Технологии очистки воздуха

Очистка газа от сероводорода. Технологии и оборудование

Очистка газа от сероводорода, аммиака, окислов азота и ароматических углеводородов

Очистка газа от сероводорода, аммиака, окислов азота и ароматических углеводородов осуществляется несколькими способами.

Сорбционное очищение биогаза
Щелочная промывка
Гидрофильтрация / Растворение аммиака в воде
Хемосорбция диоксида азота
Удаление фенола и толуола
Адсорбционная десульфуризация
Прочие подходы

Развитие биогазоэнергетики в России стремительно набирает обороты. Это позволяет владельцам сельскохозяйственного бизнеса практически неограниченно обеспечивать теплом и светом индивидуальные хозяйства. А также фермы, аграрные заводы и комплексы.

Возможность добычи чистого метана обуславливается не только использованием передовых биореакторных станций. Но и – в не меньшей степени – внедрением эффективных и производительных установок для очистки биогаза от сероводорода. Влаги, углекислоты, аммиака, оксидов азота, фенола и толуола. Которые образуются в качестве побочных примесей в результате брожения биомассы.

Сорбционное очищение биологического газа от примесей

В рамках цикла статей по подготовке биогаза мы в исключительных деталях рассмотрели удаление из биогаза углекислоты и влаги. Поэтому данная страница в большей степени ориентирована на сорбционный захват сероводорода.

^{Высокопродуктивная абсорбционная система}

В целом, сепарация H₂S из биогаза прямо соотносится с удалением сернистого водорода из любой другой газовой среды. С тем отличием, что при обогащении биометана следует выбирать такие жидкие или твердые сорбенты. Которые не реагировали бы с полезным продуктом – метаном.

Таким требованиям удовлетворяют несколько методов биогазовой десульфации – как мокрых, так и сухих. Коснемся чуть подробнее каждой методики.

Щелочная сорбция сероводорода и других активных примесей биогаза. Очистка газа от сероводорода.

Наиболее эффективным методом, с точки зрения комплексной очистки биогаза от H₂S – и, одновременно, от диоксида углерода, оксида азота и некоторых других – является щелочная сорбция биогазовых примесей в насадочных скрубберах или пенных абсорберах. Водные растворы NaOH, KOH, Na₂CO₃(и прочих основных соединений) демонстрируют высокую степень улавливания сероводорода и углекислоты.

^{Общая схема установки}

На примере водного раствора едкого кали (KOH·H₂O) взаимодействие с типичными загрязнителями можно выразить как:

2KOH + H₂S → K₂S (сульфид калия) + 2H₂O
2KOH + CO₂ → K₂CO₃(карбонат калия) + H₂O

Абсорбционный подход имеет еще одно преимущество. Хорошо раскрывается на крупных фермерских хозяйствах. В зависимости от используемой щелочи можно в качестве побочного продукта газоочистки получать вещества, способные, после некоторой подготовки. Выступить в роли сельхоз удобрений / пестицидов / инсектицидов (или их прекурсоров).

Промывка газа водой / физиосорбция аммиака в воде

Что касается аммиака, то он, не реагируя с щелочью, может задерживаться на сорбционном базисе в воде, представляющей собой основу жидкого сорбента:

NH₃ + H₂O → NH3·H2O

Высоко поляризованный аммиак отличается высокой растворимостью в воде. Даже при комнатной температуре нитрид водорода способен растворяться в H₂O с в соотношении 500:1.

Промывка метана водой позволяет задерживать не только аммиак, но и сероводород. А также другие, в том числе, микромеханические примеси. Эффективность захвата газов значительно увеличивается с повышением давления и уменьшением температуры сольвента.

Реакция щелочных растворов с диоксидом азота

Что же до диоксида азота, то и он – в присутствии кислорода воздуха – способен реагировать с щелочью. Это часто используется в крупнопромышленных подходах к очистке газов или воздуха от окислов азота:

4KOH + 4NO₂ + O₂ → 3KNO₃(нитрат калия – ценное удобрение) + 2H₂O

Деактивация фенола и толуола

С щелочным раствором вступает в реакцию и фенол, в редких случаях образующийся в результате сбраживания биомассы:

C₆H₅OH + KOH → C₆H₅OK (фенолят калия, в случае с NaOH на данном этапе образуется фенолят натрия) + H₂O

С гидроксидом натрия может реагировать и толуол, образуя бензил натрий:

NaOH + C₇H₈ → C₇H₇Na (бензил натрий) + H₂O

Впрочем, если в биометана присутствуют ощутимые количества фенола и / или толуола – лучше использовать метод сухого каталитического захвата в адсорбере. Эта рекомендация дается нами в силу того, что при щелочной хемосорбции толуола и / или фенола образуются вещества, требующие особого подхода к утилизации.

Сухая адсорбция сероводорода на микропористых субстратах

Почти абсолютный КПД в улавливании сероводорода показывает адсорбционное оборудование. Оно использует в качестве фильтрующего субстрата твердые микропористые материалы.

Это могут быть гранулы, таблетки из цеолитов, активированного угля, гётита и других минералов. А также пористых металлизированных полимеров.

^{Чертеж двухадсорберной системы}

Особенностью адсорбционного процесса – как в крупной промышленности, так и в рамках процедур по удалению сероводорода из биогаза – является требование по регенерации и периодической замене адсорбента, которые осуществляются по мере «напитывания» фильтра серой. Способность микропористых фильтров удерживать серу доходит – в массовой доле – до 25%. Поэтому при средних и малых объемах газоочистки, адсорбент может эффективно работать без перезагрузки до нескольких месяцев.

Следует учитывать, что для эффективной адсорбции сернистого водорода метан должен быть обезвожен до < 70% влажности. Несоблюдение этого требования приводит к быстрому истощению сорбента.

Очистка газа от сероводорода. Другие подходы.

Не менее результативными, но менее рациональными и более высокозатратными методами обессеривания биогаза являются следующие:

Мембранная очистка – в целом, технология коррелирует с адсорбционным захватом. Но в мембранной очистке используется последовательный каскад молекулярных сит. Каждое из которых улавливает определенное вещество. При хорошем КПД очистки это, тем не менее, значительно сокращает общий обслуживающий период системы. А также увеличивает количество регенерационных циклов;
Амин очистка – использование аминов широко практикуется на крупных газоперерабатывающих заводах, но в биогазовом приложении такие системы могут оправдать себя лишь при высоких объемах газоочистки и строгом экономическом расчете;
Бактериальный захват сероводорода и аммиака – экзотические методики, находящиеся в зародышевом состоянии. Принцип задержания H₂S и NH₃ основывается на использовании в качестве фильтра колоний глубоководных океанских сульфатредуцирующих и / или анаммокс-бактерий, способных на «природную» утилизацию токсичных газов.

Все оборудование входит в справочник наилучших доступных технологий (НДТ (22 раздел) Очистка вредных выбросов).

ПОДОБРАТЬ ОБОРУДОВАНИЕ