去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置及處理方法

2023-05-23 16:51:26

專利名稱：去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置及處理方法
技術領域：
本發明涉及一種去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置及利用該裝置去除沼氣中 硫化氫的電化學方法。
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，沼氣作為一種可再生的生物質 能源，在石化能源日益匱乏的今天，越來越受到人們的關注和重視。正常狀態下，沼氣的主 要成分為甲烷和二氧化碳，並含有少量的一氧化碳、氫氣、硫化氫、氧氣和氮氣等。沼氣中的 硫化氫產生於蛋白質和其他含硫化合物的降解過程.因此硫化氫濃度取決於沼氣發生器 的進料情況，並在0. 2%之間變化。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，因為硫化氫對燃燒動力設備和金屬管道具有很強的腐蝕作用，並且還會引發潤 滑油的變質從而加速發動機的磨損；此外，沼氣在經過燃燒後，硫化氫會轉化為硫的氧化物 (SOx)並釋放到空氣中，造成大氣汙染。因此，在沼氣燃燒利用之前，必須去除其中的硫化 Μ,ο大多數汙水處理廠設計的脫硫裝置分為乾式脫硫和溼式脫硫兩種。在乾式脫硫中 使用乾式脫硫塔，塔內裝填多層脫硫劑，使用時往往脫硫劑更換頻繁，並且脫硫效果較差， 乾式脫硫不適合汙水處理廠消化池沼氣中高濃度的去除。溼式脫硫採用的脫硫裝置為 溼式脫硫塔，消化的沼氣從底部進入塔中，與吸收劑逆流接觸反應，然後從塔頂部排除。目 前採用較多的是用NaOH作為吸收劑，反應如下2Na0H+H2S — Na2S+2H20NaOH+H2S — NaHS+H20現有的溼式脫硫裝置脫硫和再生沒有分開設置，需要解收劑且再生效果差；現有 的溼式脫硫方法的脫硫鹼液的吸收受到流速、流量、溫度等因素的影響，H2S的溶解度達不 到100%，脫硫時易形成NaHS，NaHS再生時會與仏反應生成硫酸鹽和硫代硫酸鹽，有害物質 在吸收液中富集，導致溶液的吸收能力降低，從而帶來二次環境汙染。

發明內容
本發明的目的是為解決現有的溼式脫硫裝置需要解收劑且再生效果差以及現有 的溼式脫硫方法脫硫時生成硫酸鹽和硫代硫酸鹽，導致溶液的吸收能力降低，從而帶來二 次環境汙染的問題，進而提供了一種去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置及處理方法。本發明的去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置包括脫硫塔、多個噴嘴、第一導管、 第一水泵、第二水泵、沉降槽、再生電解槽、第二導管、排泥管、出氫管和回流管，所述脫硫塔 的底端面上開有出液口，所述脫硫塔的外側壁上開有沼氣進口，所述脫硫塔的頂端開有沼 氣出口，所述脫硫塔的出液口通過第一導管與沉降槽連通，所述沉降槽的下部設有排泥管， 排泥管與沉降槽連通，第一導管上裝有第一水泵、沉降槽通過第二導管與再生電解槽連通， 出氫管的上端與再生電解槽的底端面連通，再生電解槽上端通過回流管與脫硫塔的上部連通，回流管上裝有第二水泵，所述回流管插裝在脫硫塔內，脫硫塔內的回流管上裝有多個噴 嘴。本發明的去除沼氣中硫化氫的電化學處理方法是按照以下步驟實現的步驟一、將沼氣從沼氣進口充入脫硫塔內，沼氣的停留時間為5 10分鐘，採用 三氯化鐵溶液作為吸收液，三氯化鐵溶液的濃度為0. 5 0. 7mol/L，開啟第二水泵，將再生 電解槽內的三氯化鐵溶液通過回流管進入脫硫塔內，並從噴嘴噴出，充入脫硫塔內的沼氣 上升，沼氣中的硫化氫與噴嘴噴出三氯化鐵吸收液逆向接觸發生反應，去除沼氣中的硫化 氫；步驟二、與吸收液反應後的已脫硫沼氣繼續向脫硫塔的上方流動，然後從沼氣出 口流出；步驟三、三氯化鐵吸收液與沼氣中的硫化氫反應後大部分變為二氯化鐵溶液，二 氯化鐵溶液和反應生成的硫單質從脫硫塔8底端的第一導管流出，開啟第一水泵，使二氯 化鐵溶液和反應生成的硫單質進入沉降槽內，硫單質在沉降槽中經沉降分離後從排泥管排 出；步驟四、沉降槽內的二氯化鐵溶液經第二導管進入再生電解槽內進行再生反應，反應生成的氫氣從出氫管排出，經過再生的二氯化鐵溶液反應生成三氯化鐵吸收 液，生成的三氯化鐵吸收液通過回流管進入脫硫塔進行循環反應。本發明的有益效果是本發明的電化學處理裝置的脫硫和再生分開設置，不需要 解收劑且再生效果好，本發明的電化學處理裝置設置有沉降槽，使得硫單質在沉降槽中分 離，脫硫效果好，硫化氫的去除率達到99% ；本發明的電化學處理裝置適用於大中型的沼氣 脫硫工程中；本發明的電化學處理方法採用三氯化鐵溶液作為吸收液，脫硫時沒有硫酸鹽 和硫代硫酸鹽生成，吸收液的吸收能力保持不變。


圖1本發明的電化學處理裝置的整體結構主視圖， 圖2是本發明的再生電解槽的剖視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1 2所示，本實施方式的去除沼氣中硫化氫的電化學處 理裝置包括脫硫塔8、多個噴嘴4、第一導管5、第一水泵6、第二水泵7、沉降槽9、再生電解 槽10、第二導管14、排泥管12、出氫管13和回流管11，所述脫硫塔8的底端面上開有出液 口 8-1，所述脫硫塔8的外側壁上開有沼氣進口 1，所述脫硫塔8的頂端開有沼氣出口 8-2， 所述脫硫塔8的出液口 8-1通過第一導管5與沉降槽9連通，所述沉降槽9的下部設有排 泥管12，排泥管12與沉降槽9連通，第一導管5上裝有第一水泵6、沉降槽9通過第二導管 14與再生電解槽10連通，出氫管13的上端與再生電解槽10的底端面連通，再生電解槽10 上端通過回流管11與脫硫塔8的上部連通，回流管11上裝有第二水泵7，所述回流管11插 裝在脫硫塔8內，脫硫塔8內的回流管11上裝有多個噴嘴4。
具體實施方式
二 如圖2所示，本實施方式所述再生電解槽10的陰極10-1和陽極 10-2均由石墨製成。其它組成及連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖1所示，本實施方式所述處理裝置還包括除沫器3，所述除 沫器3位於脫硫塔8內且位於噴嘴4的上方。如此設計，可以去除脫硫塔8內反應產生的 霧沫。其它組成及連接關係與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四如圖1 2所示，本實施方式的去除沼氣中硫化氫的電化學處理 方法步驟如下步驟一、將沼氣從沼氣進口 8-1充入脫硫塔8內，沼氣的停留時間為5 10分鐘， 採用三氯化鐵溶液作為吸收液，三氯化鐵溶液的濃度為0. 5 0. 7mol/L，開啟第二水泵7， 將再生電解槽10內的三氯化鐵溶液通過回流管11進入脫硫塔8內，並從噴嘴4噴出，充入 脫硫塔8內的沼氣上升，沼氣中的硫化氫與噴嘴4噴出三氯化鐵吸收液逆向接觸發生反應， 去除沼氣中的硫化氫；反應方程式如下H2S+2FeCl3 — 2FeCl2+2HCl+S(S) I或表示為H2S+2Fe3+ — 2Fe2++2H++S (S) I步驟二、與吸收液反應後的已脫硫沼氣繼續向脫硫塔8的上方流動，然後從沼氣 出口 8-2流出；步驟三、三氯化鐵吸收液與沼氣中的硫化氫反應後大部分變為二氯化鐵溶液，二 氯化鐵溶液和反應生成的硫單質從脫硫塔8底端的第一導管5流出，開啟第一水泵6，使二 氯化鐵溶液和反應生成的硫單質進入沉降槽9內，硫單質在沉降槽9中經沉降分離後從排 泥管12排出；步驟四、沉降槽9內的二氯化鐵溶液經第二導管14進入再生電解槽10內進行再 生反應，反應方程式如下2H++2e" — H2 (電解)Fe2+_f — Fe3+(電解)反應生成的氫氣從出氫管13排出，經過再生的二氯化鐵溶液反應生成三氯化鐵 吸收液，生成的三氯化鐵吸收液通過回流管11進入脫硫塔8進行循環反應。
權利要求
1.一種去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置，所述處理裝置包括脫硫塔(8)、多個噴 嘴(4)、第一導管(5)、第一水泵(6)、第二水泵(7)、沉降槽(9)、再生電解槽(10)、第二導 管(14)、排泥管(12)、出氫管(13)和回流管(11)，所述脫硫塔⑶的底端面上開有出液口 (8-1)，所述脫硫塔(8)的外側壁上開有沼氣進口(1)，所述脫硫塔(8)的頂端開有沼氣出 口(8-2)，其特徵在於所述脫硫塔(8)的出液口(8-1)通過第一導管(5)與沉降槽(9)連 通，所述沉降槽(9)的下部設有排泥管(12)，排泥管(12)與沉降槽(9)連通，第一導管(5) 上裝有第一水泵(6)、沉降槽(9)通過第二導管(14)與再生電解槽(10)連通，出氫管(13) 的上端與再生電解槽(10)的底端面連通，再生電解槽(10)上端通過回流管(11)與脫硫塔 (8)的上部連通，回流管(11)上裝有第二水泵(7)，所述回流管(11)插裝在脫硫塔(8)內， 脫硫塔(8)內的回流管(11)上裝有多個噴嘴(4)。
2.根據權利要求1所述的去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置，其特徵在於所述再 生電解槽(10)的陰極(10-1)和陽極(10-2)均由石墨製成。
3.根據權利要求1或2所述的去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置，其特徵在於所 述處理裝置還包括除沫器(3)，所述除沫器(3)位於脫硫塔(8)內且位於噴嘴(4)的上方。
4.一種利用權利要求3的去除沼氣中硫化氫的電化學處理方法，其特徵在於去除沼氣 中硫化氫的電化學處理方法的步驟如下步驟一、將沼氣從沼氣進口(8-1)充入脫硫塔(8)內，沼氣的停留時間為5 10分 鍾，採用三氯化鐵溶液作為吸收液，三氯化鐵溶液的濃度為0. 5 0. 7mol/L，開啟第二水泵 (7)，將再生電解槽(10)內的三氯化鐵溶液通過回流管(11)進入脫硫塔(8)內，並從噴嘴 (4)噴出，充入脫硫塔(8)內的沼氣上升，沼氣中的硫化氫與噴嘴(4)噴出三氯化鐵吸收液 逆向接觸發生反應，去除沼氣中的硫化氫；步驟二、與吸收液反應後的已脫硫沼氣繼續向脫硫塔(8)的上方流動，然後從沼氣出 口(8-2)流出；步驟三、三氯化鐵吸收液與沼氣中的硫化氫反應後大部分變為二氯化鐵溶液，二氯化 鐵溶液和反應生成的硫單質從脫硫塔8底端的第一導管(5)流出，開啟第一水泵(6)，使二 氯化鐵溶液和反應生成的硫單質進入沉降槽(9)內，硫單質在沉降槽(9)中經沉降分離後 從排泥管(12)排出；步驟四、沉降槽(9)內的二氯化鐵溶液經第二導管(14)進入再生電解槽(10)內進行 再生反應，反應生成的氫氣從出氫管(13)排出，經過再生的二氯化鐵溶液反應生成三氯化鐵吸 收液，生成的三氯化鐵吸收液通過回流管(11)進入脫硫塔(8)進行循環反應。
全文摘要
去除沼氣中硫化氫的電化學處理裝置及處理方法，它涉及一種去除沼氣中硫化氫的處理裝置及處理方法。本發明為了解決現有的溼式脫硫裝置需要解收劑且再生效果差以及現有的溼式脫硫方法脫硫時生成硫酸鹽和硫代硫酸鹽，導致溶液的吸收能力降低，從而帶來二次環境汙染的問題。沉降槽通過第二導管與再生電解槽連通，出氫管的上端與再生電解槽的底端面連通，再生電解槽上端通過回流管與脫硫塔的上部連通，所述回流管插裝在脫硫塔內，脫硫塔內的回流管上裝有多個噴嘴。方法採用三氯化鐵溶液作為吸收液進行脫硫。本發明的電化學處理裝置適用於大中型的沼氣脫硫工程中；本發明的電化學處理方法採用三氯化鐵溶液作為吸收液，吸收液的吸收能力保持不變。
文檔編號B01D53/78GK102120134SQ20101061763
公開日2011年7月13日 申請日期2010年12月31日 優先權日2010年12月31日
發明者周飛祥, 張怡, 李志遠, 歐陽力, 韓洪軍 申請人:哈爾濱工業大學