几种沼气脱硫方式的介绍

几种沼气脱硫方式介绍

沼气作为一种新兴能源其应用越来越广泛，在我国环保标准中严格规定，利用沼气能源时，沼气气体中H2S 含量不得超过20mg/m3。无论在工业或民用气体中，都必须尽可能的除去H2S。沼气从厌氧发酵装置产出时，特别是在中温或高温发酵时，携带有大量的H2S。由于沼气中还有大量的水蒸汽存在，水与沼气中的H2S共同作用，加速了金属管道、阀门和流量计的腐蚀和堵塞。另外，H2S 燃烧后生成的SO2，与燃烧产物中的水蒸气结合成亚硫酸，使设备的金属表面产生腐蚀，并且还会造成对大气环境的污染，影响人体健康。因此，在使用沼气之前，必须脱除其中的H2S。业内常用的沼气脱硫方法有:干法脱硫、湿法脱硫、生物法脱硫等几种脱硫方法。

一、总述

沼气作为一种新兴能源其应用越来越广泛，在我国环保标准中严格规定，利用沼气能源时，沼气气体中H2S 含量不得超过20mg/m3。无论在工业或民用气体中，都必须尽可能的除去H2S。

沼气从厌氧发酵装置产出时，特别是在中温或高温发酵时，携带有大量的H2S。由于沼气中还有大量的水蒸汽存在，水与沼气中的H2S共同作用，加速了金属管道、阀门和流量计的腐蚀和堵塞。另外，H2S 燃烧后生成的SO2，与燃烧产物中的水蒸气结合成亚硫酸，使设备的金属表面产生腐蚀，并且还会造成对大气环境的污染，影响人体健康。因此，在使用沼气之前，必须脱除其中的H2S。

业内常用的沼气脱硫方法有：干法脱硫、湿法脱硫、生物法脱硫等几种脱硫方法。

二、脱硫原理

1.干法脱硫

干发脱硫是一种简易、高效、相对低成本的脱硫方式，一般适合用于沼气量小，硫化氢浓度低的沼气脱硫。干法脱除沼气气体中硫化氢（H2S）的设备基本原理是以O2使H2S氧化成硫或硫氧化物的一种方法，也可称为干式氧化法。干法设备的构成是，在一个容器内放入填料，填料层有活性炭、氧化铁等。气体以低流速从一端经过容器内填料层，硫化氢（H2S）氧化成硫或硫氧化物后，余留在填料层中，净化后气体从容器另一端排出。

干式脱硫主要包括主体钢结构、脱硫剂填料、观察窗、压力表、温度表等组件。脱硫塔通常设计为一用一备，交替使用，即一个脱硫，一个再生。含有硫化氢(H2S)的沼气进入脱硫塔底部，在穿过脱硫填料层到达顶端的过程中，H2S与脱硫剂发生以下的化学反应：

第一步: Fe2O3·H2O+3H2S = Fe2S3+4H2O（脱硫）

第二步: Fe2S3+3/2O2+3H2O = Fe2O3·H2O+2 H2O+3S（再生）

含有硫化氢的沼气首先与底部入口处荷载相对高的脱硫剂反应，反应器上部是负载低的脱硫剂层，通过设计良好的沼气空速和线速，干式脱硫能到达良好的精脱硫效果。

在沼气进入干式脱硫塔之前，应设置有冷凝水罐或沼气颗粒过滤器。该装置可以消除沼气中夹杂的颗粒杂志，并使得沼气在进入脱硫前含有一定湿度。当观察到脱硫剂变色，或系统压力损失过大时，应交替使用另一个脱硫

塔。当前的脱硫塔在沼气放空后，进行自然通风，对脱硫剂进行再生。当再生效果不佳时，应从塔体底部将废弃的脱硫剂排除，在底部排放废弃填料的同时，相同体积的新鲜脱硫填料加入反应器中。

2.湿法脱硫

湿法脱硫可以归纳分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法三种。物理和化学方法存在硫化氢再处理问题，氧化法是以碱性溶液为吸收剂，并加入载氧体为催化剂，吸收H2S，并将其氧化成单质硫，湿法氧化法是把脱硫剂溶解在水中，液体进入设备，与沼气混合，沼气中的硫化氢（H2S）与液体产生氧化反应，生成单质硫吸收硫化氢的液体有氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、硫酸亚铁等。成熟的氧化脱硫法，脱硫效率可达99.5%以上。

在大型的脱硫工程中，一般采用先用湿法进行粗脱硫，之后再通过干法进行精脱硫。

湿法脱硫塔主体包括洗涤塔、硫化氢采样与监测系统、碱液配置槽、供水软水装置、液位控制系统、支撑件和连接件。脱硫系统通过对出气硫化氢浓度的监控以及PH值监控，实现全自动运行。

运行时，沼气由下至上通过脱硫塔，Na2CO3溶液（或NaOH溶液）从顶部向下喷淋，使得H2S气体与碱液发生了充分的化学反应。碱液存储在脱硫塔的下方，通过计量泵自动添加，计量泵的添加控制通过对出气H2S浓度的监控自动运行。当采用碳酸钠（Na2CO3）试剂脱硫时，主要发生如下反应：

H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3 ( 1 )

CO2 + Na2CO3 + H2O = 2 NaHCO3 ( 2 )

由于沼气中含有的大量CO2成分，同样会消耗碱液。系统应能对反应条件（包括反应温度、PH值）等进行控制，设置最优反应条件，尽可能地减少碱液的消耗量。

3.生物脱硫

生物脱硫技术包括生物过滤法、生物吸附法和生物滴滤法，三种系统均属开放系统，其微生物种群随环境改变而变化。在生物脱硫过程中，氧化态的含硫污染物必须先经生物还原作用生成硫化物或H2S然后再经生物氧化过程生成单质硫，才能去除。在大多数生物反应器中，微生物种类以细菌为主，真菌为次，极少有酵母菌。常用的细菌是硫杆菌属的氧化亚铁硫杆菌，脱氮硫杆菌及排硫杆菌。最成功的代表是氧化亚铁硫杆菌，其生长的最佳pH 值为2.0～2.2。

沼气生物脱硫是20世纪90年代发展起来的新技术，在国外已得到了广泛研究，在应用方面也取得了很大进展。国外已有较成熟的沼气生物脱硫集成技术，主要包括荷兰帕克公司的壳牌-帕克工艺（shell-PAQ工艺）、奥地利英环（EnvironTec）生物滤池脱硫工艺等，这些工艺在国内也得到了较广泛应用。国内的生物脱硫技术目前还处于研究阶段。

下面以奥地利英环EnvironTec 生物脱硫技术为例，介绍一下沼气生物脱硫工艺。EnvironTec生物脱硫在全球迄今已完成400多个工程案例，在国内也有不少工程案例，该技术被证明是沼气脱硫的最佳实践技术，一个典型的案例表明，生物脱硫的综合运行成本低于每立方沼气2分钱。

工艺描述：