創意化學鎖定可再生能源
垃圾掩埋場、酪農場、紙漿廠和造紙廠乍看之下似乎沒有什麼共同點。但這些差異極大的行業,以及廢水處理設備,都面臨著代價高昂的環境挑戰:即管理大量的有機廢物。
這些行業漸漸使用厭氧微生物來初步分解或「消化」廢物。沼氣主要是甲烷、二氧化碳(CO2)和硫化氫(H2S)的混合物,是上述程序中所產生的副產品。沼氣是可再生天然氣(RNG)的潛在寶貴來源。但若要將其當成乾淨安全的燃料,必須對先去除CO2和H2S。
New Sky Energy執行長Deane Little表示:「政府補貼帶動更多的企業升級沼氣。從氣流中去除H2S是製程中至關重要的第一步。」
New Sky Energy總部位於科羅拉多州的波德專門開發創新的化學解決方案,幫助農業和工業公司處理氣體排放、回收有價值的化學品,並將生沼氣轉化為可再生能源流。
2018年,該公司發現一個可真正開創新局的技術,就是SulfurSolve®製程,這是一種革新的H2S捕捉系統。
SulfurSolve 的獨特之處
硫化氫氣味難聞、易燃、有毒,而且受到高度管制。為了從沼氣流中去除H2S,製造商通常依靠一次性的H2S化學清除劑或再生H2S控制技術。
Little說:「因為你必須不斷補充化學物質,所以一次性清除劑的作業成本非常高。」「最後就會剩下一個危險的硫化物廢料。」
再生控制技術分為兩類:生物和化學。生物方法是利用H2S作為再生資源的細菌。
Little表示:「但生物方法通常不太可靠,我們發現有很多時候,還必須在這些生物系統中添加比在化學過程中更多的化學物質。」
化學再生控制技術通常會吸收鐵鹽水溶液中的H2S。當溶液在氧化過程中暴露於空氣中則會再生。然而,傳統的化學系統使用昂貴的有機螯合劑來溶解鐵。
Little解釋說:「這就是SulfurSolve的獨特之處。」「我們的混合金屬-鐵-鐵複合物本質上可溶於鹼性溶液。它不需要再用螯合化學物質來溶解鐵。」
從試產道商業規模
據Little說,產生SulfurSolve溶劑的化學反應是意料之外的事。
Little解釋說:「那是一個『意外瞬間』」。「我們當時在試驗配方時,最初以為在製造溶劑時出錯了。鐵在這樣的高pH值下是不可溶解的。」
接下來幾個月是在實驗室進行小型模廠測試來驗證結果。接下來,該公司花了一年時間在廢水處理廠、紙漿廠和造紙廠以及垃圾掩埋場測試試驗設備單元。
試行成功後,New Sky Energy找到了製造合作夥伴Moore Control Systems,將該系統推進到商業規模。Moore Control Systems是一家工程、採購和施工(EPC)公司,在石油、天然氣和其他行業擁有40多年的服務經驗。該公司總部位於德州的卡蒂。
運作方式
Moore Control Systems設計了一個搭載洛克威爾自動化公司控制平台的SulfurSolve設備單元工廠,該平台採用Allen Bradley®CompactLogix™ 控制器、PowerFlex®交流驅動器和FactoryTalk®View HMI。該廠使用EtherNet/IP™網路運作。
進入SulfurSolve工廠的生沼氣經過處理去除液滴和固體物質,然後暴露在低壓共流或逆流接觸柱中的SulfurSolve。鹼性SulfurSolve溶液將會立即捕捉並氧化部分H2S。將含有捕捉H2S而消耗部分的溶液抽送到再生容器,然後暴露於空氣後將捕捉的硫化物轉化為元素硫,並再生SulfurSolve溶液。漂浮的硫會透過壓力過濾器回收。SulfurSolve溶液經過數百次再生和重複使用,大幅降低H2S的處理成本。
Moore Control Systems的銷售暨行銷部經理Jessica Carollo表示:「我們目前在幫助客戶整合SulfurSolve設備單元,這是沼氣升級過程的第一步。」「我們還可以提供額外步驟的專業知識,可完成可再生天然氣的轉型,包括去除二氧化碳和壓縮氣體。」
降低營運成本。減少廢料
SulfurSolve系統在業界成功完成多項商業應用,展現出令人驚艷的成果。該系統能持續捕捉和去除99.9%以上的H2S進氣,並回收和重複使用近100%的SulfurSolve溶液。
與傳統化學系統相比,New Sky Energy預估該系統最多可將H2S控制計畫中的化學物質採購和廢物處理成本降低90%。針對不同的應用,一般的投資報酬率為12到24個月。
Little說:「此外,副產品元素硫可以出售、當做肥料或做其他應用。」
SulfurSolve為沼氣業提供更永續的H2S控制方法,證實也可用來作為其他的天然氣應用。
Carollo說:「最近,我們在天然氣處理過程中試行SulfurSolve系統處理胺尾氣。試行的結果非常好,證明SulfurSolve適用這些高流量的應用。」
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SulfurSolve 是 New Sky Energy的註冊商標。