基本信息
- 项目名称：
- 脱除水煤气中H2S厌氧生物滴滤塔的研发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本课题根据水煤气中含有CH4、CO等易燃易爆的气体，对氧含量有严格控制的特点提出了用厌氧生物法脱除水煤气中硫化氢。通过对活性污泥进行驯化、分离，确定工艺流程，设计生物滴滤塔，以树皮为填料，进行挂膜，研究各种条件对脱硫效率的影响，并进行机理及反应动力学研究，得出生物滴滤塔脱除硫化氢的最优操作条件，进行脱除模拟水煤气的实验，脱硫效率达到91.2%。脱硫副产品为单质硫，便于回收。
- 详细介绍：
- 本课题根据水煤气中含有CH4、CO等易燃易爆的气体，对氧含量有严格控制的特点提出了在厌氧状态下用生物法对水煤气中硫化氢进行脱除。通过对活性污泥进行驯化、分离，确定工艺流程，设计生物滴滤塔，以树皮为填料，进行挂膜，通过测定pH、SO42-检验挂膜情况，研究各种条件对通入H2S后的脱硫效率的影响，进行机理及反应动力学研究，得出生物滴滤塔脱除硫化氢的最优操作条件，并进行脱除模拟水煤气的实验研究。结果表明：混合菌中存在硫杆菌，生长周期为5天，挂膜结果表明该菌体能有效地氧化S2-，可作为氧化气体硫化氢的菌种,并且S2-被氧化成单质S，可进行回收利用，不产生二次污染。在对滴滤塔进行生物挂膜时，6天后pH稳定，菌体对硫离子氧化逐渐稳定，滴滤塔填料出现生物膜。由实验研究知，取进口气流量50L/h，营养液喷淋量125mL/min，pH5.5~7，塔温25℃，初始浓度为1974mg/m3进行实验，连续通气4.5小时后，出口气体达到相对稳定,出口浓度为178mg/m3左右，脱除效率达到91%。模拟配制水煤气，主要成分是CO、CO2、H2、H2S，其中硫化氢浓度1940 mg/m3，在进口气流量37.5L/h，营养液喷淋量125mL/min，pH5.0~7.0，塔温22℃，对硫化氢初始浓度为1940mg/m3H2S进行脱除实验，连续通气5.0h后，出口气体达到相对稳定，出口浓度为170mg/m3，脱除效率达到91.2%，且不会影响塔内菌体生长。对塔内悬浮液中菌体进行碱性品红染色观察，可观察到菌体成杆状，且长约为6m~10m，宽约为1m~2m。通过模型拟合，得到滴滤塔动力学方程及相关参数。经过长期连续运行后，滴滤塔塔底沉淀出黄色单质硫粉，经过过滤可实现硫回收。由于其产物为单质硫，可避免喷淋液酸化，对滴滤塔设备条件要求较低。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：硫化氢是一种无色、有臭鸡蛋味的气体，低浓度的H2S具有强烈的恶臭气味，硫化氢对人体的危害主要是急性中毒，严重者立即死亡。硫化氢的来源很多，不仅危害人体的健康也会在有氧湿热的条件下对仪器仪表产生严重的腐蚀，尤其是煤气化后的水煤气中含有低浓度的H2S，经燃烧后生成二氧化硫，污染环境。本课题研究的目的是利用生物硫杆菌的脱硫作用在厌氧状态下对含有硫化氢的混合污染性气体进行脱除，控制厌氧条件，使得产物为硫单质，可回收利用，达到废物资源化目的。 基本思路：①菌种的驯化、分离；②设计生物滴滤塔；③选择树皮作为填料挂膜后，以S2-驯化生物膜；④优化工艺条件；⑤研究水煤气其他主要成分对该滴滤塔的影响，以考察该塔对水煤气脱硫的适用性。 创新点：①以树皮为生物法脱除硫化氢的滤料，既经济又环保；②工艺简单且封闭循环，产生的二次污染少；③该研究在厌氧条件下进行，大大减小了水煤气遇空气引起爆炸的危险。 主要技术指标：硫化氢初始浓度浓度479~4626mg/m3、脱硫率91%左右、溶解氧0.4mg/L。
科学性、先进性
- 煤气的脱硫方法有两种：热煤气脱硫和冷煤气脱硫。在我国，热煤气脱硫现仍处于试验研究阶段，还有待于进一步完善，而冷煤气脱硫是比较成熟的技术，其脱硫方法也很多。冷煤气脱硫大体上可分为干法脱硫和湿法脱硫两种。干法多数属气固反应，速度相对较低，烟气在反应器中的流速较慢，延长反应时间，设备较庞大，吸附剂再生耗能大，无法回收副产品。传统的湿法的基本过程是用脱硫溶液洗涤水煤气，气液传质过程一般较气固快，设备相对较小，但工艺复杂，占地面积大，投资费用高，液气比一般为13~16，液体吸收阻力较大，净化后的气体温度较低，需对其再加热，以利排放后扩散，含硫废液用活性炭吸附或直接倾倒处理，会造成二次污染。本课题研究的是生物法——近年来开发处理H2S臭气的一种新湿法脱硫的方法。具有设备简单、实验造价低，液气比为0.15，液体吸收阻力小，脱硫效率高、工艺简单且封闭循环，产生的副产品为单质硫可回收利用等优点，与干法和传统的湿法相比在一定程度上有更高的经济效益和社会效益。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年12月获得华侨大学第18届“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 与有资质的环保公司技术合作，或直接将技术一次性转让给企业
作品可展示的形式
- 实物、图片、现场演示、录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：该系统主要由进气系统、生物滴滤塔、喷淋液循环系统及尾气排放系统构成，滴滤塔内树皮填料更换周期一般可达一年多。循环营养液主要是无机盐，可定期加入少量以补充营养，不需经常更换。在短期停产或休息期间，塔内生物依然能存活。在使用过程中将需处理的含H2S废气调至20~40℃，循环喷淋，定期回收塔底沉淀的硫单质。技术特点和优势： ①以树皮为滤料，成本低、取材方便, 厌氧处理后产生的单质硫可回收利用。②脱除低浓度的H2S效率达90%以上。③脱硫产物为单质硫，避免喷淋液酸化，降低对设备的要求。适应范围：用于H2S浓度范围为479~4626mg/m3，温度在20~40℃之间的含硫废气有较好的脱硫效果。推广前景：可用于燃气-蒸汽一体化联合循环（IGCC）发电技术中水煤气脱硫、煤气化炉、沼气等的H2S脱除，在其他厌氧状态下对水煤气中H2S的脱除有很好的效果。经济效益：生物法脱除H2S具有设备简单、能耗低、运行费用低、产生二次污染少、易于操作和管理、适合处理低浓度气态污染物的特点，具有较好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前去除H2S的方法有物理法、化学法和生物法，其中生物脱除法因其投资少、运行费用低，性能可靠、易于管理、处理效果好，二次污染物小等特点而成为近年来脱臭的主要方法。在欧美，日本等国家该技术被广泛地应用到实际工程中，国内亦有生物法治理H2S的研究报道，目前生物法脱除硫化氢在污水厂、屠宰厂废气及沼气脱硫中已有相关的研究，但关于水煤气脱除硫化氢的研究未见报道。
