降低气体中硫化氢的系统与方法
【专利摘要】本发明是有关于一种降低气体中硫化氢的系统与方法，该系统包括：一生物过滤单元，其接收一气体，该气体包含硫化氢，且该生物过滤单元转换该气体中的硫化氢以产生一产物；一循环水储存单元，其接收来自该生物过滤单元的该产物，并形成包含该产物的一液体；以及一循环水再生单元，其接收来自该循环水储存单元的该液体，且该循环水再生单元进行水纯化反应，并移除该产物；其中，该产物为一酸性的水溶性产物，且自该循环水再生单元产生的水进入该循环水储存单元。
【专利说明】降低气体中硫化氢的系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种降低气体中硫化氢的系统与方法，尤其是一种减少硫化氢并去除水溶性硫酸根及硫氧化物的系统与方法。
【背景技术】
[0002]沼气、天然气属于一种便宜且对环境有利的再生能源，可作为热能、电力、化学物的生成或车辆能源的应用。然而，在能源产业(生产沼气与天然气)、造纸业、环保业、与石化炼油等工艺中，都会产生硫化氢，当硫化氢累积浓度高达1，OOOppm以上时，则会对机具(如发电机等)造成严重性的腐蚀，也会对人体造成致命性的伤害，因此，相关工艺中需尽可能地减少硫化氢的含量，才能达到安全又经济的运用。
[0003]目前常用于去除硫化氢方法为:水洗法、吸附法及生物法。水洗法的耗水量大，且如果喷洒的水无法平均接触到沼气，会造成硫化氢的去除效率差。吸附法是利用活性碳或氧化铁等物质以吸附硫化氢，然而其处理效率会因选用不同物质而改变，造成更换活性碳或氧化铁的频率难以确实掌握，且更需经由专业处理厂进行回收再生或处理吸附剂，整体而言操作费用偏高。生物法是其中成本较低的脱硫方法，将硫化氢转换成硫沉淀或硫氧化物，然而，大量含固态硫元素的污泥沉淀物容易造成管线堵塞及短流等问题，进而使硫化氢的处理效率变差，导致系统不稳定，需要进行反冲洗以去除沉淀物。
[0004]因此，若能找到一种能够减少硫化氢、并可有效去除水溶性硫酸根、硫氧化物等硫沉淀的系统，即使使用于处理高浓度的硫化氢，仍可维持良好的硫化氢处理效率，减少高浓度硫化氢对环境或发电机造成腐蚀性伤害，有利于能源产业(生产沼气与天然气)、造纸业、环保业、与石化炼油等产业的发展。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的是在于提供一种降低气体中硫化氢的系统与方法，以减少硫化氢、不会产生硫沉淀并去除水溶性硫酸根及硫氧化物。
[0006]为达成上述目的，本发明提供了一种降低气体中硫化氢的系统，包括:一生物过滤单元，其接收一气体，该气体包含硫化氢，且该生物过滤单元转换该气体中的硫化氢以产生一水溶性产物；一循环水储存单元，其接收来自该生物过滤单元的该产物,并形成包含该产物的一液体；以及一循环水再生单元，其接收来自该循环水储存单元的该液体，且该循环水再生单元进行水纯化反应，并移除该产物；其中，该产物为一酸性的水溶性产物，且自该循环水再生单元产生的水进入该循环水储存单元。
[0007]借此，本发明另提供一种降低气体中硫化氢的方法，包括:(A)提供一气体，该气体包含硫化氢；(B)使用一生物过滤单元过滤该气体，以减少该气体中的硫化氢,并产生一产物；(C)使该产物进入一循环水储存单元，以形成包含该产物的一液体；以及(D)使该液体进入一循环水再生单元，进行水纯化反应并移除该产物；其中，该产物为一酸性的水溶性产物。因此，可通过使用上述降低气体中硫化氢的系统来执行该方法。[0008]其中，该生物过滤单元可使用任何现有减少硫化氢的技术，优选为包括:一菌体固定化次单元，其包括一担体及一固着于其上的硫氧化菌。该担体(Support)可为至少一种选自由:活性碳、泥炭土、堆肥、树皮、蛭石、牡蛎壳、沸石、麦饭石、氢氧化铁、活性矾土、珍珠石、蛇木、保丽龙、以及人工合成的化学物质所组成的群组。其中人工合成的化学物质可为高分子聚合物，例如聚乙烯泡棉、保丽龙等；此单体种类可针对固定化的步骤选用，并置于适当容器内作为纯化的用途。
[0009]该硫氧化菌的种类并无特别限制，仅需具备转化硫化氢的能力即可，例如:Acidothiobacillus ferrooxidans、Acidothiobacillus thiooxidans、Thiobacillusdeni tr if cans > Thermus sp.及Thiobacillus sp.。此外，该硫氧化菌也可形成一生物膜包覆该担体，或者沿着该担体的表面形状、内部孔隙形成生物膜。借此，该生物过滤单元可将硫化氢换成水溶性硫酸根或硫氧化物等物质，减少硫元素生成，不易产生沉淀。
[0010]此外，该生物过滤单元可由一或多个过滤次单元所组成，多个该过滤次单元可以串联或并联方式作连接；但本发明并未局限于此，该过滤次单元的数量及连接方式，都可视实际所需的装置效能、及使用的次单元特性而加以调整。
[0011]此外，该循环水储存单元可使用任何现有方法作监控，例如使用一酸碱侦测仪监控，当该循环水储存单元中，液体的酸碱度(pH值)过低(优选为低于4.0)时，即让该液体进入该循环水再生装置，以进行水纯化反应；然而此门限的设定可依据实际所需应用而调整。因此，该监控装置可确保该循环水储存单元中的液体为可再利用的水资源。
[0012]此外，该循环水再生单元的一填充材无限制，可为至少一种选自由:活性碳、离子交换树脂或石灰所组成的群组，以吸附该水溶性产物，再清除沉淀物以重复使用。并且，该循环水再生单元可为一电化学装置、或通过离子交换树脂等现有技术进行酸碱中和反应，所产生的水再进入该循环水储存单元储存，以作为水的重复使用。借此，累积的水溶性硫酸根及硫氧化物，经由循环水再生单元的吸附或去除，以大幅降低水资源的浪费。
[0013]在本发明的降低气体中硫化氢的系统中，可还包括:一粉尘过滤单元，其与该生物过滤单元相连，以过滤待进入该生物过滤单元的该气体。
[0014]在本发明的降低气体中硫化氢的系统中，可还包括:一生物气胶过滤单元，其与该生物过滤单元相连，以过滤来自该生物过滤单元的该气体。
[0015]上述的该粉尘过滤单元、及该生物气胶过滤单元的一填充材可为至少一种选自由:泥炭土、树皮、蛭石、牡蛎壳、沸石、麦饭石、活性碳、氢氧化铁、活性矾土、珍珠石及蛇木所组成的群组；但本发明也不再此限。借此，上述的该粉尘过滤单元、及该生物气胶过滤单元可有效去除该气体(如沼气、天然气)中的大部分粉尘及生物气胶，以大幅减少反应器受压fe及堵塞。
[0016]在本发明的降低气体中硫化氢的系统中，可还包括:一液体过滤单元，其设置于该循环水储存单元与该循环水再生单元之间，以过滤来自该循环水再生单元的水。
[0017]在本发明的降低气体中硫化氢的系统与方法中，该气体可为含硫化氢的沼气或天然气，但本发明并未受限于此。换句话说，本发明的降低气体中硫化氢的系统与方法可用于纯化任何包含有硫化氢的气体。
[0018]据此，通过本发明的降低气体中硫化氢的系统与方法，可有效提升硫化氢去除效率，减低纯化沼气的设备及操作、维护成本。在处理含有高浓度的硫化氢气体(>1000ppm)，可避免机具或发电机腐蚀，及防止硫化氢对人体造成致命性伤害。并且，本发明的降低气体中硫化氢的系统与方法通过将硫化氢转换成水溶性产物，不易产生硫沉淀，排除装置堵塞及压损，并利用可吸附硫酸或硫氧化物等相关材质，使水循环可再生利用，进而提升硫化氢去除的稳定性及效率，大幅提升现有技术的处理效能达3倍以上，并将硫氧化物移除与回收水，着实减少水资源耗费。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1A至IC为本发明的实施例1中降低气体中硫化氢的系统示意图。
[0020]图2为本发明的实施例2中硫化氢浓度与硫化氢移除效率的变化图，其中圆点代表硫化氢进流浓度，正方点代表硫化氢出流浓度，以及三角点代表硫化氢移除效率。
[0021]图3为本发明的实施例2中硫化氢输入量与硫化氢排除能力的关系图。
[0022]【主要元件符号说明】
[0023]1-生物滤床11，12，13-过滤次单元
[0024]2-循环水储存槽3-循环水再生装置
[0025]4-粉尘 过滤装置5-生物气胶过滤装置
[0026]6-液体过滤装置7-抽气风扇
[0027]8-液体回流水泵浦9-再生水泵浦
【具体实施方式】
[0028]以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明也可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0029]本发明的实施例中这些附图均为简化的示意图。只是这些图示仅显示与本发明有关的元件，其所显示的元件非为实际实施时的形式，其实际实施时的元件数目、形状等比例为一选择性的设计，且其元件布局型态可能更复杂。
[0030]实施例1
[0031]请参照图1A，其为本发明的降低气体中硫化氢的系统示意图。此系统包括:生物滤床1、循环水储存槽2、循环水再生装置3、粉尘过滤装置4、生物气胶过滤装置5、液体过滤装置6，其周边主要包括:抽气风扇7、液体回流水泵浦8及再生水泵浦9。
[0032]借此，通过此系统，将欲处理的沼气由粉尘过滤装置4进入此系统，经由抽气风扇7将沼气引入生物滤床I ;在此,生物滤床I通过硫氧化菌(Pseudomonas Putida简称Tl、Thiobacillus sp.简称T2、及Thermus sp.简称Al)将硫化氢催化生成水溶性硫酸根、或其他水溶性硫氧化物。接着，去除硫化氢后的沼气推送至生物滤床I的顶部，通过管路连接至生物气胶过滤装置5，而处理过的沼气即可应用于燃烧发电使用。此外，上述生成的水溶性硫酸根、及其他水溶性硫氧化物将溶于循环水储存槽2中，经液体过滤装置6进入循环水再生装置3 ;在此，将水溶性硫酸根吸附并进行水纯化，即通过碱液中和酸性的水溶性产物，以达到重复使用水资源的目的，而所产生的盐类化合物即可排放。在循环水储存槽2中，使用一酸碱侦测仪监控此循环水，当循环水的酸碱度(pH值)低于4.0时，即让该循环水再进入该循环水再生装置。其中，该循环水再生装置填充材可为离子交换树脂、活性碳或石灰等可吸附硫氧化物等物质。
[0033]选用不同种硫氧化菌测试本发明系统的硫化氢转换能力，显示其硫元素约只占6%~13%，具优良的转换效能，其中Al菌株所产生的固态硫元素仅占6%，其余94%中大部分为水溶性硫酸根，据此，本发明系统具有不易因硫沉淀而阻塞且再生效率高等优势，该结果如下表1所示。
[0034]表1
【权利要求】
1.一种降低气体中硫化氢的系统，其特征在于，包括: 一生物过滤单元，其接收一气体，该气体包含硫化氢，且该生物过滤单元转换该气体中的硫化氢以产生一产物； 一循环水储存单元，其接收来自该生物过滤单元的该产物，并形成包含该产物的一液体；以及 一循环水再生单元，其接收来自该循环水储存单元的该液体，且该循环水再生单元进行水纯化反应，并移除该产物； 其中，该产物为一酸性的水溶性产物，且自该循环水再生单元产生的水进入该循环水储存单元；该生物过滤单元包括:一菌体固定化次单元，其包括一担体及一固着于其上的硫氧化菌。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该担体为至少一种选自由:泥炭土、堆肥、树皮、蛭石、牡蛎壳、沸石、麦饭石、活性碳、氢氧化铁、活性矾土、珍珠石、蛇木、保丽龙、以及人工合成的化学物质所组成的群组。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该酸性的水溶性产物为硫酸根或硫氧化物。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该气体为一沼气。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括: 一粉尘过滤单元，其与该生物过滤单元相连，以过滤待进入该生物过滤单元的该气体。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括: 一生物气胶过滤单元，其与该生物过滤单元相连，以过滤来自该生物过滤单元的该气体。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括: 一液体过滤单元，其设置于该循环水储存单元与该循环水再生单元之间，以过滤来自该循环水再生单元的水。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该生物过滤单元为一或多个过滤次单元所组成，该过滤次单元以串联或并联方式连接。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该循环水再生单元的一填充材为至少一种选自由:离子交换树脂、活性碳或石灰所组成的群组。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该循环水再生单元为一电化学装置。
11.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，该粉尘过滤单元的一填充材为至少一种选自由:泥炭土、树皮、蛭石、牡蛎壳、沸石、麦饭石、活性碳、氢氧化铁、活性矾土、珍珠石及蛇木所组成的群组。
12.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该生物气胶过滤单元的一填充材为至少一种选自由:泥炭土、树皮、蛭石、牡蛎壳、沸石、麦饭石、活性碳、氢氧化铁、活性矾土、珍珠石及蛇木所组成的群组。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该循环水储存单元以一酸碱侦测仪监控。
14.一种降低气体中硫化氢的方法，其特征在于，包括: A,提供一气体,该气体包含硫化氢；B，使用一生物过滤单元过滤该气体，以减少该气体中的硫化氢,并产生一产物； C，使该产物进入一循环水储存单元，以形成包含该产物的一液体；以及 D，使该液体进入一循环水再生单元，进行水纯化反应并移除该产物； 其中，该产物为一酸性的水溶性产物；且在步骤B中，该生物过滤单元利用一菌体固定化次单元与该气体接触，以减少该气体中的硫化氢。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，该菌体固定化次单元包括:一担体及一固着于其上的硫氧化菌。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤A之后，还包括:一步骤a，使用一粉尘过滤单元过滤该气体。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤B之后，还包括:一步骤b，使用一生物气胶过滤单元过滤该气体。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在步骤D之前，还包括:一步骤C，使用一液体过滤单元过滤该液体。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，该循环水储存单元以一酸碱侦测仪监控，当该液体的酸碱度p H值小于6.0时,该液体进入该循环水再生装置。
【文档编号】B01D53/84GK103657395SQ201210495244
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年11月29日 优先权日:2012年9月19日
【发明者】曾庆平, 俞铭诚, 陈煜沛 申请人:财团法人交大思源基金会