Để đáp ứng yêu cầu về kinh tế cho các quá trình làm ngọt khí, hàng loạt quy trình sinh học đã được đề nghị. Các quy trình diễn ra theo cơ chế Phototrophic, hoặc
heterotrophic, hoặc autotropic. Tuy nhiên chỉ một số quy trình được ứng dụng ở quy mô lớn. Công việc tối ưu hóa các quy trình này vẫn đang được nghiên cứu để có thể ứng dụng vào thực tiễn.
Các quy trình này sử dụng các enzyme để xúc tác cho phản ứng oxy hóa H2S. Các enzyme thường dùng là: Chlorobiaciae, Xanthomonas, Thiobacilli.
Ưu điểm của phương pháp là có thể thực hiện ở nhiệt độ và áp suất thường nên tiết kiệm được đáng kể năng lượng. Tuy nhiên các enzyme cần có ánh sáng làm môi trường phản ứng. Đây là điểm bất lợi của phương pháp này.
Phản ứng diễn ra như sau:
Phản ứng trên được gọi là phản ứng van Niel.
Các phương pháp dựa trên enzyme vẫn cần nhiều nghiên cứu sâu hơn trước khí có thể đem ra ứng dụng thực tế.
4.Các quy trình xử lý H2S bằng muối kiềm 4.1Quá trình Seaboard
Quá trình Seaboard được giới thiệu vào năm 1920, bởi công ty Koppers Company. Đây là quá trình đầu tiên, tách H2S bằng tác nhân lỏng hoàn nguyên, được đưa vào sử dụng với
quy mô công nghiệp. H2S được hấp thụ ở nhiệt độ phòng, bằng dung dịch Sodium carbonate loãng, có nồng độ trong khoảng 3-5 % khối lượng.
Phản ứng chính của quá trình: Na2CO3 + H2S = NaHCO3 + NaHS
H2S sau đó được tái sinh ở một cột phân tách, sử dụng dòng khí nóng, ở áp suất thấp. Tại đây, H2S được chuyển hóa thành SO2 và thải vào khí quyển. Quá trình Seaboard có thể loại bỏ 85-98% lượng H2S.
2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O NaHCO3 + NaHS = Na2CO3 + H2S H2S + O2 = SO2 + H2O
Ưu điểm của quá trình đó là đơn giản, có tính kinh tế; tuy nhiên, việc thải trực tiếp khí SO2 gây ảnh hưởng lớn đến môi trường.
Ngoài ra, khi tiến hành oxy hóa trong thiết bị phân tách, xảy ra một số phản ứng phụ không mong muốn, như việc oxy hóa lưu huỳnh thành thiosulfate, chất này không thể hoàn nguyên, làm tiêu hao tác nhân hấp thụ: 2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O.
Bên cạnh đó, việc có mặt HCN trong dòng nhập liệu, có thể bị oxy hóa tạo ra NaSCN, không chỉ không thể hoàn nguyên mà còn gây ô nhiễm môi trường nếu không xử lý chất lỏng thải: 2NaHS + HCN + O2 = 2NaSCN + 2H2O
4.2Quá trình Benfield
Quá trình Benfield được nghiên cứu từ khá sớm bởi tập đoàn U.S. Bureau of Mines; sau đó được phát triển và cải tiến nhiều vào những năm 1970s bởi Benson và Field (The Benfield Corporation,1971). Cho đến nay, có hơn 600 nhà máy sử dụng quy trình Benfield để tách loại CO2 và H2S.
Từ năm 1904, quá trình Benfield đã được sử dụng để loại bỏ CO2 và H2S bằng dung dịch K2CO3 nóng.
Các phản ứng chính xảy ra tại thiết bị hấp thụ:
• K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3
Bên cạnh đó, dưới tác dụng nhiệt, các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh bị thủy phân, giải phóng H2S:
• COS + H2O = CO2 + H2S
• CS2 + H2O = COS + H2S
Sau nhiều năm nghiên cứu và phát triển, quy trình Benfield đã được cải tiến, nhằm tăng khả năng xử lý triệt để cũng như độ chọn lọc H2S đối với các nguồn nhập liệu có chứa cả H2S và CO2. Đến năm 1974, quy trình Benfield Hi-Pure ra đời, là sự kết hợp giữa hấp thụ bằng dung dịch muối kiềm với dung dịch amine.
Điểm khác biệt nhất ở quá trình này, đó là sử dụng thêm tháp hấp thụ bằng dung dịch DEA, dùng để hấp thụ triệt để lượng khí H2S chưa được hấp thụ hoàn toàn bởi K2CO3
nóng. Quá trình này có khả năng xử lý H2S xuống tới nồng độ dưới 1ppm và dưới 50ppm đối với CO2.
Benfield Hi-Pure được sử dụng nhiều trong các nhà máy LNG lớn, nơi đòi hỏi nồng độ CO2, H2S, COS, và mercaptan trong sản phẩm phải là rất nhỏ.
Tuy nhiên, lượng khí H2S thải ra vẫn chưa được xử lý thích hợp, nhằm thu lợi nhuận cũng như giảm tác động xấu đến môi trường.