Usuwanie siarkowodoru z biogazu - Części 2

Innowacyjne rozwiązania DESOTEC: opłacalne usuwanie siarkowodoru

Usuwanie siarkowodoru z biogazuPowszechnie 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+ + S2-

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.

Adsorpcja pary wodnej w temp. 20°C 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.
Typowe krzywe przebicia H2S Rys. 2 Typowe krzywe przebicia H2S
Typowe krzywe przebicia H2S Rys. 3 Typowe krzywe przebicia H2S
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!