Shell_Paques生物脱硫技术及其应用

在吸收塔中 H2 S被碱性溶剂吸收, 碱液吸收气
体中的 H2 S, 并在产生 元素硫的过程 中得到再生。
通常, 仅有 少于 3. 5% 的 硫化物被氧化 成硫酸盐。
为了避免硫酸盐聚积, 需要连续地排出液体, 并不
断补充新的碱液或水。吸收塔主要反应式如下。
H2 S吸收: H 2 S+ OH- = H S- + H 2 O
第 48卷 第 2期 2010Байду номын сангаас 4月
化肥设计 Chem ical Fertilizer Design
Apr. 2010
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S hel-l Paques生物脱硫技术及其应用
汪家铭
(川化集团有限责任公司, 四川 成 都 610301)
摘 要: Shel-l Paques技术是具有代表性的生物脱硫及硫回收工艺, 其采用 脱氮硫杆菌并使之在弱碱性溶液条件下 吸收 H2 S, 从含硫酸性气中脱除 H 2 S, 并在 自然产 生的微 生物及 空气的 作用下, 将所 吸收的 硫化物 氧化 成元素 硫。 该技术具有净化效率高、适应范围广、操作维护方便 、环保效益好、副产生物硫磺等特 点, 可 用于合成气 、天然 气、炼 厂气等含有 H2 S的酸性气的净化过程 。介绍了 Shel-l P aques生物脱硫技术的基本原理、工艺流程、技术特点及其在 国内外的应用概况。 关键词: 脱硫; She l-l Paques生物脱硫技术; 应用 中图分类号: TQ 113. 264 文献标识 码: A 文章编号: 1004- 8901( 2010) 02- 0039- 04
K ey w ords: de- su lfu r; Sh ell Paqu es b iodesu lfur technology; app lication
生物脱硫 ( B iodesulfurizat ion, BDS) 技术是 20世 纪 80年代发展起来的常规脱硫替代新 工艺, 具有 不需催化剂和氧化剂 ( 空气除外 ) 、不需处理化学污 泥、生物污 染产 生少、能耗低、硫 回收 效率 高等优 点, 因而倍受业内关注。生物脱硫技术包括生物过 滤法、生物吸附法和生物滴滤法。在生物脱硫过程 中, 酸性气中氧化态的含硫污染物必须先经生物还 原作用生成硫化物或 H2 S, 然后再经生物氧化过程 生成单质硫后才能脱除 [ 1] 。
1 基本原理
1. 1 脱硫机理 She l-l Paques技术开发基本理念是采用脱氮硫
杆菌 ( T. denitrificans) 在碱性条件下脱除 H 2S。作为 该技术的核心, 突破了使用传统催化剂脱硫的不 足, 所使用的脱氮硫杆菌为无 机化能自养菌, 可从 自然环境中分离并进行纯化而获得, 其生长速度很 快, 每 2 h其数量就可以翻倍, 对于多变的工艺环境 具有很强的抵抗力, 硫化物氧化过程所产生的能量 即可满足其生长的能量需求。
目前具有代表性的生物脱硫技 术是由荷兰壳 牌 ( Shell) 全球解决方案国际公司与致力于生物技 术开发的荷兰帕克 ( Paques) 公司合 作共同研究开 发的, 该技术名为 Shel-l Paques( 壳牌 - 帕克或谢尔 - 帕克 ) , 现已成功地应用于各工业领域中的气体 净化。该技术是从气相或液相物流中 脱除 H2 S并 以元素硫的形式进行硫磺回收的生物反应过程, 在 中小型合成氨、甲醇、炼油、石化等装置的气体净化 领域完全可以采用该技术, 以代替传统的脱硫及硫 磺回收技术。
从生物反应器出来的排空空气含有微量的 H 2 S ( 体积分数 1 10- 6 ), 因此需要通过生物过滤器。 生物过滤器是一个装有肥 料的罐体。排空空 气中 含有充足的水蒸气, 能保持肥 料过滤器的湿度, 排 空空气最后可直接排放到 大气中。从生物反 应器 出来的再生碱液中, 含有质量分数为 1% 的硫磺, 硫 磺料浆在沉降式离心分离器中, 进一步浓缩成含质 量分数 60% 硫磺的硫磺饼, 其可进一步干燥成硫磺 粉末, 或经熔融生成商品硫磺。分离出的液相料浆 再返回到生物反应器中。
Shel-l Paques B iod esulfur Technology and Its App lication
W ANG J ia-m ing (Chuan H ua Group Company L td. , Ch engdu S ichuan 610301 Ch ina )
Abstract: Sh ell Paqu es technology w as a representative b iodesu lfu r and sulfur recovery p rocess that absorb sH 2 S by us ing of d e-n itrogen / su lfu r baci-l lus under poor alka li solut ion cond ition, H2 S is then rem oved from sour gas con ta in ing su lfu r, and und er action of m icrobe naturally caused and air the absorbed su lph ide is ox id ized to elem en tary su lfur, th is technology has th e featu res of h igh purification rate, w ide adaptat ion scope, easy op erat ion and m ainten ance, good env ironm ent b enefit, having by-p roduct of b iosu lfur etc. , it can b e u sed in purif icat ion process for H2 S contained sou r gas, such as synthetic gas, natu ral gas and refinery gas etc. A u thor has introduced the basic p rincip le for Shel l Paques b iodesu lfur techn ology, p rocess flow, techn ical features and app licat ion situat ion at hom e and abroad.
She l-l Paques工艺整个系统为封闭运行和在线 操作, 而且酸性气中的 H 2 S 被完全吸收, 不会有中 毒和伤亡事件发生, 无 SO2排放, 无环境污染, 硫磺 回收率达 99. 9% 以上, 尾气排放指标可满足环保要 求。与其他几种硫回收工艺相比, 虽然 Shel-l Paques 工艺的运行费用要高一些, 装置相对投资也不是最 低, 且由工艺性质决定其吸收液的用量较大; 但由 于溶液的组成变化缓慢, 使整个装置的生产操作十 分稳定。 3. 5 副产生物硫磺
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化肥设计
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硫化物 H S- 随后进入生物反应器内, 在空气和自然 界微生物的共同作用下被氧化生 成元素硫。硫以
料浆的形式从生物反应器中析出, 可进一步干燥成 粉末, 或经熔融生成商品 硫磺。同时, 在元素硫的
产生过程中碱液得到再生。再生溶液返回到吸收
塔中循环使用。
1. 2 吸收塔反应
式如下:
硫磺生成: H S- + 1 /2 O2 = S+ OH -
硫酸盐生成: H S-
+
2O2 =
SO
24
+ H+
碳酸盐分解:
CO
23
+ H 2 O = H CO-3
+
OH-
重碳酸盐分解:
HCO
3
=
CO2
+
OH -
2 工艺流程
生反应。空气的 吹入有利于生物反应器中各 种成 分的充分混合。用于氧化 H 2 S的有机体 是硫杆菌 的混合菌群, 这是一种自 给型细菌, 无需 CO 2 即可 满足其对于碳元素的需要。在生物反应器中, 可溶 性硫化物在空气和微生物细菌共同作用下, 细菌对 反应起催化作用, 硫化物与氧的反应生成元素硫或 硫酸盐, 同时吸收溶液得到再生循环使用。所生成 的硫酸盐不断地从反应器的静态分离区中排出, 脱 除硫磺。随后分离出的液体进入充气罐, 由于液体 内仍含有部分细菌, 能保证所有的硫磺和硫化物氧 化成硫酸盐, 出充气罐的液体经过紫外线杀菌器后 可排出系统。
H 2 S+
CO23-
=
H S-
+
H
CO
3
CO 2 吸收: CO 2 + OH - = H CO-3
碳酸盐生成: H CO-3 + OH- = CO23- + H2 O
1. 3 生物反应器反应
吸收了 H2 S的碱性溶液进入生物反应器后, 在
生物反应器充气的环境下, 硫化物被脱氮硫杆菌在
好氧条件下氧化成元素硫。生物反应器主要反应
50 10- 6 ~ 100% , 原料气的压力为 0. 1 ~ 10 M Pa, 生物反应器的 规格 尺寸 范围 为 5~ 2 000 m 3。该 技术以最小的化学品消耗, 直接 处理酸性气, 一步 完成气体净化和硫磺回收过程。在生物反应器中 硫化物的转 化率接 近 100% , 其 中 97% 转 化为元 素硫, 净化气 中 H 2 S含 量体积 分数 < 4 10- 6, 具 有很高的灵活性, 且能适应 H2 S高峰变化的负荷。 3. 2 适应范围广
该技术的 核心 是专 利设计 的生 物反 应器 [ 2] 。 脱硫过程分为吸收和生物反应两步进行, 在最高可 达 10 M Pa 的压力下, 吸收塔内的弱碱性溶液与含 H 2S的酸性气逆向接触。为使气液接触更充分, 可 使用板式或填料式吸收塔。吸收后富液中的可溶性
作者简介: 汪家铭 ( 1949 年 - ) , 男, 江苏苏州人, 1985年毕业于四川 广播电视大学机械专业, 工程师, 长期从 事化肥 生产装 置的 技术管 理以及化工科技情报等项工作。
She l-l Paques生物脱硫技术工艺流程见图 1。
She l-l Paques 工艺装置由用于脱除气体中 H 2S 的吸收单元 ( 吸收 塔 ) 、富液再生 以及生成 元素硫 的生物反应 单元 ( 生物反应器 ) 、硫磺分离 及回收 单元 (沉降式离心分离器 ) 3个部分组成。酸性气 通过入口气分 离器 和加 热器, 进入 吸收 塔。入口 气加热器能将入口气的温 度控制到与溶剂的温度 一致, 有利于 H2 S的吸 收和烃 类气体的 排出。含 有 H 2 S的酸性气进 入吸收塔 后与溶剂 逆向接 触, 将吸收液 pH 值控制在 8. 5 ~ 9. 3范 围内, 经过处 理的净化气从吸收塔顶部离开。溶有 H2 S 的溶剂 从吸收塔进 入水平 闪蒸罐, 含有 H 2 S 的闪 蒸气在 闪蒸罐顶部 的圆柱 形吸收 器中被 冲洗 后, 输 送至 火炬燃烧。
闪蒸后的溶有 H2 S 的溶剂随后经固体分离器 从顶部进入生物反应器, 生物反应器温度控制在 30~ 40 范围内。在生物反应器的底部, 用送风机 将空气吹入配气管中, 部分氧就会与硫化物和硫发
图 1 Shell Paques生物脱硫技术工艺流程
3 技术特点
3. 1 净化效率高 适用 于 酸性 气 中 H2 S 体 积 分数 浓 度范 围 为
该技术对含 H2 S浓度高的小型生产装置更为
第 2期
汪家铭 Shel-l P aques生物脱硫技术及其应用
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经济, 而 且 应用 该技 术 的装 置 性能 稳 定、工艺 可 靠、经济效益好, 可 以代替 传统的 液相 氧化、胺处 理、克劳斯硫磺回 收 + 尾气处 理等 技术。整 个系 统操作弹性大, 完全适合硫磺日产量在 0. 05~ 50 t 的脱硫工艺过程, 适 用于高 压天然 气、合成气、燃 料气和来自胺吸收再生过 程酸性气的脱硫和硫回 收处理。 3. 3 操作维护方便
该技术所需装置的投资费用低, 主要设备和 仪器数量少, 不需使用化学催化剂, 且生产所需 的操作人员少, 降低了人力成本。碱液内部循 环, 菌种自动再生, 不会失活, 无需更换, 运行中 所需能耗低, 节约生产成本。该工艺占地面积 小、维护费用较低 、工艺 流程简单 可靠, 控制系 统 和监测系统很少, 没有复杂的控制回路, 操作维 护简单方 便。 3. 4 环保效益好