利用混合汙泥製備多孔材料處理硫化氫汙染氣體的方法與流程
2023-10-20 06:39:42
本發明涉及一種利用混合汙泥製備多孔材料處理硫化氫（H2S）汙染氣體的方法，屬危險廢棄物資源化利用及汙染氣體防治的環境保護技術領域。
技術背景
硫化氫（H2S）是惡臭氣體的一種，來源於石油工業、天然氣、冶金、垃圾處理等行業。它的存在會造成生產設備的腐蝕和催化劑的中毒，對工業生產造成不利的影響，同時它還是一種強烈的神經毒素，會對人體的眼睛、呼吸系統和中樞神經造成傷害，甚至危及生命。因此在《惡臭汙染物排放標準》（GB14554 -1993）和《工業企業設計衛生標準》(TJ36一1979)中都對硫化氫的含量有著嚴格的規定。目前除去硫化氫多通過吸附和催化氧化的原理，存在脫硫劑用量較大，費用較高等問題，因此尋找一種經濟高效的反應、催化劑是處理硫化氫的有效途徑。
電鍍汙泥和生活汙泥都是汙水處理廠中常見的固體廢棄物，電鍍汙泥來源於電鍍廢水。主要含有多種金屬離子，常見的有Cr、Cu、Ni、Zn、Pb、Cd、Hg、Fe、Mn、Sn、Au、Ag 等；生活汙泥來源於生活汙水，富含有機質、致病菌等，這些汙染物本身或其化合物在一定條件下會對生物產生毒害作用，很多甚至是三致(致癌、致畸變、致突變)物質。無論是電鍍汙泥還是生活汙泥，都由於其數量多，體積大，重金屬含量高等特點，成為處理的難點，缺少合理的資源化利用手段。因此，急需尋找一種合適的安全處置和資源化利用的方法。
為了解決硫化氫急需控制、電鍍汙泥和生活汙泥急需安全處理及利用的問題，本發明擬結合兩種汙泥特點，用其混合製備的材料作為反應劑，來淨化硫化氫汙染氣體。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種利用混合汙泥製備多孔材料，同時處理硫化氫汙染氣體的方法。
為達到上述目的，本發明所採用的技術方案是：
一種利用混合汙泥製備多孔材料處理硫化氫汙染氣體的方法，其特徵在於，所述的混合汙泥由生活汙泥、電鍍汙泥組成，生活汙泥烘乾後的主要成份為碳：其中，碳的重量含量為30～68%；電鍍汙泥烘乾後的主要金屬成分為: 鐵(Fe)的重量含量為4～15%；鋅(Zn) 重量含量為3～5%；鈣(Ca) 重量含量為5～10%。
本發明一種利用混合汙泥製備多孔材料處理硫化氫汙染氣體的方法所用的裝置，該裝置為通用裝置，包括有：1.平衡氣；2.處理氣體；3.石英反應管；4.管式爐；5.產物回收裝置；6.尾氣檢測。
本發明的方法主要工藝過程及過程中的步驟如下：
(1). 將乾燥後的生活汙泥和電鍍汙泥按質量比為1:1的比例混合均勻，製備成適合反應器的混合顆粒，其碳含量為30～68%；Fe的重量含量為4～15%；Zn重量含量為3～5%；Ca 重量含量為5～10%；
(2). 將混合汙泥顆粒裝入石英坩堝放入熱解爐，在N2的氣氛中以5oC/min的升溫速率升溫至500～900oC，進行熱解反應1～4 h，得到熱解後的多孔材料，其表面pH值為8～10.12，表面孔徑為2～10nm，孔徑體積佔總孔容50～70%；
(3).將多孔材料裝入反應管中，加熱至100～200oC，加熱5分鐘後，以100ml/min的流速向反應管通入500 ppm的硫化氫氣體進行脫硫反應，硫化氫氣體氣氛的相對溼度控制在30～60%，使硫化氫被選擇性催化氧化為單質硫。用氣相色譜儀對反應管的尾氣含量進行持續檢測，其尾氣中硫化氫含量達到大氣排放標準可直接排放，若未達到標準，則繼續用本方法處理；
(4). 對上述反應管中的硫單質進行加熱液化分離，加熱溫度至130～200oC，脫硫產物流出，回收單質硫，轉化率為70～90%。
上述步驟(4)所述的以100ml/min的流速向反應管通入500ppm的硫化氫氣體進行反應，其控制反應空速在1000～10000 h-1範圍內，能使硫化氫被選擇性催化氧化為單質硫，其硫化氫氣體的運行流速及脫硫劑的填料量（反應空速=氣體流量/填料體積）可根據此反應空速決定；當待處理的硫化氫氣體濃度過高時，可以通過用空氣、氮氣等氣體稀釋的方法來加以控制。
本發明與現有技術相比，具有如下主要優點：
本發明的方法採用混合汙泥作為原料，通過熱解活化方式將其製成為多孔的催化材料，實現較低溫度下對硫化氫的去除；該方法中回收的產物多以單質硫的形式存在，回收方便。其反應機理在於：混合汙泥熱解後為多孔炭質結構，具有良好的吸附性能，其含有的複合金屬氧化物對硫化氫具有高效催化氧化作用；該方法不僅能資源化利用汙泥，還能高效處理硫化氫汙染氣體，實現排放達標。
附圖說明
圖1為本發明混合汙泥處理硫化氫氣體的流程示意圖。
具體實施例
下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明
本實施例是一種利用混合汙泥製備多孔材料處理硫化氫汙染氣體的方法，參見圖1，圖1 為其流程圖，採用的裝置包括有：1.平衡氣；2.需處理氣體；3.石英反應管；4.管式爐；5.產物回收裝置；6.尾氣監測；a.氣體管路入口；b處理後氣體出口。採用的原料為混合汙泥，它由生活汙泥、電鍍汙泥組成，生活汙泥烘乾後碳的重量含量為55%；電鍍汙泥烘乾後的主要金屬成分為:鐵(Fe)的重量含量為10%；鋅(Zn) 重量含量為2%；鈣(Ca) 重量含量為8.2%，其具體步驟如下：
(1). 將乾燥後的生活汙泥和電鍍汙泥按質量比為1:1的比例混合均勻，然後進行研磨,過100目篩,得到混合汙泥顆粒，其中碳含量為30～68%；Fe的重量含量為4～15%；Zn重量含量為3～5%；Ca 重量含量為5～10%；
(2). 將混合汙泥顆粒裝入石英坩堝放入熱解爐，在N2的氣氛中以5oC/min的升溫速率升溫至600oC，進行熱解反應2h，得到熱解後的多孔材料；
(3). 將熱解後的多孔材料再次進行研磨，過150目篩，測得，其表面pH值為10.12，其表面孔徑集中在10nm左右，孔徑體積佔總孔容60%；
(4). 取0.25g的再次研磨後的多孔材料裝入反應管中，加熱至180oC，加熱5分鐘後，以100ml/min的流速向反應管通入500 ppm的硫化氫氣體進行脫硫反應，硫化氫氣體氣氛的相對溼度控制在50%，用氣象色譜儀對反應管的尾氣含量進行持續檢測，檢測3 h，其尾氣中硫含量均低於0.01ppm，尾氣排放達到排放標準；
(5). 對上述反應管中的硫單質進行加熱液化分離，加熱溫度至150oC，回收單質硫。