專利名稱：一種用于吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)反應(yīng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種吸收硫化氫的反應(yīng)裝置和方法，具體說是一種化學(xué)吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)反應(yīng)方法和裝置。
背景技術(shù)：
硫化氫(hydrogen sulfide，是具有刺激性和窒息性的無色劇毒氣體。在采礦、冶煉、甜菜制糖，制造二硫化碳、有機(jī)磷農(nóng)藥，以及皮革、硫化染料、顏料、動物膠等工業(yè)中都有硫化氫產(chǎn)生；有機(jī)物腐敗場所如沼澤地、陰溝、化糞池、污物沉淀池等處作業(yè)時均可有大量硫化氫逸出，作業(yè)工人中毒并不罕見。傳統(tǒng)脫除硫化氫的方法操作條件較為苛刻，催化劑的價格昂貴，對設(shè)備有較大的腐蝕，并且處理過程較為復(fù)雜，設(shè)備的投資額和運(yùn)行費(fèi)用較高。近些年來，利用氧化亞鐵硫桿菌等嗜酸性亞鐵氧化細(xì)菌的間接作用來實(shí)現(xiàn)對硫化氫反應(yīng)引起了人們的極大關(guān)注，其基本原理是氧化亞鐵硫桿菌等都能夠?qū)⑺嵝原h(huán)境中的狗2+轉(zhuǎn)變?yōu)楣?+，F(xiàn)e3+可以作為高效的氧化劑來吸收處理H2S, Fe3+又變?yōu)楣?+。前者是生物反應(yīng)，后者屬化學(xué)反應(yīng)。于是有人設(shè)想將生物反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)連接起來組成一個循環(huán)來吸收處理&S。即在生物反應(yīng)器內(nèi)生長嗜酸性鐵氧化細(xì)菌顆粒，循環(huán)液相由細(xì)菌培養(yǎng)液組成，其主要成分狗2+是細(xì)菌的能量來源，循環(huán)液經(jīng)生物反應(yīng)后，溶液中的狗2+轉(zhuǎn)變?yōu)楣?+，進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)器與H2S及進(jìn)行反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)后!^3+又轉(zhuǎn)變?yōu)楣?+，也就是說兩種不同價態(tài)狗離子在兩個反應(yīng)器的循環(huán)轉(zhuǎn)變過程中，就可以脫除氣態(tài)的H2S,并從中得到副產(chǎn)物單質(zhì)硫(S. Ebrahimi, et al. High-Rate Acidophilic Ferrous Iron Oxidation in a Biofilm Airlift Reactor and the Role of the Carrier Material. Biotechnology and bioengineering, 2005(90) 4:462-472.)。基于此，專利EP220776、EP280750、EP811416、 US-A- 5753189分別介紹了利用氧化亞鐵硫桿菌等微生物和狗3+脫除硫化氫的反應(yīng)裝置及方法。由于化學(xué)反應(yīng)器中大量硫的形成，傳統(tǒng)的填料塔和湍球塔很難應(yīng)用，更談不上實(shí)現(xiàn)化學(xué)吸收與生物反應(yīng)的兼容和統(tǒng)一。特別是通常情況下，為了維持穩(wěn)定高效的生物反應(yīng)， 液體在兩步反應(yīng)容器之間的循環(huán)流量是穩(wěn)定的，這在處理的硫化氫濃度不穩(wěn)定的情況下， 如何更好的充分利用生物反應(yīng)輸送來的狗3+，如何更好地吸收硫化氫和分離硫沉淀，如何為生物反應(yīng)供輸穩(wěn)定的狗2+等問題一直在困擾著人們，人們迫切需要采用更好的、具體可行的化學(xué)反應(yīng)方法和裝置來實(shí)現(xiàn)解決這些難題。然而，迄今為止還沒有論文和專利這方面的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述問題，提出一種可與生物反應(yīng)更好兼容的化學(xué)反應(yīng)方法和裝置和方法來實(shí)現(xiàn)對硫化氫的化學(xué)吸收。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種用于吸收硫化氫的氣升式內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)裝置，包括罐體、導(dǎo)流筒、噴嘴、進(jìn)液口、出液口、出氣口、循環(huán)泵、硫磺分離池、外循環(huán)通道、進(jìn)氣口(具體細(xì)節(jié)見說明書附圖 1)。裝置中充滿可供亞鐵氧化菌生長的液體，反應(yīng)液的高度應(yīng)超過內(nèi)導(dǎo)流筒，待處理吸收的硫化氫由進(jìn)氣口自下而上通入反應(yīng)器中反應(yīng)吸收，調(diào)解液體初始PH1-2. 5，并以稀釋率為 0. l-2/h的液體流速循環(huán)，使反應(yīng)液通過管道(11)和(12)與生物反應(yīng)容器間循環(huán)(參見說明書附圖2)。液體中含有有l(wèi)_30g/L的總鐵離子。內(nèi)循環(huán)以從罐底通入的硫化氫廢氣為動力，帶動液體上升，形成循環(huán)，外循環(huán)以循環(huán)泵為動力，并通過該循環(huán)泵來控制外循環(huán)的循環(huán)流量。當(dāng)沉淀池中未反應(yīng)的狗3+在10%-100%之間時，可開通反應(yīng)裝置的外循環(huán)，外循環(huán)流速要根據(jù)未反應(yīng)完的1 3+的多少而正比例調(diào)整。外循環(huán)通道在底部先和硫磺分離池相接， 并使生成的硫磺在沉淀池沉淀，，硫磺分離池再通過管道和罐主體相連，沉淀后的上清液通過管道12向外輸狗2+。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于
①、反應(yīng)溶液分布均勻，氣含率高，更有利于硫化氫的反應(yīng)和吸收。②、實(shí)現(xiàn)了化學(xué)吸收與生物反應(yīng)的兼容和統(tǒng)一。③、剪切力小，有利于結(jié)晶硫的沉淀，形成的結(jié)晶硫沿下降管向下運(yùn)動，并進(jìn)入硫分離池。④、設(shè)置了外循環(huán)通道，具有更廣的適應(yīng)性和優(yōu)良的靈活性。當(dāng)硫化氫廢氣較低時，大量的1 3+未能來得及反應(yīng)，此時開通外循環(huán)，或者加速外循環(huán)可更有效地利用狗3+，從而為生物反應(yīng)穩(wěn)定輸出Fe2+。⑤、能耗低，結(jié)構(gòu)簡單，操作維修方便，無二次污染物產(chǎn)生，可應(yīng)用于含硫化氫的尾氣、沼氣、天然氣等氣體的處理。


說明書附圖1是本發(fā)明-一種用于吸收硫化氫的氣升式內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，罐體(1)、內(nèi)導(dǎo)流筒(2)、噴嘴(3)、進(jìn)液口(4)、出液口(5)、出氣口(6)、循環(huán)泵(7 )、硫磺分離池(8 )、外循環(huán)通道(9 )、進(jìn)氣口( 10 )、進(jìn)液管道(11)、出液管道(12 )；說明書附圖2是生物-化學(xué)硫化氫兩級反應(yīng)系統(tǒng)流程示意圖。
具體實(shí)施例實(shí)施例一
裝置結(jié)構(gòu)如說明書附圖1，罐體(1)外徑30cm、高210 cm,內(nèi)導(dǎo)流筒(2)外徑20cm，高 200cm，兩筒的壁厚都是1 cm，連接管道(9)外徑2. 5 cm，裝置中充滿可供氧化亞鐵硫桿菌生長的培養(yǎng)基，調(diào)解初始PHI. 0，并以稀釋率為0. Ι/h的液體流速循環(huán)，使反應(yīng)液即菌種培養(yǎng)基通過管道(11)和(12)和生物反應(yīng)部分進(jìn)行循環(huán)(參見說明書附圖2)。液體中有l(wèi)g/L 的鐵離子，即狗2+和狗3+，一定濃度的硫化氫橡膠工業(yè)尾廢氣通過進(jìn)氣口( 10)進(jìn)入本裝置， 并沿導(dǎo)流筒上升的過程中和液體充分混合反應(yīng)，結(jié)晶硫逐漸形成，然后沿下降管向下運(yùn)動， 進(jìn)入硫沉淀池(8)分離。沉淀池中的液體經(jīng)重鉻酸鉀滴定法檢測，當(dāng)含有的1 3+的濃度超過總鐵離子濃度的10%以上，這樣的液體一方面不能為微生物的生長提供充足的能量狗2+， 另一方面可以繼續(xù)和大量的硫化氫反應(yīng)，此時開通外循環(huán)通道(9)，或者加速其循環(huán)速度，從而充分利用生物反應(yīng)輸送來的狗3+，也為生物反應(yīng)供應(yīng)輸出穩(wěn)定的狗2+。尾氣經(jīng)硫化氫電極檢測，殘留的硫化氫濃度低于40ppm，達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。通過這樣的內(nèi)外雙循環(huán)硫化氫反應(yīng)裝置，很好地實(shí)現(xiàn)硫化氫的化學(xué)吸收和生物反應(yīng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使兩步反應(yīng)形成了有機(jī)的整體。具體實(shí)施例二
裝置結(jié)構(gòu)如說明書附圖1，氣升式反應(yīng)裝置罐體(1)直徑40cm，內(nèi)部導(dǎo)流筒(2)直徑 30cm,高200cm，液相!^e離子濃度15g/L，常溫，調(diào)節(jié)初始pHl. 8，并以稀釋率為Ι/h的液體流速循環(huán)，通氣量lOL/min，沼氣中硫化氫的濃度lOOOOppm，在以上條件下連續(xù)操作，硫化氫脫除率在90 99%，此時承載的負(fù)荷為0. 27mol/h,經(jīng)沉淀分離后，重鉻酸鉀滴定法檢測液體仍含有較高濃度的1^3+，此時打開外循環(huán)通道(9)，開通外循環(huán)，使未反應(yīng)的!^3+重新進(jìn)入反應(yīng)裝置進(jìn)行與硫化氫的反應(yīng)，當(dāng)沉淀池(8)中55%以上的!^3+反應(yīng)完，外循環(huán)通道 (9)降低循環(huán)速度或關(guān)閉，從而可為生物反應(yīng)供應(yīng)輸出濃度穩(wěn)定的狗2+，實(shí)現(xiàn)化學(xué)吸收和生物反應(yīng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使兩步反應(yīng)形成了有機(jī)的整體。具體實(shí)施例三
如說明書附圖1的總高60cm的內(nèi)外雙循環(huán)硫化氫化學(xué)吸收裝置和相應(yīng)的生物反應(yīng)器，立放在同一水平高度，通過管道連接成一套完整的生物-化學(xué)硫化氫兩級反應(yīng)系統(tǒng)(說明書附圖2)，生物反應(yīng)器為固定床結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充固定化氧化亞鐵硫桿菌或氧化亞鐵鉤端螺旋菌的固定化顆粒，硫化氫吸收裝置中是氧化亞鐵硫桿菌生長的反應(yīng)液，并以稀釋率為 2. Ο/h的流速使反應(yīng)液即菌種培養(yǎng)基通過管道(11)和(12)和生物反應(yīng)容器間循環(huán)。液體中有30g/L的鐵離子，即Fe2+和狗3+，將采集到的含0. 5%硫化氫的天然氣通過進(jìn)氣口(10)進(jìn)入本裝置，并沿導(dǎo)流筒上升的過程中和液體充分混合反應(yīng)，結(jié)晶硫逐漸形成，然后沿下降管向下運(yùn)動，進(jìn)入硫沉淀池分離。此時，沉淀池中的液體經(jīng)重鉻酸鉀滴定法檢測，當(dāng)含有的狗3+ 的濃度超過總鐵離子濃度的90%以上，這樣的液體一方面不能為微生物的生長提供充足的能量狗2+，另一方面可以繼續(xù)和大量的硫化氫反應(yīng)，因此，此時開通外循環(huán)通道(9)，或者加速其循環(huán)速度，從而充分利用生物反應(yīng)輸送來的 ^3+，也為生物反應(yīng)供應(yīng)輸出穩(wěn)定的 ^2+。 運(yùn)行中當(dāng)狗3+的濃度低于總鐵離子濃度的10%，不再開通外循環(huán)通道(9)，尾氣經(jīng)硫化氫檢知管檢測，殘留的硫化氫濃度低于40ppm，達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。通過這樣的內(nèi)外雙循環(huán)硫化氫反應(yīng)裝置，很好地實(shí)現(xiàn)了硫化氫的化學(xué)吸收和生物反應(yīng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，使兩步反應(yīng)形成了有機(jī)的整體，大大提高了脫硫效率，降低了生產(chǎn)工序與成本，保證了脫除硫化氫反應(yīng)的順利進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種用于吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)的方法和裝置，其特征是，以氣升式內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器作為吸收硫化氫的主體，包括罐體(1)，內(nèi)導(dǎo)流筒(2)，噴嘴(3)，進(jìn)液口(4)，出液口(5)，出氣口(6)，進(jìn)氣口( 10)，硫磺分離池(8)，同時增加外循環(huán)通道(9),實(shí)現(xiàn)對硫化氫的吸收和內(nèi)外雙循環(huán)反應(yīng)過程。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)的方法和裝置，里面裝載適合亞鐵離子氧化菌生長的反應(yīng)液，反應(yīng)液的高度應(yīng)超過內(nèi)筒，待處理吸收的硫化氫由進(jìn)氣口自下而上通入反應(yīng)器中反應(yīng)吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)的方法和裝置， 在運(yùn)行過程中開通管道11、12，使反應(yīng)液在裝置中以稀釋率為0. 1-2. Ο/h的液體流速循環(huán)流動，并使生成的硫磺在沉淀池沉淀，沉淀后的上清液通過管道12向外輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種用于吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)的方法和裝置，反應(yīng)液初始PHI. 0-2. 5，含有l(wèi)-30g/L的總鐵離子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的一種用于吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)的方法和裝置，當(dāng)沉淀池中未反應(yīng)的狗3+在10%-100%之間時，可開通反應(yīng)裝置的外循環(huán)，夕卜循環(huán)流速要根據(jù)未反應(yīng)完的狗3+的多少而正比例調(diào)整。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)的方法和裝置， 可應(yīng)用于含硫化氫的尾氣、沼氣、天然氣等氣體的處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于吸收硫化氫的內(nèi)外雙循環(huán)氣液反應(yīng)的方法和裝置。裝置包括罐體(1)，導(dǎo)流筒(2)，噴嘴(3)，進(jìn)液口(4)，出液口(5)，出氣口(6)，進(jìn)氣口(10)，硫磺分離池(8)，外循環(huán)通道(9)，裝置里面裝載適合亞鐵離子氧化菌生長的反應(yīng)液，初始pH1.0-2.5，含有1-30g/L的總鐵離子，以一定的流速循環(huán)流動，待處理吸收的硫化氫由進(jìn)氣口自下而上通入反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)對硫化氫的吸收和內(nèi)外雙循環(huán)反應(yīng)過程。該方法和裝置可應(yīng)用于含硫化氫的尾氣、沼氣、天然氣等氣體的處理。
文檔編號B01D53/84GK102451607SQ201010513429
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月21日
發(fā)明者李紅玉, 王玉建 申請人:李紅玉