Innowacyjne rozwiązania DESOTEC: opłacalne usuwanie siarkowodoru

Powszechnie wiadomo, że każdy rodzaj węgla aktywnego do pewnego stopnia usuwa siarkowodór z biogazu. Siarkowodór zostanie wchłonięty przez wewnętrzną powierzchnię węgla aktywnego, gdzie będzie możliwe jego utlenienie w obecności tlenu, w wyniku czego wytrąci się siarka. Składniki pyłowe, takie jak tlenek żelaza, mogą przyspieszyć i ulepszyć proces usuwania H₂S. Skuteczność w adsorbowaniu H₂S przez czysty węgiel aktywny zazwyczaj nie jest imponująca, gdyż posiada on niską wydajność usuwania. Aby technologia usuwania siarkowodoru z biogazu była opłacalna, wydajność i szybkość usuwania są wzmacniane poprzez impregnowanie węgla aktywnego odpowiednimi substancjami chemicznymi.

Chemicy i inżynierowie z działu badań i rozwoju firmy DESOTEC przetestowali różne materiały bazowe, sole, tlenki metali czy też zasady w połączeniu z różnymi metodami impregnacji, aby polepszyć właściwości usuwania siarkowodoru przez produkty stosowane w procesie oczyszczania biogazu.

Proces usuwania siarkowodoru

Podczas procesu usuwania siarkowodoru, gaz ten jest na początku fizycznie wchłaniany do wody zaadsorbowanej, przechodząc dysocjację według następującej reakcji chemicznej:

H₂S (g) + H₂O   ↔        H₂S (aq)

H₂S (aq)           ↔         H⁺ + HS^-

HS^-                  ↔         H⁺ + S^2-

Wskutek utleniania się siarczku w obecności wolnego tlenu powstaje siarka i woda:

Reakcje główne:

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)

Reakcje uboczne:

¼ S₈ + 2 O₂ → 2 SO₂

2 SO₂ + O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄

W niższych temperaturach reakcja (1) najprawdopodobniej zajdzie. Wydajność usuwania siarkowodoru przez węgiel aktywny zależy od warunków otoczenia, w jakich jest używany do oczyszczania, takich jak:

• wilgotność względna;
• stosunek molowy H₂S do O₂;
• temperatura;
• ładunek siarki na węglu (a więc pojemność adsorpcyjna porów);
• rodzaj środka impregnującego;
• inne parametry operacyjne.

Specjaliści z działu badań i rozwoju DESOTEC przeprowadzili wiele badań, aby opracować i wyprodukować węgiel aktywny o wyjątkowych właściwościach w zakresie usuwania H₂S z biogazu. Oczyszczanie biogazu z siarkowodoru może się odbywać na biogazie mokrym otrzymywanym po fermentacji lub na biogazie suchym. Ponieważ pierwszym etapem w procesie usuwania H₂S jest wchłanianie tego gazu przez wodę zaadsorbowaną, warto zrozumieć wpływ wilgotności względnej na oczyszczanie biogazu.

Rys. 1 Adsorpcja pary wodnej w temp. 20°C	Ilość wody zaadsorbowanej na węglu aktywnym zależy od wilgotności względnej i temperatury gazu. Równowaga adsorpcyjna pary wodnej na węglu aktywnym zazwyczaj wykazuje histerezę. Rozmiar i kształt pętli histerezy oddzielającej przebieg adsorpcji od desorpcji stanowi silną wypadkową rozmiarów porów i ich wzajemnych połączeń, a więc surowca i procesu aktywacyjnego używanego do wytwarzania produktu. Rys. 1. ukazuje równowagę adsorpcyjną pary wodnej dla formowanego węgla aktywnego AIRPEL® 10-3 w temperaturze 20°C.Różne produkty węgla aktywowanego przetestowano w dynamicznym badaniu próbnym na usuwanie H2S przy różnych wartościach wilgotności. Rys. 2 ukazuje typowe krzywe przebicia H2S dla jednego z testowanych wytworzonych produktów, uzyskane przy różnych wilgotnościach względnych. Wyniki wskazują na szybszą kinetykę usuwania H2S przy wyższym poziomie wilgotności.Gdy siarkowodór zostanie już wchłonięty do zaadsorbowanej wody, może zostać utleniony i wytrącić siarkę. Wskutek utleniania się siarczku w obecności tlenu wolnego powstaje siarka i woda. Z powyższych reakcji utleniania można wnioskować, że stosunek molowy H2S do O2 będzie mieć wpływ na ogólną kinetykę usuwania. Na rys. 3. ukazano krzywe przebicia H2S dla jednego z badanych produktów. Zmieniając recepturę produktu użytego w tej wstępnej próbie, chemik z naszego działu badań i rozwoju znalazł sposób na ulepszenie ogólnej skuteczności naszych produktów do oczyszczania. Wyniki krzywej przebicia H2S w teście przeprowadzonym w podobnych warunkach ukazano na rys. 4. W oparciu o nasze badania udało się nam ostatecznie stworzyć AIRPEL® ULTRA DS – formowany, impregnowany węgiel aktywny o zwiększonych możliwościach adsorpcyjnych w zakresie związków siarki, przeznaczony specjalnie do oczyszczania powietrza i gazów. W odpowiednich warunkach można uzyskać obciążenie ładunkiem wynoszące ponad 100 procentów wagowych (wt%) siarki.
Rys. 2 Typowe krzywe przebicia H2S
Rys. 3 Typowe krzywe przebicia H2S
Rys. 4 Typowe krzywe przebicia H2S

  Nie wahaj się skontaktować się z nami, aby uzyskać więcej informacji na temat usuwania siarczku wodoru i rozwiązań uzdatniania biogazu w ogóle!

Każdy zużyty węgiel aktywny trafiający do firmy DESOTEC jest badany w celu doboru właściwych procedur dotyczących wydobycia i zagospodarowania zużytego węgla aktywnego znajdującego się w  filtrach. Wszystkie cząsteczki, które zostały zaadsorbowane na węglu aktywnym podczas pobytu filtrów na terenie klienta, ulegają desorpcji w piecach reaktywacyjnych firmy DESOTEC.

W kolejnym etapie zanieczyszczenia są całkowicie niszczone poprzez spalanie i neutralizacje aby zapewnić zgodność z przepisami krajowymi i unijnymi. Cała instalacja jak i wszystkie punkty emisji są objęte ciągłym monitoringiem, dzięki czemu zagwarantowane jest, że jedynie niegroźna para wodna emitowana jest przez komin.