沼气脱硫技术概述

天津农学院

课程论文（2016—2017学年第一学期）

题目：沼气脱硫技术

课程名称沼气综合利用工程

学生姓名

学号

学院工

专业班级2013级新能源科学与工程1班成绩评定

摘要

本文简单的介绍了沼气的概念、相关性质以及气体成分，并对其中的硫化氢（H S S）的过滤原因做了一些说明。简单的综述了近年研究人员开发沼气脱硫方法在干式法、湿法和生物脱硫技术方面所做的研究,从原理及所涉及的反应方程式、一般工艺流程图、优点等方面介绍氧化铁、碱性液体等等比较典型的以及新型的脱硫方法。

关键字：沼气；硫化氢；脱硫

1.引言

沼气是一种可再生的清洁能源，既可替代秸秆、薪柴等传统生物质能源，也可替代煤炭等商品能源，而且能源效率明显高于秸秆、薪柴、煤炭等，因此沼气的利用备受关注。我国作为一个农业大国，每年都会产生大量的农作物秸秆和农产品加工废弃物，这些大量的农业废弃物中蕴含着巨大的沼气资源。同时畜牧业产生的禽畜粪便、工业产生的有机废弃物、城市生活垃圾和城市生活污水均有沼气潜能。对农业、畜牧业、工业、生活中的有机废弃物进行厌氧发酵产沼气时，因为含硫化合物会被转化为H2S，所以产生的沼气中都含有H2S气体。由于它是一种腐蚀性很强的化合物，所以对沼气中的H2S进行去除是沼气利用的关键环节。一般而言，沼气中H2S的质量浓度在1～12g·m -3之间，由于其受发酵原料和发酵工艺的影响很大，当原料的蛋白质或硫酸盐含量较高时，发酵后沼气中的H2S质量浓度就较大。我国环保标准严格规定，利用沼气发电时，沼气气体中H2S含量不得超过200~300mg·m -3；若将沼气并入燃气管道或作为车载燃料，则H2S要小于或等于15 mg·m -3[1]。可看出，沼气中H2S的质量浓度远远超过规定值，所以无论在工业或民用气体中，都必须尽可能的除去。

2.概念介绍

2.1沼气

是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生产的一种混合性可燃气体。

2.2主要成分

其中甲烷（CH4）占50~70%，其次是二氧化碳（CO2）占30~40%，还有少量的氮、氢、氧、氨、一氧化碳（CO）和硫化氢（H2S）等气体。

2.3物理特性

改气体具有无色、无味、无毒，比空气轻，难溶于水的特性。

2.4 硫化氢（H2S）

是无色气体，有类似腐烂臭鸡蛋的恶臭味，剧毒、易溶于水。

2.5 脱硫原因

2.5.1硫化氢具有极强的毒性，空气中浓度为14.mg/m3（标）时，会引起结膜炎和角膜炎，当浓度大约为280mg/m3（标）时会造成昏迷，呼吸困难甚至死亡。

2.5.2硫化氢燃烧生成的二氧化硫，遇水生成硫酸分子，腐蚀周围的设备，污染环境，接触到金属，特别是有色金属就要发生腐蚀[2]。

3.脱硫方法

现行的沼气脱硫方式按照理化性质，大致可以分别采用物理、化学和生物三种方法。但是根据脱硫方法的原理不同，沼气脱硫方法还可以可分为直接脱硫和间接脱硫两大类。直接脱硫就是将沼气中H2S气体直接分离除去；而间接脱硫是指在沼气的产生过程中采用具体方法，以减少或抑制H2S气体的产生。而沼气直接脱硫方法按照原理的不同又可分为湿式法和干式法。以下就着重介绍湿式法、干式法和生物法。

3.1 干式法脱硫

干法脱硫技术是一种利用氧气将H2S气体氧化为单质硫或硫氧化物的沼气脱硫方式。其常用的方法为氧化铁干式脱硫法、活性炭法、膜分离法等，适宜理H2S浓度较低的气体，因其结构简单、脱硫技术成熟而在工业上得到广泛应用。但干法脱硫技术的装置占地面积大、操作不连续、脱硫剂再生困难且更换脱硫剂劳动强度大、脱硫效率低等因素制约了其发展。

3.1.1 氧化铁干式脱硫法

a. 原理

氧化铁（主要是α- Fe2O3·H2O和γ- Fe2O3·H2O）是一种古老的脱硫剂，又名海绵铁。Fe3+具有相当高的氧化还原电位，H2S 被氧化为单质硫而非硫酸盐等高价态含硫化合物，故可对单质硫进行回收利用，而反应生成的单质硫对整个吸收过程具有催化作用。

b. 反应过程

氧化铁干式脱硫法由脱硫与氧化再生两个过程组成。

脱硫反应如下：

Fe2O3·H2O+3H2S→2FeS+S+4H2O

氧化再生反应如下：

4Fe S+3O2→2Fe2O3+4S

c. 工艺流程图

d. 优点

氧化铁对H2S 进行的是不可逆的化学吸收，在数秒内就能将H2S 脱除到1 mg/m3 以下，做到精细脱硫；氧化铁资源丰富，价廉易得，能够降低脱硫成本，且此方法操作简单、净化度高、工艺成熟[3]。

蒸汽

3.1.2 活性炭法

a. 原理

活性炭又名碳分子筛，是一种多孔性物质，主要是利用其的催化和吸附作用，可用于脱除沼气中的H2S气体。活性炭法由脱硫与活性炭再生两个过程组成。活性炭具有储存氧气的能力，在脱硫过程中，活性炭催化H2S 与其中储存的氧气反应生成S后被吸附于活性炭表面。当活性炭吸附饱和时，脱硫效率明显下降，必须进行再生。这时可用质量分数为12%～14%的硫化铵溶液对其进行再生，而反应生成的多硫化铵进行蒸汽加热后可分解为硫化铵与S，硫化铵继续循环利用，S便从活性炭中析出，析出的硫流入硫回收池，水冷后形成固态硫。

b. 反应过程

脱硫反应：

2H2S+O2→2S+2H2O

再生反应：

n S+(NH4)2S→(NH4)2S n+1

(NH4)2S n+1 nS+(NH4)2S：

c. 工艺流程图

d. 优点

活性炭的比表面积大、吸附性强、热稳定性好、吸附容量高，故具有很好的脱硫效率。与H2S 气体的反应速度快、接触时间短、处理气量大，且脱硫产物能够回收，工艺比较简单，便于操作的特点又降低了脱硫成本。在脱硫过程中也不会产生二次污染[4]。

3.1.3 膜分离法

a. 原理

膜法气体分离的基本原理是在压力的推动下，依靠混合气中各组分透过膜的传递速率差异来实现分离。膜吸收法是膜分离法的一个重要分支，由于膜的疏水性，气体与液体并不直接接触，而是分别在膜的两侧流动，通过吸收液对某种气体的选择性吸收而达到沼气脱硫的目的。

b. 工艺流程图

c. 优点

与传统的吸收技术相比，膜吸收因具有气液接触面积大、传质速率快、无