2025-12-26
Биогаз, как перспективный источник энергии, получает все более широкое распространение. Экологические стандарты моей страны строго устанавливают, что при использовании биогаза содержание H2S в газе не должно превышать 20 мг/м³. Как в промышленном, так и в бытовом применении необходимо максимально удалять H2S.
При производстве биогаза в анаэробных реакторах, особенно в процессе мезофильной или гипертермической ферментации, он содержит большое количество H2S. Поскольку биогаз также содержит большое количество водяного пара, вода и H2S в биогазе совместно ускоряют коррозию и засорение металлических труб, клапанов и расходомеров. Кроме того, SO2, образующийся после сгорания H2S, соединяется с водяным паром в продуктах сгорания, образуя сернистую кислоту, вызывая коррозию металлических поверхностей оборудования и загрязняя атмосферу, что негативно сказывается на здоровье человека. Поэтому перед использованием биогаза необходимо удалить H2S.
К распространенным в промышленности методам десульфуризации биогаза относятся: сухая десульфуризация, влажная десульфуризация и биологическая десульфуризация.
I. Сухая десульфуризация
Сухая десульфуризация — это простой, эффективный и относительно недорогой метод десульфуризации, подходящий для десульфуризации биогаза в небольших объемах и с низкой концентрацией сероводорода. Обычно используется метод с применением оксида железа при атмосферном давлении, при котором контейнер заполняется упаковочным материалом, таким как активированный уголь и оксид железа, толщиной 0,3–0,8 м. Газ проходит через упаковочный слой с одного конца контейнера со скоростью 0,4–0,6 м/мин, при времени контакта 2–3 минуты. Сероводород окисляется до серы или оксидов серы, оставаясь в упаковочном слое. Очищенный газ выводится с другого конца контейнера.
В процессе регенерации удаляется десульфуризирующий агент, содержащий сульфид железа, его сбрызгивают водой и подвергают воздействию воздуха для окисления, что позволяет использовать его повторно.
II. Мокрая десульфуризация
Система мокрой десульфуризации состоит в основном из двух частей: абсорбционной башни и регенерационной башни. Раствор карбоната натрия с концентрацией от 2% до 3% распыляется сверху абсорбционной башни. Одновременно биогаз поднимается вверх, образуя противоточный контакт с раствором, эффективно удаляя сероводород в процессе десульфуризации. После поглощения сероводорода раствор карбоната натрия поступает в регенерационную башню. Под действием катализатора сера в растворе разлагается, тем самым регенерируя раствор карбоната натрия и обеспечивая его повторное использование.
Кроме того, сточные воды очистных сооружений могут быть использованы для распыления биогаза с целью удаления сероводорода. При температуре 20°C и давлении стандартных атмосфер 1 м³ воды может растворить 2,3 м³ сероводорода.
III. Биологическая десульфуризация
Процесс биологической десульфуризации состоит из трех частей: скрубберной башни, биореактора и седиментационной дегидратации. Наиболее важным этапом является одомашнивание и культивирование серосодержащих бактерий. Принцип биологической десульфуризации заключается в использовании бесцветных бактерий для окисления сульфидов до элементарной серы, как показано в следующей химической реакции:
Полученная в результате этой реакции элементарная сера содержит небольшое количество примесей, которые могут быть использованы в производстве серной кислоты. В процессе сжигания серы для получения серной кислоты небольшое количество остаточной биомассы автоматически удаляется.
Еще одним преимуществом биологической десульфуризации является возможность использования сточных вод очистных сооружений для поглощения сероводорода из биогаза, а абсорбент может применяться совместно с органическими сточными водами, содержащими высокие концентрации ХПК, что позволяет сэкономить на очистке от ХПК. Однако в настоящее время практическое применение технологии биологической десульфуризации в нашей стране все еще относительно ограничено.
IV. Резюме
При очистке биогаза, если содержание сероводорода в биогазе высокое и объем газа большой, более подходящим методом является влажная десульфуризация. Этот метод позволяет удалять не только сероводород, но и часть диоксида углерода, тем самым увеличивая долю метана в биогазе. При ограниченной площади площадки можно выбрать сухую десульфуризацию, но десульфурирующий агент обычно необходимо заменять каждые три месяца. При использовании биогаза в качестве топлива для газовых двигателей и т. д., для предотвращения проблем с работой биогазовых форсунок или газовых двигателей, биогаз также должен пройти глубокую очистку и фильтрацию для удаления твердых частиц из газа. К фильтрующим устройствам относятся гравийные фильтры, газовые фильтры и т. д. Применение биологической десульфуризации в Китае пока не получило широкого распространения, главным образом из-за относительно высоких инвестиционных затрат.
На изображении выше показана работа установки по десульфуризации биогаза на предприятии по производству пестицидов в провинции Цзянси. Наша компания отвечала за проектирование и строительство как системы очистки сточных вод, так и соответствующей системы очистки биогаза. В этом проекте биогаз, производимый анаэробным реактором, временно хранится в двухмембранном газгольдере после герметизации водой. Затем он сжимается с помощью воздуходувки и поступает в систему десульфуризации. Система десульфуризации состоит из влажной и тонкой десульфуризации. При влажной десульфуризации достигается концентрация H₂S ≤ 200 ppm в очищенном биогазе, в то время как при тонкой десульфуризации, в качестве резервного блока, достигается концентрация H₂S ≤ 50 ppm. Десульфурированный биогаз может быть использован повторно; в противном случае его можно сжечь и сбросить через биогазовую горелку.
В башне для десульфуризации в качестве десульфурирующего агента используется щелочной раствор. Этот щелочной раствор поглощает сероводород из биогаза, образуя обогащенный раствор. Обогащенный раствор подвергается окислительной регенерации в регенерационном резервуаре для получения щелочного раствора и элементарной серы. Регенерированный щелочной раствор временно хранится в резервуаре с обедненным раствором, а затем перекачивается в башню для десульфуризации, обеспечивая рециркуляцию щелочного раствора. Элементарная сера, образующаяся в регенерационном резервуаре, сбрасывается в резервуар с серной пеной, обезвоживается с помощью пластинчато-рамной системы обезвоживания, а затем периодически транспортируется за пределы предприятия для обработки.
