Waterstofsulfide verwijdering uit biogas - Deel 2

DESOTEC innovatie: voordelig verwijderen van waterstofsulfide

Waterstofsulfide verwijdering uit biogas

Het is algemeen bekend dat elke actieve kool tot op zekere hoogte waterstofsulfide uit biogas zal verwijderen. Het waterstofsulfide zal adsorberen op het interne kooloppervlak waar het, in aanwezigheid van zuurstof, kan worden geoxideerd tot zwavel. Asbestanddelen zoals ijzeroxide, kunnen het verwijderen van H2S versnellen en verbeteren. De capaciteit voor het verwijderen van H2S van gewone actieve kool is doorgaans echter relatief laag. Voor het voordelig verwijderen van waterstofsulfide uit biogas, worden de verwijderingscapaciteit en -snelheid versterkt door het impregneren van de actieve kool met geschikte chemicaliën.

De chemici en ingenieurs van de R&D-afdeling van DESOTEC hebben verschillende grondstoffen, verschillende zouten, metaaloxiden of alkalines en impregneerwijzen bestudeerd voor het verbeteren van de verwijderingseigenschappen van waterstofsulfide van de producten die worden gebruikt in het biogaszuiveringsproces.

Verwijderingsproces waterstofsulfide

In het verwijderingsproces van waterstofsulfide, wordt de H2S eerst fysiek geabsorbeerd in het geadsorbeerde water waar de ontbinding gebeurt volgens de onderstaande reacties:

H2S (g) + H2O   ↔        H2S (aq)

H2S (aq)           ↔         H+ + HS-

HS-                  ↔         H+ + S2-

De vorming van zwavel en water gebeurt door oxidatie van de sulfiden in aanwezigheid van vrije zuurstof.

Belangrijkste reacties:

2 H2S + O2 ↔ ¼ S8 + 2 H2O       (1)

2 H2S + 3 O2 ↔ 2 SO2 + 2 H2O  (2)

2 H2S + SO2 ↔ 3 S + 2 H2O      (3)

Secundaire reacties:

¼ S8 + 2 O2 → 2 SO2

2 SO2 + O2 + 2 H2O → 2 H2SO4

Bij lagere temperaturen is reactie (1) de meest waarschijnlijke. De verwijderingscapaciteit van het waterstofsulfide van actieve kool is afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden waarin het product wordt gebruikt, zoals:

  • relatieve vochtigheid
  • molaire verhouding van H2S t.o.v. O2
  • temperatuur
  • zwavelgehalte op de kool (en dus het poriënvolume)
  • type impregneermiddel
  • en andere bedrijfsparameters

De R&D-chemici en ingenieurs van DESOTEC hebben uitgebreid onderzoek gedaan naar het ontwerp, de ontwikkeling en de productie van een actieve kool met unieke eigenschappen voor de verwijdering van H2S uit biogas. Het verwijderen van waterstofsulfide uit biogas kan gebeuren op het natte biogas dat de vergister verlaat of op het gedroogde gas. Omdat de eerste stap in het H2S-verwijderingsproces de absorptie van de H2S in het geadsorbeerde water is, is het belangrijk de impact van de relatieve vochtigheid op het biogaszuiveringsproces te begrijpen.

Waterdampadsorptie bij 20°C Afbeelding 1 Waterdampadsorptie bij 20°C De hoeveelheid water die wordt geadsorbeerd op actieve kool is afhankelijk van de relatieve vochtigheid en de temperatuur van het gas. Het adsorptie-evenwicht van de waterdamp op geactiveerde kool vertoont normaal gezien hysterese. De grootte en vorm van de hystereselus die de adsorptie- en desorptietakken scheidt, zijn in hoge mate afhankelijk van de poriëngrootte en de interconnectiviteit van de poriën, en bijgevolg ook van de grondstoffen en het activeringsproces die worden gebruikt voor de vervaardiging van het product. Afbeelding 1 toont het waterdampadsorptie-evenwicht van AIRPEL 10-3 bij 20°C.Verschillende actieve koolproducten werden getest in een dynamische stuurtest voor het verwijderen van H2S bij verschillende vochtigheidsgraden. Afbeelding 2 toont de standaard H2S-doorbraakcurven voor een van de geteste ontwikkelingsproducten die werden verkregen bij een verschillende relatieve vochtigheid. De resultaten wijzen op een snellere kinetica voor de verwijdering van H2S bij een hogere vochtigheid. Zodra het waterstofsulfide is geabsorbeerd in het geadsorbeerde water, kan het worden geoxideerd tot zwavel. De vorming van zwavel en water gebeurt door oxidatie van de sulfiden in aanwezigheid van vrije zuurstof. Uit de bovenstaande oxidatiereacties kan worden afgeleid dat de molaire verhouding van H2S t.o.v. O2 de algemene verwijderingskinetica zal beïnvloeden. Afbeelding 3 toont de H2S-doorbraakcurven van een van de ontwikkelingsproducten. Door het recept van het product dat bij deze eerste tests werd gebruikt te wijzigen, hebben onze R&D-chemici een manier gevonden om de algemene prestaties van onze producten voor de toepassing te verbeteren. De resultaten van de H2S-doorbraakcurve zijn uitgevoerd onder dezelfde omstandigheden zoals weergegeven in afbeelding 4. Op basis van ons onderzoek hebben we uiteindelijk AIRPEL® ULTRA DS ontwikkeld, een geëxtrudeerde geïmpregneerde actieve kool met een verbeterd adsorptievermogen voor zwavelverbindingen, speciaal ontwikkeld voor toepassingen in de lucht- en gaszuivering. In de juiste omstandigheden kunnen percentages van meer dan 100 wt % zwavelgehalte worden bereikt.
Standaard H2S-doorbraakcurven Afbeelding 2 Standaard H2S-doorbraakcurven
Standaard H2S-doorbraakcurven Afbeelding 3 Standaard H2S-doorbraakcurven
Standaard H2S-doorbraakcurven Afbeelding 4 Standaard H2S-doorbraakcurven

 

Aarzel niet ons te contacteren voor meer info over waterstofsulfide verwijdering of oplossingen voor biogasbehandeling in het algemeen!