一種閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置的制造方法
【專利摘要】一種閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于：包括化學吸收單元、生物氧化單元、硫磺回收單元、膜分離單元和厭氧還原單元；具體包括吸收塔、生物好氧反應(yīng)器、沉降槽、離心機、膜分離過濾器、生物厭氧反應(yīng)器、富液泵、貧液泵、再生液泵、硫漿液泵、硫酸鹽液泵，還原液泵。本實用新型可以實現(xiàn)生物脫硫產(chǎn)業(yè)的綠色環(huán)?；⒐?jié)能減排化、資源回收化，具有社會、經(jīng)濟和環(huán)境三重效益。
【專利說明】
一種閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，主要用于天然氣、頁巖氣、沼氣、煤化工工藝氣以及煉廠工業(yè)廢氣等含有硫化氫的氣態(tài)流體的凈化處理，同時可實現(xiàn)硫資源最大化回收、廢液近零排放，屬于環(huán)保凈化裝備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]硫化氫脫除是石油天然氣開采、煉化、煤化工、水處理等行業(yè)清潔安全生產(chǎn)所面臨的重大任務(wù)之一。隨著環(huán)保標準提高，高含硫天然氣開發(fā)和煤化工快速發(fā)展，亟待開發(fā)清潔高效H2S脫除方法，以解決目前H2S脫除所面臨的成本高、硫堵、二次污染等問題。氣體生物脫硫及硫回收是基于生物硫氧化原理建立起來的以硫磺回收微目標的是濕法硫化氫脫除方法，具有生物催化劑可再生、生物硫磺不易堵塞等優(yōu)點。目前，在國內(nèi)外大力提倡低碳經(jīng)濟和日益嚴格環(huán)保排放要求的大趨勢下，生物脫硫作為含硫氣體一種新的凈化手段，具有較好的發(fā)展前景。選用不同的菌種可以分別實現(xiàn)對無機硫、有機硫和工業(yè)氣體中含硫化合物的脫除。
[0003]目前微生物脫硫裝置在國內(nèi)外已有部分應(yīng)用，使用效果良好、成本較低，但伴有富含硫酸鹽廢液排放，帶來二次污染。中國專利CN203090734U公開了 “一種兩段式沼氣生物脫硫裝置”，該專利可消除沼氣安全隱患、脫硫效率高及穩(wěn)定運行等優(yōu)點，但該生物反應(yīng)器為曝氣式再生塔，溶解氧分布不均勻，導致硫酸鹽副產(chǎn)物相對較高，且傳質(zhì)效果差、能耗高，工程應(yīng)用受到一定的限制。中國專利CN201023019Y公開了 “一種沼氣生物脫硫裝置”，該裝置屬于一體化生物脫硫設(shè)備，但空氣與沼氣混合，存在極大的安全隱患;無法準確控制塔內(nèi)填料層中溶液的溶解氧含量，造成硫酸鹽的積累，影響脫硫效果;生成的單質(zhì)硫逐漸堵塞填料層，增加系統(tǒng)壓降，導致脫硫率降低。中國專利CN2870960Y公開了“一種沼氣生物脫硫設(shè)備”，該脫硫塔為生物滴濾塔，脫硫系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的H2SO4使循環(huán)液的pH值快速降低，循環(huán)液的PH無法保持，導致脫硫率下降。
[0004]生物脫硫工藝過程不可避免的產(chǎn)生硫酸鹽副產(chǎn)物，為防止硫酸鹽的聚集，需要從生物反應(yīng)器引出小股連續(xù)物流外排，并需補充堿液。硫酸鹽廢液的定期排放帶來單質(zhì)硫資源的損失，廢液二次污染是生物脫硫工藝當前面臨的重要瓶頸。從硫酸鹽廢液中回收硫資源，以期達到最大限度的回收單質(zhì)硫，實現(xiàn)生物脫硫閉路循環(huán)、廢液近零排放成為亟待解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于生物脫硫在節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，本實用新型的目的是在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，開發(fā)一種運行穩(wěn)定、操作簡單、安全可靠、節(jié)能高效、用途廣泛、實現(xiàn)閉路循環(huán)、廢液近零排放的微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置。
[0006]為實現(xiàn)以上目的，本實用新型采取了以下的技術(shù)方案:閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:包括化學吸收單元、生物氧化單元、硫磺回收單元、膜分離單元和厭氧還原單元;具體包括吸收塔、生物好氧反應(yīng)器、沉降槽、離心機、膜分離過濾器、生物厭氧反應(yīng)器、富液栗、貧液栗、再生液栗、硫漿液栗、硫酸鹽液栗，還原液栗;吸收塔底部和生物好氧反應(yīng)器底部通過富液栗及管道相連，生物好氧反應(yīng)器上部和吸收塔頂部通過貧液栗及管道相連，生物好氧反應(yīng)器和沉降槽通過再生液栗及管道相連，沉降槽和離心機通過硫漿液栗相連，離心機和膜分離過濾器通過管道相連，膜分離過濾器和生物厭氧反應(yīng)器通過硫酸鹽液栗及管道相連，生物厭氧反應(yīng)器和生物好氧反應(yīng)器通過還原液栗及管道相連。
[0007]本發(fā)明化學吸收單元通過弱堿性溶液化學吸收通入其中的硫化氫;生物氧化單元將吸收硫化氫的富液在曝氣條件下，實現(xiàn)硫化物生物氧化為單質(zhì)硫及堿液再生;硫磺回收單元用于將硫漿液經(jīng)沉降、離心工序，實現(xiàn)單質(zhì)硫回收;膜分離單元用于將硫酸鹽與脫硫液進行納濾分離，實現(xiàn)硫酸鹽的富集;厭氧還原單元用于將硫酸鹽在硫酸鹽還原菌的作用厭氧還原成液相硫化物或氣相硫化氫，返回再處理利用。
[0008]在所述吸收塔內(nèi)裝有階梯環(huán)或鮑爾環(huán)填料，兩填料層間還設(shè)有液體分布器。在所述吸收塔內(nèi)位于填料層和出氣口之間還設(shè)置有除霧器，以去除凈化氣中的水汽。
[0009]在所述生物好氧反應(yīng)器內(nèi)填充活性炭或生物陶粒為填料，下部設(shè)有曝氣器，以實現(xiàn)載體的流態(tài)化。頂部設(shè)有消泡噴淋器，抑制排空氣泡沫的大量積聚。生物好氧反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有溫度計、流量計、PH計、ORP計和電導率儀等在線儀表，實現(xiàn)生物反應(yīng)器內(nèi)溫度、空氣流量、pH值、ORP值和電導率值等關(guān)鍵參數(shù)的自動化控制，保持脫硫菌種高活性濃度，實現(xiàn)生物脫硫工藝高效平穩(wěn)運行;堿液控制在適宜堿度范圍，增強硫化氫吸收性能，溶解氧保持適宜范圍，最大限度減少硫酸鹽副產(chǎn)物的生成。
[0010]在所述沉降槽內(nèi)增設(shè)六角蜂窩斜管，以強化硫磺沉降分離效果。離心機內(nèi)硫磺漿液離心實現(xiàn)固液分離，回收生物硫磺，濾液則回流進入膜分離過濾器，進行后續(xù)處理。
[0011]在所述膜分離過濾器中膜組件材料有醋酸纖維素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺等中的一種或幾種。
[0012]在所述厭氧生物反應(yīng)器主體為固定床反應(yīng)器，上部設(shè)有三相分離器，用于實現(xiàn)氣、液、固三相分離。反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有溫度、PH在線檢測控制，維持厭氧還原高效穩(wěn)定運行。
[0013]本實用新型專利提出的一種閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，用于含硫化氫的氣體凈化處理，與現(xiàn)有常規(guī)生物脫硫裝置存在硫磺回收率偏低、硫酸鹽廢液引起二次污染等缺點相比，該裝置具有如下優(yōu)勢:
[0014]( I)該裝置主體為“化學吸收一生物氧化”分離式生物脫硫裝置，含硫氣源先在吸收塔內(nèi)化學吸收，然后在生物反應(yīng)器內(nèi)被生物氧化，避免過量的氧氣與燃料氣混合接觸帶來的安全隱患。
[0015](2)該裝置設(shè)有脫硫廢液處理工段，用于將產(chǎn)生的副產(chǎn)物硫酸鹽經(jīng)膜分離過濾器富集收集后，再進行厭氧還原為液相硫化物或氣相硫化氫，返回好氧生物反應(yīng)器再處理。
[0016](3)該裝置在常規(guī)生物脫硫裝置基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性提出廢液再處理利用，實現(xiàn)生物脫硫閉路循環(huán)、廢液處理后再利用，達到廢液近零排放，實現(xiàn)硫資源最大限度回收的目的。
[0017]本專利技術(shù)通過整合廢氣凈化專有菌種培育、生物好氧/厭氧反應(yīng)器、膜分離、化學工程等多項高新技術(shù)，不僅可有效地凈化含硫氣體，充分利用有效氣資源，實現(xiàn)化石能源的清潔利用；并從硫酸鹽廢液中進一步回收硫資源，實現(xiàn)生物脫硫閉路循環(huán)、廢液近零排放，能夠最大限度實現(xiàn)硫資源回收，增加額外經(jīng)濟效益;在產(chǎn)生客觀綠色能源的同時，還減少環(huán)境二次污染，實現(xiàn)綠色低碳。生物脫硫產(chǎn)業(yè)的綠色環(huán)?；?、節(jié)能減排化、資源回收化具有社會、經(jīng)濟和環(huán)境三重效益。
【附圖說明】
[0018]圖1本實用新型實施例裝置的示意圖。
[0019]圖中，1-吸收塔，2-生物好氧反應(yīng)器，3-沉降槽，4-離心機，5-膜分離過濾器，6_生物厭氧反應(yīng)器，7-富液栗，8-貧液栗，9-再生液栗，I O-硫漿液栗，11-硫酸鹽液栗，12-還原液栗，13-液體分布器，14-除霧器，15-消泡噴淋器，16-空氣曝氣器，17-六角蜂窩斜管，18-固定床填料層。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的內(nèi)容做進一步詳細說明。
實施例
[0021]如附圖1所示，本發(fā)明實施通過閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫裝置來實現(xiàn)，包括吸收塔1、生物好氧反應(yīng)器2、沉降槽3、離心機4、膜分離過濾器5、生物厭氧反應(yīng)器6、富液栗7、貧液栗8、再生液栗9，硫漿液栗10，硫酸鹽液栗11，還原液栗12等設(shè)備組成。
[0022]吸收塔I底部和生物好氧反應(yīng)器2下部通過富液栗7及管道相連，生物好氧反應(yīng)器2上部和吸收塔I上部通過貧液栗7及管道相連，生物好氧反應(yīng)器2和沉降槽3通過再生液栗9及管道相連，沉降槽3和離心機4通過硫漿液栗10相連，離心機4和膜分離過濾器5通過管道相連，膜分離過濾器5和生物厭氧反應(yīng)器6通過硫酸鹽液栗11及管道相連，生物厭氧反應(yīng)器6和生物好氧反應(yīng)器2通過硫化物液栗12及管道相連。
[0023]吸收塔I內(nèi)裝有階梯環(huán)或鮑爾環(huán)填料，兩填料層間還設(shè)有液體分布器13。吸收塔I內(nèi)位于填料層和出氣口之間還設(shè)置有除霧器14，以去除凈化氣中的水霧。
[0024]生物反應(yīng)器2內(nèi)填充半軟性填料，生物反應(yīng)器2下部設(shè)有空氣曝氣器16，以實現(xiàn)載體的流態(tài)化，由空氣流量計計量控制鼓入空氣量，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶钥仄脚_，排空氣經(jīng)由消泡噴淋器15排出，抑制泡沫的產(chǎn)生。
[0025]生物反應(yīng)器2內(nèi)安裝在線溫度探頭，把系統(tǒng)溫度控制在一定的范圍，維持脫硫菌種高活性平穩(wěn)運行;安裝在線ORP探頭，控制吸收液的溶液氧在一定的范圍，避免過多硫酸鹽副產(chǎn)物的生成;安裝在線pH探頭，可以準確地控制吸收液的酸堿度在一定的范圍，增加吸收塔中硫化物的吸收穩(wěn)定性;安裝在線電導率探頭，控制體系無機鹽濃度。通過上述在線儀表以控制生物反應(yīng)器內(nèi)溫度、PH值、ORP值和電導率值等參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的自動化控制。
[0026]沉降槽3內(nèi)增設(shè)六角蜂窩斜管17，以強化硫磺沉降分離效果。下層硫磺漿液由漿液排液口經(jīng)硫漿液栗10進入離心機4。離心機7內(nèi)硫磺漿液離心實現(xiàn)固液分離，實現(xiàn)硫磺產(chǎn)品回收，而濾液則回流進入膜分離過濾器5，進行后續(xù)處理。
[0027]膜分離過濾器5中膜組件材料選自醋酸纖維素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺等中的一種或幾種，實現(xiàn)硫酸鹽溶液的富集并進入生物厭氧反應(yīng)器6，進行厭氧還原處理。
[0028]生物厭氧反應(yīng)器6主體為固定床反應(yīng)器18，上部設(shè)有三相分離器，用于實現(xiàn)氣、液、固三相分離。反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有溫度、PH在線檢測控制，實現(xiàn)硫酸鹽在氧還原下生成氣相硫化氫或液相硫化物，經(jīng)硫化物液栗12進入生物好氧反應(yīng)器2再循環(huán)處理。
[0029]本實施例中裝置的運行過程如下:
[0030]啟動時，含H2S的工業(yè)氣體從進氣口進入到吸收塔與塔頂噴淋的堿液逆向接觸反應(yīng)吸收后，處理過的凈化氣從吸收塔頂部離開。溶有H2S的富液從吸收塔底部在富液栗的作用下進入生物好氧反應(yīng)器。在生物好氧反應(yīng)器中，可溶性硫化物通過鼓風機向其進行曝氣，實現(xiàn)固定脫硫菌種的載體流態(tài)化，吸收液中的硫化物在無色硫細菌的氧化下生成單質(zhì)硫，生物反應(yīng)器內(nèi)安裝溫度探頭、ORP探頭、pH探頭及電導率探頭等在線儀表以控制生物反應(yīng)器內(nèi)溫度、PH值、ORP值和電導率值等參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破脚_，實現(xiàn)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的自動化控制。含硫磺的再生液進入沉降槽，經(jīng)重力沉降后硫磺漿液經(jīng)硫漿液栗進入離心機進行離心實現(xiàn)固液分離，得到產(chǎn)品生物硫磺。分離出的液相濾液進入膜分離過濾器，完成硫酸鹽與其他離子的分離，實現(xiàn)硫酸鹽的富集，進入?yún)捬跎锓磻?yīng)器，在硫酸鹽還原菌的催化作用下厭氧還原成液相硫化物再返回到好氧生物反應(yīng)器中，或還原成氣相硫化氫進入吸收塔重新處理。
【主權(quán)項】
1.一種閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:包括化學吸收單元、生物氧化單元、硫磺回收單元、膜分離單元和厭氧還原單元，具體包括吸收塔(I)、生物好氧反應(yīng)器(2)、沉降槽(3)、離心機(4)、膜分離過濾器(5)、生物厭氧反應(yīng)器(6)、富液栗(7)、貧液栗(8)、再生液栗(9)、硫漿液栗(10)、硫酸鹽液栗(11)，還原液栗(12)，吸收塔(I)底部和生物好氧反應(yīng)器(2)底部通過富液栗(7)及管道相連，生物好氧反應(yīng)器(2)上部和吸收塔(I)頂部通過貧液栗(7)及管道相連，生物好氧反應(yīng)器(2)和沉降槽(3)通過再生液栗(9)及管道相連，沉降槽(3)和離心機(4)通過硫漿液栗(10)相連，離心機(4)和膜分離過濾器(5)通過管道相連，膜分離過濾器(5)和生物厭氧反應(yīng)器(6)通過硫酸鹽液栗(11)及管道相連，生物厭氧反應(yīng)器(6)和生物好氧反應(yīng)器(2)通過還原液栗(12)及管道相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:吸收塔(I)內(nèi)裝有階梯環(huán)或鮑爾環(huán)填料，兩填料層間還設(shè)有液體分布器(13)，吸收塔(I)內(nèi)位于填料層和出氣口之間還設(shè)置有除霧器(14)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:生物好氧反應(yīng)器(2)內(nèi)填充半軟性填料，生物好氧反應(yīng)器(2)底部設(shè)有空氣曝氣器(16)，排空氣經(jīng)由消泡噴淋器(15)排出。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:生物好氧反應(yīng)器(2)設(shè)有溫度計、流量計、pH計、ORP計和電導率儀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:沉降槽(3)內(nèi)增設(shè)六角蜂窩斜管(17)，以強化硫磺沉降分離效果，硫磺漿液經(jīng)硫漿液栗(10)進入離心機(4)，實現(xiàn)固液離心分離，回收生物硫磺，濾液則進入膜分離過濾器(5)，進行后續(xù)處理。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:膜分離過濾器(5 )中膜組件材料選自醋酸纖維素、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:生物厭氧反應(yīng)器(6)主體為固定床填料層(18)，上部設(shè)有三相分離器。8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的閉路循環(huán)微生物脫硫及回收單質(zhì)硫的裝置，其特征在于:生物厭氧反應(yīng)器(6)內(nèi)部設(shè)有溫度、pH在線檢測控制，實現(xiàn)硫酸鹽在厭氧還原下生成液相硫化物，經(jīng)還原液栗(12)進入生物好氧反應(yīng)器(2)，或生成硫化氫進入吸收塔(I)，再循環(huán)處理。
【文檔編號】C02F9/14GK205627588SQ201620309041
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月14日
【發(fā)明人】孔京, 郝愛香, 毛松柏, 孔凡敏
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 南化集團研究院