LỌC H2S TRONG BIOGAS
Hình 1: Dụng cụ thí nghiệm hiệu quả xử lý H2S trong biogas bằng hấp phụ
1. Khả năng hấp phụ H2S của các vật liệu lọc
– Vật liệu phoi sắt
Khả năng hấp phụ của phoi sắt chỉ thay đổi theo một chiều nhất định từ cao xuống thấp mà không có sự xáo trộn về hiệu suất lọc (hình 2). Đặc điểm này giúp ta dễ dàng kiểm soát khả năng lọc của phoi sắt trong quá trình ứng dụng. Càng về sau, khả năng hấp phụ của phoi sắt giảm mạnh, qua đó ta thấy được đặc điểm hấp phụ hóa học ở phoi sắt: nhanh, hiệu quả và mau chóng mất tác dụng.
– Vật liệu bentonite
Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ H2S của bentonite được biểu diễn trên đồ thị hình 3.
Hình 3 cho thấy nồng độ khí H2S đầu vào không ổn định, dao động trong khoảng rất rộng (1640-3130 ppm) và khoảng dao động này cũng không tương ứng với điều kiện khảo sát đối với vật liệu phoi sắt. Tuy nhiên, có thể thấy rõ ràng rằng tổng lượng biogas xử lý được đối với vật liệu bentonite cao hơn hẳn so với vật liệu phoi sắt. Hiệu suất xử lý H2S của vật liệu bentonite cũng giảm dần theo thời gian lọc, tuy nhiên mức độ giảm rất chậm, chậm hơn gần 7 lần so với khi sử dụng vật liệu lọc phoi sắt.
– Vật liệu diatomite
Không giống như hai vật liệu trên, diatomite có đặc tính hấp phụ khí H2S rất thấp (hình 4). Tuy nhiên nếu có thời gian để cột lọc nghỉ (khoảng 5-6 giờ) thì khả năng lọc của diatomite lại tuần hoàn và khả năng tuần hoàn này kéo dài tương đối lâu (hình 5). Với những hầm biogas có thành phần H2S cao có thể tận dụng ưu điểm hồi phục khả năng lọc nhanh này của diatomite để sử dụng như cột lọc thô trước khi đi vào cột lọc tinh sử dụng phoi sắt hay bentonite.
2. Khả năng tái sử dụng của các vật liệu lọc
– Vật liệu phoi sắt
Hình 6: Mẫu phoi sắt sau khi lọc Hình 7: Mẫu phoi sắt sau khi hoàn nguyên
Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ H2S của phoi sắt hoàn nguyên được biễu diễn trên đồ thị hình 8. Thực nghiệm cho thấy khả năng xử lý khí H2S của vật liệu phoi sắt sau khi hoàn nguyên là không cao so với vật liệu mới. Việc tái sinh phoi sắt được thực hiện 3 lần thì khả năng lọc H2S của phoi sắt hoàn nguyên gần như không còn hiệu quả. Vì vậy trong thực tế, khi sử dụng phoi sắt làm vật liệu lọc cần định kỳ tái sinh cột lọc và sau khoảng 2 tháng sử dụng nên thay mới cột lọc để đảm bảo nồng độ H2S đi ra không vượt quá giá trị cho phép gây ăn mòn động cơ.
– Vật liệu bentonite
(a): Trước khi lọc (b): Sau khi lọc
Hình 9: Mẫu bentonit trước và sau khi lọc
Sau khi sử dụng các viên bentonite từ màu vàng xám trước khi lọc (hình 9a) chuyển sang màu đen ở cả bề mặt ngoài lẫn bên trong và khối vật liệu lọc có mùi khó chịu (hình 9b). Khi tháo cột lọc cho bentonite đã lọc hoàn nguyên bằng cách phơi ngoài không khí thì màu đen dần dần nhạt đi, đồng thời có tỏa nhiệt thấp. Sau quá trình hoàn nguyên, màu của bentonite gần như trở về ban đầu 
nhưng hơi sẫm hơn.
Hiệu quả lọc của bentonite sau hoàn nguyên hầu như không khác gì so với vật liệu bentonite mới (hình 10). Hiệu suất lọc vẫn duy trì ở mức cao và thời gian lọc hiệu quả vẫn được duy trì như vật liệu mới. Thậm chí khi kéo dài thời gian lọc lâu hơn lần khảo sát đối với bentonite mới.
Như vậy, vật liệu bentonite có khả năng lọc rất tốt và quá trình hoàn nguyên bentonite cũng dễ dàng. Nhược điểm duy nhất của bentonite là dạng nguyên khai của nó là bột rất mịn, khi ve viên bentonite với nước, lớp áo ngoài của viên bentonite dễ bong ra tạo bụi kéo theo khí vào động cơ nếu tốc độ dòng khí lớn. Hơn nữa sau nhiều lần tái sinh lượng bentonite cũng bị mất mát. Vì vậy cần bổ sung bentonite mới.
– Vật liệu diatomite.
Sau khi hoàn nguyên diatomite cũng trở về trạng thái hấp phụ ban đầu, đạt khả năng hấp phụ H2S tương tự vật liệu mới (hình 12). Tuy nhiên, như trên đã khảo sát, hiệu quả lọc khí H2S trong biogas của vật liệu diatomite so với phoi sắt và bentonite là rất kém, giá thành diatomite cũng tương đối cao, do vậy khả năng ứng dụng của loại vật liệu này đối với vấn đề tinh lọc H2S trong biogas không phù hợp.
(a): Trước khi lọc (b): Sau khi lọc
Hình 11: Mẫu diatomit trước và sau khi lọc
3. Kết luận
Với cùng đặc tính nguồn biogas đầu vào, so sánh kết quả khảo sát khả năng hấp phụ H2S trong biogas đối với ba loại vật liệu phoi sắt oxy hóa, bentonite và diatomite, có thể rút ra một số kết luận sau:
Hình 13: So sánh khả năng hấp phụ H2S trong biogas của các loại vật liệu hấp phụ
· Khả năng hấp phụ khí H2S trong biogas theo thứ tự bentonite > phoi sắt oxy hóa > diatomite (hình 13).
· Vật liệu diatomite có hiệu suất lọc thấp nhất trong ba loại vật liệu khảo sát. Ưu điểm duy nhất của diatomite là khả năng phục hồi tình trạng hấp phụ rất nhanh, có thể diễn ra ngay trong cột lọc; diatomite sau khi hoàn nguyên vẫn cho kết quả khả năng hấp phụ tương tự vật liệu mới. Do vậy diatomite chỉ thích hợp cho việc lọc thô đối với những nguồn biogas chứa lượng lớn khí H2S. Giá thành diatomite khá cao cũng là một trở ngại đối với khả năng thương mại hóa loại vật liệu này
· Vật liệu phoi sắt có hiệu suất lọc lần đầu tiên cao, tuy nhiên giá trị này sẽ giảm tương ứng với lượng biogas xử lý. Sau khi hoàn nguyên, hiệu suất lọc của phoi sắt giảm rất nhanh và chỉ sau khoảng 3 đến 4 lần tái sinh khả năng hấp phụ H2S của phoi sắt gần như mất hẳn và cần phải thay cột lọc mới
· Đối với vật liệu bentonite, dù lần lọc đầu tiên hay lần lọc sau khi hoàn nguyên thì loại vật liệu này đều có khả năng lọc rất tốt. Có thể nói bentonite đáp ứng tốt yêu cầu tinh lọc khí H2S trong biogas bằng phương pháp hấp phụ.
