專利名稱：一種Fe—Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及沼氣凈化技術領域，特別涉及ー種Fe — Cl混合溶液吸收和電化學再生法去除大中型沼氣工程中H2S的エ藝。
背景技術：
隨著我國對可再生能源的開發(fā)和利用的不斷深入發(fā)展，全國大中型沼氣工程建設量和保有量不斷増加。大中型沼氣工程中原料厭氧發(fā)酵生成沼氣的同時，也會產(chǎn)生一定的有害的硫化氫氣體。硫化氫的存在大大限制了沼氣作為ー種可再生的生物質(zhì)能源的廣泛使用。硫化氫是ー種具有臭雞蛋味的有毒性的氣體，人體吸入后會引起不良反應，嚴重者會有生命危險；此氣體對燃燒動カ設備和金屬管道具有很強的腐蝕作用，并且還會引發(fā)潤滑油的變質(zhì)從而加速發(fā)動機的磨損；此外，沼氣在經(jīng)過燃燒后，硫化氫會轉化為硫的氧化物 (SOx)并釋放到空氣中，造成大氣污染。因此，在沼氣在燃燒利用之前，必須去除其中的硫化氫。目前，エ業(yè)上的沼氣脫硫方法主要包括干法脫硫、堿液濕法脫硫和生物脫硫三種方式。其中干法脫硫中通常使用干式脫硫塔，但往往布氣不均勻，脫硫效果不佳；濕法脫硫中脫硫劑主要是堿液，存在著溶液吸收不徹底、易造成二次污染的問題；生物脫硫中采用脫硫微生物對沼氣中硫化氫成分進行去除，單前期微生物培養(yǎng)較為復雜，要保證微生物充足的營養(yǎng)較為困難。對于硫化氫含量0. r2. o%的低濃度酸性氣的處理，尚無ー個生產(chǎn)安全環(huán)保、エ藝簡潔、操作簡單靈活、投資成本少、運行費用低的脫硫凈化工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述方法中堿液濕法的脫硫效率低、堿液吸收不徹底和吸收液不可再生等問題，提供了ー種Fe — Cl混合溶液吸收和電化學再生法對沼氣進行脫硫的ェ藝。ー種Fe — Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其特征在于(I)采用Fe — Cl混合溶液為吸收液，其中混合溶液中的Fe3+和Fe2+的濃度為大于
0.5mol/L, HCl的濃度范圍2. (TlO. 0 mo I/L ;當脫硫塔內(nèi)的吸收液體積達到脫硫塔內(nèi)體積的1/4 1/2時，打開霧化噴嘴和沼氣進氣閥門，讓旋轉鼓泡杯以氣泡直徑為0. 2^2. 0 _進行鼓泡，沼氣在塔內(nèi)停留時間為2 10 min;吸收液溫度范圍15 80で；吸收液與沼氣形成逆流接觸；(2)經(jīng)脫硫塔后的沼氣再經(jīng)除霧器出ロ流出；吸收沼氣中含硫物質(zhì)后的吸收液經(jīng)沉淀處理，去除固體成分，再將液體到電解槽的陽極室進行電解；( 3 )經(jīng)電解后的液體再回到脫硫塔作為吸收液使用。作為優(yōu)選，上述ー種Fe — Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其中混合溶液中的Fe3+和Fe2+的濃度為大于I. Omol/L。雖然，在本發(fā)明中，使用小于I. Omol/L的含F(xiàn)e3+和Fe2+混合溶液也可以使沼氣中的含硫氣體浄化，但速度慢，而且不徹底，經(jīng)發(fā)明人的不斷試驗，濃度為I. Omol/L的含量具有一個相對明顯的吸收效果的分化；發(fā)明人對不同地區(qū)的沼氣進行試驗，都發(fā)現(xiàn)了相同的問題，即在濃度大于I. Omol/L時，具有更好的效果；而且從脫除率來看，濃度大于I. Omol/L時的脫除率更高。作為優(yōu)選，上述ー種Fe — Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其中旋轉鼓泡杯的轉速在4000飛000 rpm，旋轉鼓泡杯以高速旋轉并鼓泡，利用旋轉的剪切力從而產(chǎn)生直徑很小的氣泡，以便氣液兩相能充分接觸，并且氣孔ロ不容易被硫泥堵塞。這是針對目前所使用的旋轉鼓泡杯的實際使用情況而確定的，在此轉速情況下，一般會達到氣泡直徑為0. 2^2. 0_，否則，所形成的氣泡直徑就會發(fā)生較大的變化，對于氣泡直徑的變化，也將直接影響到沼氣中含硫物質(zhì)的被吸收情況，這是經(jīng)大量試驗得出的結果。作為優(yōu)選，上述ー種Fe — Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其中脫硫塔的上半段內(nèi)壁安裝有4 32個S型雙環(huán)繞結構的霧化噴嘴。霧化噴嘴在其它行業(yè)、設備中也有使用，而且在本發(fā)明中采用S型雙環(huán)繞結構則是發(fā)明人根據(jù)本發(fā)明中為了更好實現(xiàn)氣液相接觸而進行的設計，這樣的設計會使脫硫塔上半段形成吸收液的霧化湍流，以便氣液兩相能更充分接觸，從而使吸收效果達到99%以上，足以滿足環(huán)保和實際生產(chǎn)要求?！ぷ鳛閮?yōu)選，上述ー種Fe — Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其中電解槽電壓范圍0. 5^3. 0 V，電流密度范圍5(Tl50 mA/cm2?？紤]到實際運行エ況的波動，以及更加節(jié)約能源，避免不必要的電解能耗，再生后吸收液體系主要成分為Fe3+，并含有一定比例的Fe2+，其中Fe2+在吸收液體系Fe元素中占比在5 35%間，維持在這范圍內(nèi)，一方面能夠保證高的吸收效率，另ー方面也非常有助于H2S氧化形成的硫單質(zhì)微粒進一歩凝聚成較大粒徑的硫顆粒，為后期固液沉淀分離創(chuàng)造有利條件，這也是本發(fā)明區(qū)別于其它技術方案的不同之處。利用電化學氧化原理對吸收液進行再生，并且電化學反應的副產(chǎn)品ー氫氣可以利用做能源。電解槽電壓低、電流效率高和不產(chǎn)生二次污染。本發(fā)明中，整個脫硫塔的脫硫階段可以看作是兩段進行，下半段脫硫是在氣液相中進行，效率在80、5%，上半段可以看作是氣汽相接觸，脫硫效率在95、9%。本發(fā)明的目的是通過如下反應原理實現(xiàn)的吸收H2S(g)+ 2FeCl3(aq) — 2FeCl2 (aq) + 2HC1 (aq) + S(s)再生2FeCl2(aq) + 2HC1 (aq) — FeCl3 (aq) + H2 (g)陽極Fe2+- e 一 Fe3+陰極2H++ 2e — H2總反應H2S(g)—H2(g) +S(s)本發(fā)明的目的包括如下裝置脫硫塔、旋轉鼓泡杯、環(huán)壁霧化噴嘴、塔頂霧化噴嘴、除霧器、沉淀池、硫泥槽、再生電解槽、石墨陽極、Nafion膜、鍍鉬石墨陰極、導管和水泵。有益效果本發(fā)明的設計合理、エ藝可行、操作簡便、吸收效果高、吸收液可再生、副產(chǎn)物氫氣可以利用做能源，可以循環(huán)再生使用化學吸收液，而且吸收的速度更快，尤其是當混合溶液濃度為大于I. 0mol/L效果更明顯。


圖I本發(fā)明實現(xiàn)的エ藝流程結構示意圖
具體實施例方式下面結合實施例進ー步說明本發(fā)明，但并不是本發(fā)明內(nèi)容范圍的任何限制。實施例I根據(jù)附圖I所示結構，本實施方式為脫硫塔吸收沼氣中硫化氫的裝置有沼氣進氣管I、旋轉鼓泡杯2、霧化噴嘴3、除霧器4、沼氣出氣管5、吸收尾液導管6、吸收尾液進入沉淀池的水泵7和再生吸收液導管20 ;沉淀池8、硫泥槽9、硫泥導管10、吸收尾液進入電解槽的水泵11和吸收尾液導管12，吸收尾液導管6與沉淀池8相連接；所述的硫泥槽9斗心與硫泥導管10相連接。所述的再生吸收液導管20與脫硫塔頂和塔內(nèi)壁安裝霧化噴嘴相連 接；所述的除霧器4在塔頂霧化噴嘴上部，在沼氣出氣管口下部；所述的沼氣進氣管I與旋轉鼓泡杯2相連接；所述的吸收尾液導管6與吸收尾液進入沉淀池的水泵7，在電解槽中有陽極電極13、Nafion膜14、陰極電極15、陰極電極接頭16、氫氣導氣管17、陽極電極接頭
18、再生吸收液進入脫硫塔的水泵19和再生吸收液導管20。在本發(fā)明中采用Nafion膜14也較其它的離子膜具有更好的電解效果。采用Fe — Cl混合溶液為吸收液，其中混合溶液中的Fe3+和Fe2+的濃度為0. 6mol/L，其中Fe2+在吸收液體系Fe元素中占比在5%，HC1的濃度范圍4. Omol/L ;當脫硫塔內(nèi)的吸收液體積達到脫硫塔內(nèi)體積的1/4時，打開霧化噴嘴和沼氣進氣閥門，讓旋轉鼓泡杯以氣泡直徑為0. 2^2. 0 mm進行鼓泡，旋轉鼓泡杯的轉速在4000rpm左右，沼氣在塔內(nèi)停留時間為10 min左右；吸收液溫度范圍60 V ;吸收液與沼氣形成逆流接觸；(2)經(jīng)脫硫塔后的沼氣再經(jīng)除霧器出ロ流出；吸收沼氣中含硫物質(zhì)后的吸收液經(jīng)沉淀處理，去除固體成分，再將液體到電解槽的陽極室進行電解；本實施例中的電解槽所采用的相應參數(shù)為常規(guī)所采用；(3)經(jīng)電解后的液體再回到脫硫塔作為吸收液使用，同時確?；亓鞯矫摿蛩械腇e3+和Fe2+的混合濃度為0. 5mol/L以上。經(jīng)本實施例中氣體，其中的整個脫硫效果在95%以上。實施例2根據(jù)附圖I所示的流程結構圖，對實施例I中相同的沼氣進行處理試驗。采用Fe — Cl混合溶液為吸收液，其中混合溶液中的Fe3+和Fe2+的濃度為I. 2mol/L，其中Fe2+在吸收液體系Fe元素中占比在10%，HCl的濃度范圍4. Omol/L ;當脫硫塔內(nèi)的吸收液體積達到脫硫塔內(nèi)體積的1/3時，打開霧化噴嘴和沼氣進氣閥門，讓旋轉鼓泡杯以氣泡直徑為0. 2^2. 0 mm進行鼓泡，旋轉鼓泡杯的轉速在5000rpm左右，沼氣在塔內(nèi)停留時間為5 min左右；吸收液溫度范圍80 V ;吸收液與沼氣形成逆流接觸；(2)經(jīng)脫硫塔后的沼氣再經(jīng)除霧器出ロ流出；吸收沼氣中含硫物質(zhì)后的吸收液經(jīng)沉淀處理，去除固體成分，再將液體到電解槽的陽極室進行電解；本實施例中的電解槽所采用的相應參數(shù)為常規(guī)所采用；其中用Nafion膜14設立在電解槽中間，將電解槽分割成陰陽極室；(3)經(jīng)電解后的液體再回到脫硫塔作為吸收液使用，同時確保回流到脫硫塔中的Fe3+和Fe2+的混合濃度為I. 2mol/L以上。經(jīng)本實施例中氣體，其中的整個脫硫效果在99%以上，而且所處理沼氣經(jīng)過脫硫塔的時間明顯縮短，而且脫硫效果提高。
實施例3根據(jù)附圖I所示的流程結構圖，相對于實施例I中硫含量更高的沼氣進行處理試驗。采用Fe — Cl混合溶液為吸收液，其中混合溶液中的Fe3+和Fe2+的濃度為I. 5mol/L，其中Fe2+在吸收液體系Fe元素中占比在15%，HCl的濃度范圍5. Omol/L ;當脫硫塔內(nèi)的吸收液體積達到脫硫塔內(nèi)體積的1/2時，打開霧化噴嘴和沼氣進氣閥門，讓旋轉鼓泡杯以氣泡直徑為0. 2^2. 0 mm進行鼓泡，旋轉鼓泡杯的轉速在6000rpm左右，沼氣在塔內(nèi)停留時間為6 min左右；吸收液溫度范圍70 V ;吸收液與沼氣形成逆流接觸；(2)經(jīng)脫硫塔后的沼氣再經(jīng)除霧器出ロ流出；吸收沼氣中含硫物質(zhì)后的吸收液經(jīng)沉淀處理，去除固體成分，再將液體到電解槽的陽極室進行電解；本實施例中的電解槽所采用的相應參數(shù)為常規(guī)所采用；其中用Nafion膜14設立在電解槽中間，將電解槽分割成陰陽極室； (3)經(jīng)電解后的液體再回到脫硫塔作為吸收液使用，同時確保回流到脫硫塔中的Fe3+和Fe2+的混合濃度為I. 5mol/L以上。經(jīng)本實施例中氣體，其中的整個脫硫效果在99%以上，而且所處理沼氣經(jīng)過脫硫塔的時間明顯縮短，而且脫硫效果提高。通過上述試驗對比，可以看出，混合溶液中的Fe3+和Fe2+的濃度較高具有更好的處理效果。
權利要求
1.ー種Fe — Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其特征在于(1)采用Fe— Cl混合溶液為吸收液，其中混合溶液中的Fe3+和Fe2+的濃度為大于0.5mol/L, HCl的濃度范圍2. (TlO. 0 mo I/L ;當脫硫塔內(nèi)的吸收液體積達到脫硫塔內(nèi)體積的1/4 1/2時，打開霧化噴嘴和沼氣進氣閥門，讓旋轉鼓泡杯以氣泡直徑為0. 2^2. 0 _進行鼓泡，沼氣在塔內(nèi)停留時間為2 10 min;吸收液溫度范圍15 80で；吸收液與沼氣形成逆流接觸； (2)經(jīng)脫硫塔后的沼氣再經(jīng)除霧器出ロ流出；吸收沼氣中含硫物質(zhì)后的吸收液經(jīng)沉淀處理，去除固體成分，再將液體到電解槽的陽極室進行電解； (3 )經(jīng)電解后的液體再回到脫硫塔作為吸收液使用。
2.根據(jù)權利要求I所述的ー種Fe— Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其特征在于混合溶液中的Fe3+和Fe2+的濃度為大于I. OmoI/L0
3.根據(jù)權利要求I所述的ー種Fe— Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其特征在于旋轉鼓泡杯的轉速在4000 6000 rpm。
4.根據(jù)權利要求I所述的ー種Fe— Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其特征在于脫硫塔的上半段內(nèi)壁安裝有4 32個S型雙環(huán)繞結構的霧化噴嘴。
5.根據(jù)權利要求I所述的ー種Fe— Cl混合溶液對沼氣進行脫硫的エ藝，其特征在于電解槽電壓范圍0. 5^3. 0 V，電流密度范圍5(Tl50 mA/cm2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種沼氣凈化技術領域，具體是指一種Fe—Cl混合溶液吸收和電化學再生法去除大中型沼氣工程中H2S的工藝。本發(fā)明采用Fe—Cl混合溶液為吸收液，當脫硫塔內(nèi)的吸收液體積達到脫硫塔內(nèi)一定體積后打開霧化噴嘴和沼氣進氣閥門，讓吸收液與沼氣形成逆流接觸；經(jīng)脫硫塔后的沼氣再經(jīng)除霧器出口流出；吸收沼氣中含硫物質(zhì)后的吸收液經(jīng)沉淀處理，去除固體成分，再將液體到電解槽的陽極室進行電解；經(jīng)電解后的液體再回到脫硫塔作為吸收液使用。本發(fā)明的優(yōu)點是設計合理、工藝可行、操作簡便、吸收效果高、吸收液可再生、副產(chǎn)物氫氣可以利用做能源，可以循環(huán)再生使用化學吸收液，而且吸收的速度更快。
文檔編號C10L3/10GK102776044SQ20121016924
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月26日 優(yōu)先權日2012年5月26日
發(fā)明者張云飛, 陳鋒濤 申請人:杭州創(chuàng)享環(huán)境技術有限公司