生物化學(xué)法脫除天然氣中H-,2-S的工藝及理論研究.pdf

1、能源短缺已成為制約中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸，天然氣資源由于其儲量大，環(huán)境效益好，將成為今后幾十年內(nèi)的主體能源。我國天然氣中普遍含有硫化氫，并且隨著大規(guī)模的勘探開發(fā)，含硫化氫的油氣井將愈來愈多，研究開發(fā)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)和適合我國國情的天然氣脫H<，2>S技術(shù)是我國今后實(shí)施能源戰(zhàn)略必須解決的問題。 利用含F(xiàn)e<'3+>離子的氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillusferrooxidans)菌液脫除混合氣體中的硫化氫，是目前H<,2>S脫除技

2、術(shù)的一個研究熱點(diǎn)?；谠摴に嚨募夹g(shù)特點(diǎn)和研究難點(diǎn)，本文針對性地研究利用氧化亞鐵硫桿菌菌液脫除天然氣中硫化氫的可行性，并以菌種篩選為基礎(chǔ)，結(jié)合不同條件下鼓泡式反應(yīng)器中氣體吸收過程中的參數(shù)變化，研究了利用細(xì)菌菌液脫除H<，2>S過程中的工藝條件優(yōu)化，為該技術(shù)在天然氣脫硫方面的應(yīng)用提供了指導(dǎo)性的基礎(chǔ)研究結(jié)果。 篩選出耐低pH和高亞鐵濃度的T.ferrooxidans菌菌株，該菌株在搖床轉(zhuǎn)速160r/min，溫度30℃的條件下，能夠在p

3、Hl.6、亞鐵濃度15g/L環(huán)境下快速氧化Fe<'2+>離子，比生長速率(μ，h<'-1>)大于O.11，基本達(dá)到文獻(xiàn)報(bào)道的最佳比生長速率。研究了在不同初始亞鐵濃度(8.78，17.18，25.21，32.53g/L)下該菌株的生長動力學(xué)，確定了在8.78～25.21g/L亞鐵濃度條件下，細(xì)菌生長基本滿足方程 中間是化學(xué)式！ 生長過程中受到較小的Fe<'3+>抑制作用。利用correl相關(guān)系數(shù)分析工具，得到該方程的理論值與試驗(yàn)值相關(guān)

4、性達(dá)0.91，說明該方程對于高亞鐵濃度下的氧化亞鐵硫桿菌生長已具有較好的模擬效果。 在鼓泡式反應(yīng)器中，研究了利用酸性鐵離子溶液脫除混合氣體中H<,2>S的工藝條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH為1.2～2.2，F(xiàn)e<'3+>濃度為5～20g/L，氣速40～100ml/min，吸收液100ml的實(shí)驗(yàn)條件下，H<,2>S與Fe<'3+>反應(yīng)速度遠(yuǎn)大于氣液傳質(zhì)速率，氣液傳質(zhì)速率為H2S吸收的限速步驟，氣速為影響氣液傳質(zhì)的豐要因素，F(xiàn)e<'3+

5、>濃度及pH對氣液傳質(zhì)影響不大，在此兩種作用下，酸性Fe<'3+>溶液吸收H<,2>S的過程分為穩(wěn)定吸收和不穩(wěn)脫硫二個階段，在穩(wěn)定吸收階段脫硫率可以維持在85[％]以上。在H<,2>S進(jìn)氣濃度5.03[％]，采用玻砂鼓泡吸收的條件下，通過單因素實(shí)驗(yàn)并結(jié)合細(xì)菌脫硫的Fe<'3+>再生速率考慮，確定了以下最佳脫硫條件：氣速60ml/min，初始pH值2.0，初始Fe<'3+>濃度10g/L。 相同條件下，進(jìn)行了鼓泡式反應(yīng)器中利用細(xì)菌

6、菌液脫除混合氣體中H<,2>S的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用篩選所得細(xì)菌菌液的脫硫效果優(yōu)于單純使用Fe<,2>(SO<,4>)<,3>溶液的吸收效果，脫硫穩(wěn)定階段的脫硫效率可以達(dá)到90[％]；細(xì)菌菌液脫硫過程中，F(xiàn)e<'3+>離子起著主要作用，可以脫除85[％]以上的H<,2>S；細(xì)菌菌液中的細(xì)胞、細(xì)胞代謝產(chǎn)物以及培養(yǎng)環(huán)境共同作用下，可以使脫硫效果提高至91.5[％]，其中細(xì)胞起著主要作用。 利用鼓泡式氣液反應(yīng)器中吸收H<,2>

7、S和細(xì)菌搖床培養(yǎng)氧化再生Fe<'3+>相結(jié)合，進(jìn)行了間歇式循環(huán)脫硫?qū)嶒?yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在細(xì)菌培養(yǎng)階段中的接種量為100～300[％]，最終Fe<'2+>的氧化率為85[％]～95[％]的循環(huán)條件下，氣液反應(yīng)器中H<,2>S的脫除率可以在25～40min內(nèi)維持在85[％]以上，細(xì)菌最短可在70min完成再生過程。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)循環(huán)過程中pH值逐漸緩慢降低，F(xiàn)e<'2+>濃度小范圍內(nèi)波動，一定程度上控制了脫硫率波動、鐵濃度變化不穩(wěn)定以及pH不易