shí)際工程中，國(guó)內(nèi)亦有生物法治理H2S的研究報(bào)道，目前生物法脫除硫化氫在污水廠、屠宰廠廢氣及沼氣脫硫中已有相關(guān)的研究，但關(guān)于水煤氣脫除硫化氫的研究未見(jiàn)報(bào)道。
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