沼气脱硫技术分析

发布时间：[ 2022-08-11 02:16:24]

有机废物厌氧消化产生沼气H2S的产生，H2S它是一种腐蚀性很强的化合物，对输气管、仪器仪表、燃烧设备等有很强的腐蚀作用，其燃烧产品二氧化硫也是一种腐蚀性很强的气体，进入大气会产生酸雨。H2S对人体的危害也很大，对粘膜和呼吸道有害作用，空气中含0.1％的H2S可以在几秒钟内致命。沼气脱硫是沼气利用的重要环节，保护环境，延长设备寿命。此外，我国环境保护标准严格规定，沼气能源的使用H2S含量不得超过20mg/m3。因此，必须进行脱硫。

3.物理法脱硫技术

活性炭吸附法常用于物理脱硫技术。活性炭多孔，比表面积大，吸附性强，可脱硫、脱苯、脱臭、脱色等。可用于化工、石油、天然气、冶金、原子能、水处理、食品、纺织、医药、城建、环保等工业工艺和人类生活。

活性炭的吸附作用是催化反应，活性炭作为催化剂，吸附H2S后，催化H2S与吸附氧反应：

2H2S O2 2S 2H2O

生成的S元素被活性炭吸附。使用活性炭床（AS）吸附H2S单床或双床系统可根据H2S浓度确定。双床串联吸附，第一吸附床吸附H2S当第一张吸附床穿透(即第一张吸附床出口)时，后串联吸附床几乎不起作用；H2S含量超标时)，H2S当第一张吸附床饱和（即第一张吸附床进口）时，第一张吸附床仍然起作用H2S含量和出口H2S当含量基本相等时)，需要更换第一个吸附床的活性炭；更换后，新的吸附床作为第二个吸附床运行；这种更换可以较大限度地利用活性炭吸附，以确保脱硫精度和延长使用寿命。

3.化学法脱硫技术

沼气化学脱硫法一般可分为直接脱硫法和间接脱硫法。直接脱硫是指沼气中的沼气H2S气体直接分离，间接脱硫是指减少或抑制沼气生产的具体方法H2S气体的产生。沼气直接脱硫的原理可分为湿法和干法；间接脱硫需要开发新的工艺和催化剂。

湿式脱硫技术

沼气湿式脱硫技术包括碱性溶液吸收法、萘醌氧化法、氧化法PTS法、络合铁脱硫等。碱性溶液法吸收H2S，反应如下：

2NaOH H2S Na2S 2H2O

NaOH H2S NaHS H2O

H2S吸收受流速、流量、温度、气量、停留时间等因素的影响，溶解度难以保证100%，容易形成NaHS，而非Na2S。NaHS硫酸盐和硫代硫酸盐在再生过程中与氧气反应，降低了吸收液的吸收能力，因此需要定期更换碱液，也可能造成二次污染。

PTS它是酞清钴磺酸盐系化合物的混合物。硫沼气从脱硫塔底部进入，与碱性脱硫液反流接触。硫化氢被溶液吸收，沼气从塔顶排出。富液是吸收硫化氢的脱硫液，用富液泵将富液泵加压至再生槽与空气混合。硫以硫泡沫的形式浮选，再生的脱硫贫液进入贫液罐，通过泵循环进入脱硫塔。该方法脱除H2S工艺简单，成本低，效果好也是目前主要的工艺流程。

干法脱硫技术

沼气干式法脱硫技术主要包括氧化铁法、活性炭法等。Fe2O3脱硫剂为条状多孔结构固体，填充在脱硫装置中，沼气经过时，对H2S可以快速不可逆吸附，几秒钟内可以H2S脱除至1ppm以下化学反应如下：

Fe2O3·H2O 3H2S Fe2S3·H2O 3H2O

Fe2O3·H2O 3H2S 2FeS S 4H2O

当脱硫剂工作到一定程度时，即Fe2O3大量转化为Fe2S3或FeS，出口H2S当浓度超过规定标准时，需要处理脱硫剂。生产的常温氧化铁脱硫剂硫容量可达30%~40%，脱硫效率高达99%以上，未达到饱和硫容量的脱硫剂可再生；如果超过饱和硫容量，则需要更换新的脱硫剂。脱硫剂再生原理：将脱硫剂与氧气接触（进入氧气或将脱硫剂放入大气中）Fe2O反应式为3和S单质：

2Fe2S3·H2O 3O2 2Fe2O3·H2O 6S

4FeS 3O2 2Fe2O3 4S

脱硫剂可循环多次，直到脱硫剂中的大部分孔隙被单质S堵塞，失去活性。

如果在脱硫装置中进行脱硫剂再生，则必须严格控制再生条件：常压，床层温度为30~60℃，严格控制超温，否则会引起单质S的升华和自然，使用条件下水分含量为35%，pH值为8~10，为提高再生效果，可在脱硫塔底部进气口处定时加入适量的浓氨水（NH3·H2O），弱碱性再生环境，当观察到脱硫剂从黑棕色变为红棕色时，再生就完成了。

为了充分实现脱硫剂的脱硫性能，脱硫机理：较佳反应温度为20~40℃，冬季要特别注意；水分含量不宜过大或过小，水分过多，脱硫剂表面微孔堵塞，H2S不能与脱硫剂接触，不能有效去除，水分过少难以形成液膜，H2S吸附受影响，去除效果不理想，沼气水分一般较大，脱硫罐前可加入气水分离器，定期排水，避免液体水进入脱硫床层；脱硫剂再生应符合上述再生条件，再生时间应保持在24~48小时为宜。

生物法脱硫技术

生物法脱硫技术是一种由于传统物理化学方法的缺点而发展起来的新型脱硫技术。该方法具有诱人的工业应用前景，但起步较晚，技术和技术仍然非常不成熟。

从19世纪50年代到80年代，人们对生物法脱硫的研究在一些发达国家得到了很大的发展，比如德国。传统的脱硫H2S虽然物理化学方法各有优点，但存在运行成本高、工艺复杂、二次污染大、能耗等缺点；相比之下，生物法被去除H2S具有能耗低、操作方便、无二次污染、投资少等优点。

Shell – Paques 脱硫技术是世界生物脱硫技术领域的先进技术之一，其原理是接触沼气和含有化能自养微生物的苏打水溶液，H2S微生物被碱液吸收后，将其代谢转化为单质S或硫酸盐。反应类型为：

H2S OH- HS- H2O

H2S CO32- HS- HCO3-

2HS- O2 2S 2OH-

HS- 2O2 OH- SO42- H2O

该工艺具有以下优点：

⑴ 高效。操作灵活性大，灵活性高，能适应浓度和压力范围广；

⑵ 节能。该技术投资少，仪器设备少，人工成本低，化学品少，无需更换，操作成本和维护成本低；

⑶ 安全。整个生物脱硫系统运行封闭，沼气中H2S它被降低到很低的浓度，甚至几乎完全吸收，在吸收器的下游没有游离H2S，无中毒、伤亡事故，无环境污染。