沼氣脫硫

沼氣作為一種新興能源其套用越來越廣泛，在我國環保標準中嚴格規定，利用沼氣能源時，沼氣氣體中H2S 含量不得超過20mg/m3 。無論在工業或民用氣體中， 都必須儘可能的除去H2S。

沼氣從厭氧發酵裝置產出時，特別是在中溫或高溫發酵時，攜帶有大量的H2S 。由於沼氣中還有大量的水蒸汽存在，水與沼氣中的H2S 共同作用，加速了金屬管道、閥門和流量計的腐蝕和堵塞。另外， H2S 燃燒後生成的SO2 ，與燃燒產物中的水蒸氣結合成亞硫酸，使設備的金屬表面產生腐蝕，並且還會造成對大氣環境的污染，影響人體健康。因此，在使用沼氣之前，必須脫除其中的H2S 。

業內常用的沼氣脫硫方法有：乾法脫硫、濕法脫硫、生物法脫硫等幾種脫硫方法。

基本介紹

• 中文名：沼氣脫硫
• 外文名：Biogas desulfurization
• 類屬：工業術語
• 主要方法：乾法脫硫、濕法脫硫等

脫硫原理

乾法脫硫

乾法脫硫是一種簡易、高效、相對低成本的脫硫方式，一般適合用於沼氣量小，硫化氫濃度低的沼氣脫硫。乾法脫除沼氣氣體中硫化氫（H2S）的設備基本原理是以O2使H2S 氧化成硫或硫氧化物的一種方法，也可稱為乾式氧化法。乾法設備的構成是，在一個容器內放入填料，填料層有活性炭、氧化鐵等。氣體以低流速從一端經過容器內填料層，硫化氫（H2S）氧化成硫或硫氧化物後，餘留在填料層中，淨化後氣體從容器另一端排出。

乾式脫硫主要包括主體鋼結構、脫硫劑填料、觀察窗、壓力表、溫度表等組件。脫硫塔通常設計為一用一備，交替使用，即一個脫硫，一個再生。　含有硫化氫(H2S)的沼氣進入脫硫塔底部，在穿過脫硫填料層到達頂端的過程中，H2S與脫硫劑發生以下的化學反應：　

乾法脫硫

第一步: Fe2O3 · H2O + 3 H2S = Fe2S3 + 4 H2O （脫硫）

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

含有硫化氫的沼氣首先與底部入口處荷載相對高的脫硫劑反應，反應器上部是負載低的脫硫劑層，通過設計良好的沼氣空速和線速，乾式脫硫能到達良好的精脫硫效果。

在沼氣進入乾式脫硫塔之前，應設定有冷凝水罐或沼氣顆粒過濾器。該裝置可以消除沼氣中夾雜的顆粒雜質，並使得沼氣在進入脫硫前含有一定濕度。

當觀察到脫硫劑變色，或系統壓力損失過大時，應交替使用另一個脫硫塔。當前的脫硫塔在沼氣放空後，進行自然通風，對脫硫劑進行再生。當再生效果不佳時，應從塔體底部將廢棄的脫硫劑排除，在底部排放廢棄填料的同時，相同體積的新鮮脫硫填料加入反應器中。

濕法脫硫

濕法脫硫可以歸納分為物理吸收法、化學吸收法和氧化法三種。物理和化學方法存在硫化氫再處理問題，氧化法是以鹼性溶液為吸收劑，並加入載氧體為催化劑，吸收H2S，並將其氧化成單質硫，濕法氧化法是把脫硫劑溶解在水中，液體進入設備，與沼氣混合，沼氣中的硫化氫（H2S）與液體產生氧化反應，生成單質硫吸收硫化氫的液體有氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉、硫酸亞鐵等。成熟的氧化脫硫法，脫硫效率可達99.5%以上。

在大型的脫硫工程中，一般採用先用濕法進行粗脫硫，之後再通過乾法進行精脫硫。

濕法脫硫塔主體包括洗滌塔、硫化氫採樣與監測系統、鹼液配置槽、供水軟水裝置、液位控制系統、支撐件和連線件。脫硫系統通過對出氣硫化氫濃度的監控以及PH值監控，實現全自動運行。

運行時，沼氣由下至上通過脫硫塔，Na2CO3溶液（或NaOH溶液）從頂部向下噴淋，使得H2S氣體與鹼液發生了充分的化學反應。

鹼液存儲在脫硫塔的下方，通過計量泵自動添加，計量泵的添加控制通過對出氣H2S濃度的監控自動運行。

當採用碳酸鈉（Na2CO3）試劑脫硫時，主要發生如下反應：

H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3 ( 1 )
CO2 + Na2CO3 + H2O = 2 NaHCO3 ( 2 )

由於沼氣中含有的大量CO2成分，同樣會消耗鹼液。 系統應能對反應條件（包括反應溫度、PH值）等進行控制，設定最優反應條件，儘可能地減少鹼液的消耗量。

生物脫硫

生物脫硫技術包括生物過濾法、生物吸附法和生物滴濾法，三種系統均屬開放系統，其微生物種群隨環境改變而變化。在生物脫硫過程中，氧化態的含硫污染物必須先經生物還原作用生成硫化物或H2S然後再經生物氧化過程生成單質硫，才能去除。在大多數生物反應器中，微生物種類以細菌為主，真菌為次，極少有酵母菌。常用的細菌是硫桿菌屬的氧化亞鐵硫桿菌，脫氮硫桿菌及排硫桿菌。最成功的代表是氧化亞鐵硫桿菌，其生長的最佳p
H值為2.0～2.2。

沼氣生物脫硫是20世紀90年代發展起來的新技術，在國外已得到了廣泛研究，在套用方面也取得了很大進展。國外已有較成熟的沼氣生物脫硫集成技術，主要包括荷蘭帕克公司的殼牌-帕克工藝（shell-PAQ工藝）、奧地利英環（EnvironTec）生物濾池脫硫工藝等，這些工藝在國內也得到了較廣泛套用。國內的生物脫硫技術目前還處於研究階段。下面以奧地利英環EnvironTec 生物脫硫技術為例，介紹一下沼氣生物脫硫工藝。EnvironTec生物脫硫在全球迄今已完成400多個工程案例，在國內也有不少工程案例，該技術被證明是沼氣脫硫的最佳實踐技術，一個典型的案例表明，生物脫硫的綜合運行成本低於每立方沼氣2分錢。

工藝描述：

將一定量的空氣導入含有硫化氫的沼氣中，混合氣體通過EnvironTec生物脫硫塔去除硫化氫。在反應器內部安裝有特殊的塑膠填料，它們為脫硫細菌繁殖提供充分的空間。營養液的循環使填料保持潮濕狀態，並且補充脫硫細菌生長繁殖所需的營養。專屬菌種（如絲硫菌屬或者硫桿菌屬），藉助營養液在填料中繁殖。在這種情況下，他們從混合沼氣中吸收硫化氫，並將他們轉化為單質硫，進而轉化為稀硫酸，

化學反應式如下：H2S + 2O2=H2SO42

H2S + O2 =2 S + 2H2OS + H2O + 1.5 O2=H2SO4
生成的稀硫酸在營養液和自來水的緩衝中和作用下，一起排出系統，

此過程周而復始。

1 反應塔 5 營養液供應 9 熱交換器 13 營養液液位控制器
2 填料 6 稀釋用水 10 氣分析儀 14 空氣流量計

3 沼氣入口 7 循環液 11 pH 控制儀 15 營養液廢液排出口

4 空氣供應 8營養液泵 12 溫度計 16安全流量控制開關

沼氣（3）進入反應器（1）底端，並從底端穿過填料層到達頂部。空氣（4）通過變頻控制精確添加。尾氣成分分析儀（10）對余氧濃度監控並與空氣風機連鎖。 循環液通過循環泵（8）循環噴淋。液位開關（13）控制整體的液位平衡。為了保證細菌的最佳活性，採用熱交換器（9）和溫度監測（12）對系統溫度調節控制。PH儀（11）用於控制營養液的質量（酸鹼度），例如當PH低於設定值時，新鮮的營養液（5）和稀釋用水（6）自動加入脫硫塔中，在此同時，廢液（15）自動排出，並保持液位平衡。

方法比較

乾法脫硫的特點

①結構簡單，使用方便。

②工作過程中無需人員值守，定期換料，一用一備，交替運行。

③脫硫率新原料時較高，後期有所降低。

④與濕式相比，需要定期換料。

⑤運行費用偏高。

濕法脫硫的特點

①設備可長期不停的運行，連續進行脫硫。

②用PH值來保持脫硫效率，運行費用低。

③工藝複雜需要專人值守。

④設備需保養。

生物脫硫的特點

①高效率： 硫化氫去除率高達98.5%

②高適應範圍： 可處理硫化氫濃度高達1.5% （15000ppm）

③低成本： 與其它脫硫技術相比，運行成本最低

④高安全性: 設有多重的安全保護裝置

⑤無人值守： 系統通過線上監測系統全自動運行

⑤維護簡單： 少量的維護工作 （如定期校正PH探頭）

脫硫方式	初始投資	運行費用	管理維護	適用範圍
乾式脫硫	低	脫硫劑更換費用，中等費用。	脫硫劑更換頻繁；塔體潛在腐蝕問題	精細脫硫，適於沼氣流量小，硫化氫濃度低的進氣
鹼洗脫硫	中等	消耗藥劑費用高	自動化控制，需要人工加藥	適合用於沼氣流量大，硫化氫濃度高的進氣。如20000ppm以上進氣濃度
生物脫硫	中等	低，處理每方沼氣不到2分錢	全自動化運行，日常維護簡單	最適合中等規模的沼氣脫硫（200 －2000Nm^3/h，硫化氫初始濃度在2000ppm- 10000ppm）

脫硫劑怎樣進行再生？

脫硫劑再生的方法是：將失去活性的脫硫劑取出，均勻疏鬆地攤放在平整、乾淨、背陽、通風的場地，經常翻動脫硫劑，使其與空氣充分接觸，氧化再生。