一种同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的系统装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的系统装置及方法。所述系统装置包括pH控制罐、吸收液储罐、碳酸酐酶储罐、营养液储罐、氯化钙溶液储罐、超重力旋转填充床、生物硫磺沉淀池和碳酸钙沉淀池。所述方法主要包括CO2的酶促碱液吸收、H2S碱液吸收与生物氧化、硫磺回收工序以及CaCO3形成及回收工序，其中CO2的酶促碱液吸收与H2S碱液吸收及生物氧化是集成在旋转填充床装置内完成。本发明专利技术将碳酸酐酶和硫氧化菌结合使用，两者的协同效应可提高生物转化/催化反应效率，进而提高反应装置的处理负荷，具有去除率高、投资和占地面积小等优点，避免了传统化学吸收剂所造成的二次污染，属于一种可持续的环境友好技术，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及从各种燃料气中同步去除CO2和H2S并回收碳酸钙和硫磺的方法与装置。更具体地，涉及一种利用吸收耦合碳酸酐酶和硫氧化菌生物转化同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的系统装置及方法。
技术介绍
工业发展和城市化进程导致全球空气质量下降，每年因此死亡的人数接近200万人。工业排放的气态污染物占整个大气污染物质的75％以上，严重威胁人群健康与生态安全。H2S和CO2等酸性气体是众多化工、化学制药、冶炼等行业排放的工业尾气中普遍存在的废气组分。以H2S为代表的恶臭性有毒有害气体，其在低浓度时即产生臭觉刺激，已成为世界的七大环境公害之一，相关投诉案件仅次于噪声污染；CO2是引起温室效应最主要的温室气体。统计表明，流程工业中因燃烧化石燃料从尾气中排放到大气的CO2占CO2总排放量的四分之三左右。随着环保压力以及资源回收有效利用要求的日益提高，H2S和CO2同时脱除受到高度重视。在利用碱液同时吸收CO2和H2S过程中，H2S首先溶解于吸收液而被去除，而CO2的吸收速率相对较慢，单级吸收中会存在CO2残留浓度高等问题。在已报道的专利文献中，多采用两级或多级吸收的方法实现H2S和CO2的有效脱除(CN101721883B、USP4553984、日本特许2824387)。专利文献CN101721883B公开了采用三级吸收塔脱除H2S和CO2；专利文献USP4553984公开了使用N-甲基二乙醇胺水溶液在40-100℃的条件下相接触的方法；专利文献3则是使用选自低级烷基氨基低级链烷醇的受阻胺的水溶液作为吸收液，去除CO2和H2S气体。上述多级吸收的设备投资和吸收液再生的能量消耗导致了投资和运行费用的增加。废气生物法净化/转化技术具有反应条件温和、运行成本低、环境友好等特点，展现出良好的发展前景。针对CO2的捕集和存储，利用生物体内提取的碳酸酐酶(CarbonicAnhydrase,CA)催化CO2水化成碳酸氢盐，可显著加快CO2的捕集率，CA的加入可将CO2的水合速率从无CA存在下的6.2×10-3s-1提高至104～107s-1，从而有效催化CO2的可逆水合反应，水合反应生成的HCO3-进一步可逆生成CO32-和H+，在适合pH条件下，CO32-易于与Ca2+发生反应生成CaCO3沉淀，从而实现CO2的有效固定。通过酶反应生成CaCO3兼具酶催化反应高效专一、污染少和处理简单的特征，是具有应用前景的减少CO2排放的绿色工艺之一。生物脱硫是利用硫氧化菌将硫化物氧化为单质硫，可应用于天然气和化工尾气的脱硫处理。硫化物被氧化为单质硫，生物硫磺是性能优良的化工原料。生物脱硫技术具有成本低、无二次污染、可实现硫资源回收利用等优点。将上述CO2生物酶催化转化和H2S生物氧化转化耦合集成在同一反应体系内实现CO2和H2S的同步高效脱除并回收资源，具有良好的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的系统装置。所述二氧化碳和硫化氢气体的吸收和生物转化/催化过程是耦合集成在同一反应体系完成的。本专利技术的另一个目的在于提供一种利用上述的系统装置同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的方法。在超重力旋转填充床装置中耦合集成CO2酶促碱液吸收和H2S吸收剂生物氧化过程，建立一种高效的同时脱除CO2和H2S并进行资源回收的新方法。近年来发展起来的超重力技术是一项强化传质、混合和化学反应的新技术，传质速率比传统的塔器中提高1-3个数量级。本专利技术是将CO2和H2S的生物转化和代谢过程耦合集成在超重力旋转填充床装置，应用其强化CO2和H2S的生物转化和代谢过程，进一步提高生物转化效率，进而提高CO2和H2S气体的处理负荷，从而解决其工程应用中占地面积大、效率低等技术难题，具有重要的科学意义和应用价值。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的系统装置，包括pH控制罐、吸收液储罐、碳酸酐酶储罐、营养液储罐、氯化钙溶液储罐、超重力旋转填充床、生物硫磺沉淀池和碳酸钙沉淀池；所述pH控制罐、吸收液储罐和碳酸酐酶储罐分别与营养液储罐连接相通；所述营养液储罐与超重力旋转填充床的液体进口连接相通；所述超重力旋转填充床、生物硫磺沉淀池与碳酸钙沉淀池一次连接相通；所述氯化钙溶液储罐与碳酸钙沉淀池连接相通；所述碳酸钙沉淀池通过输送泵与营养液储罐连接相通。优选地，本专利技术的超重力旋转填充床装置包括：在密闭的壳体中装有转子，转子上有填充层，壳体上开有液体进、出口，气体进、出口，液体进口设有延伸到转子中心空腔中的液体分布器，其中转子上的填充层是由填料层与叶片层沿径向呈同心环形式间隔排列组成，旋转的转子中的填料对流体进行分割、破碎、撕裂，使流体产生大量的不断更新的表面积。优选地，本专利技术的超重力旋转填充床装置中，填料层的填料采用通常的丝网型填料和整体结构型填料，优选丝网填料。为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种利用上述的系统装置同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的方法，包括如下步骤：1)将pH控制罐中的缓冲液、吸收液储罐中的吸收液和碳酸酐酶储罐中的碳酸酐酶分散液分别加入到营养液储罐，与营养液储罐中的营养物质形成混合分散液；将混合分散液泵入超重力旋转填充床的液体进口；2)开启超重力旋转填充床，所述混合分散液进行喷淋，将含有二氧化碳和硫化氢的混合气体通入超重力旋转填充床的气体入口，进行同步脱除反应；3)脱除反应后的混合气体从超重力旋转填充床的气体出口排出；4)脱除反应后的混合分散液进入生物硫磺沉淀池进行硫磺回收，之后从生物硫磺沉淀池流出进入碳酸钙沉淀池，将氯化钙溶液储罐中的氯化钙溶液加入到碳酸钙沉淀池中进行沉淀反应回收碳酸钙；最后从碳酸钙沉淀池流出的分散液经过输送泵回流至营养液储罐循环使用。优选地，步骤1)中，所述缓冲液为Na2CO3-NaHCO3缓冲液；所述吸收液含有硫氧化菌悬浮液。优选地，步骤1)中，所述营养液储罐中的营养物质为维持硫氧化菌生长代谢所必需的营养物质。优选地，步骤1)中，所述硫氧化菌为定向培养获取的硫氧化菌的混合培养物。优选地，步骤1)中，所述碳酸酐酶为提取自动物、植物或微生物的的生物酶制剂。优选地，步骤1)中，所述混合分散液的pH为8.0-9.0；所述混合分散液中硫氧化菌的浓度为0.2-3.0(蛋白)g/L；所述混合分散液中碳酸酐酶的浓度为0.5-50mg/L。碳酸酐酶的应用可以促进二氧化碳在混合分散液中的吸收，使二氧化碳快速转化为碳酸氢盐；硫氧化菌可以转化混合分散液中吸收的硫化物，使硫化氢氧化为单质硫。并且，碳酸酐酶促水合作用形成的碳酸氢盐可为硫氧化菌代谢过程提供碳源，硫氧化菌氧化硫化物过程中会释放碱，又可维持反应体系的pH稳定，二者存在协同作用功效。同时，二氧化碳和硫化氢的同步碱液吸收与生物转化过程是耦合集成在旋转填充床内完成，旋转填充床可加快二氧化碳和硫化氢的吸收转化速率。所述硫氧化菌和碳酸酐酶可循环使用。碳酸酐酶可根据损失程度，定期补充；为维持硫氧化菌生长代谢需要，可以根据实际情况在营养液储罐中添加必需的营养物质。优选地，步骤2)中，所述混合气体与混合分散液的气液体积比为10-200：1。优选地，步骤2)中，所述超重力旋转填充床转子的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的系统装置，其特征在于：包括pH控制罐、吸收液储罐、碳酸酐酶储罐、营养液储罐、氯化钙溶液储罐、超重力旋转填充床、生物硫磺沉淀池和碳酸钙沉淀池；所述pH控制罐、吸收液储罐和碳酸酐酶储罐分别与营养液储罐连接相通；所述营养液储罐与超重力旋转填充床的液体进口连接相通；所述超重力旋转填充床、生物硫磺沉淀池与碳酸钙沉淀池依次连接相通；所述氯化钙溶液储罐与碳酸钙沉淀池连接相通；所述碳酸钙沉淀池通过输送泵与营养液储罐连接相通。

【技术特征摘要】
1.一种同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的系统装置，其特征在于：包括pH控制罐、吸收液储罐、碳酸酐酶储罐、营养液储罐、氯化钙溶液储罐、超重力旋转填充床、生物硫磺沉淀池和碳酸钙沉淀池；所述pH控制罐、吸收液储罐和碳酸酐酶储罐分别与营养液储罐连接相通；所述营养液储罐与超重力旋转填充床的液体进口连接相通；所述超重力旋转填充床、生物硫磺沉淀池与碳酸钙沉淀池依次连接相通；所述氯化钙溶液储罐与碳酸钙沉淀池连接相通；所述碳酸钙沉淀池通过输送泵与营养液储罐连接相通。2.一种利用权利要求1所述的系统装置同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将pH控制罐中的缓冲液、吸收液储罐中的吸收液和碳酸酐酶储罐中的碳酸酐酶分散液分别加入到营养液储罐，与营养液储罐中的营养物质形成混合分散液；将混合分散液泵入超重力旋转填充床的液体进口；2)开启超重力旋转填充床，所述混合分散液进行喷淋，将含有二氧化碳和硫化氢的混合气体通入超重力旋转填充床的气体入口，进行同步脱除反应；3)脱除反应后的混合气体从超重力旋转填充床的气体出口排出；4)脱除反应后的混合分散液进入生物硫磺沉淀池进行硫磺回收，之后从生物硫磺沉淀池流出进入碳酸钙沉淀池，将氯化钙溶液储罐中的氯化钙溶液加入到碳酸钙沉淀池进行沉淀反应回收碳酸钙；最后从碳酸钙沉淀池流出的分散液经过输送泵回流至营养液储罐循环使用。3.根据权利要求2所述的一种同步脱除二氧化碳和硫化氢气体的方法，其特征在于：步骤1)中，所述缓冲液为Na2CO3-Na...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹海魁，张丽丽，初广文，陈建峰，罗勇，向阳，孙宝昌，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11