各種沼氣脫硫工藝的對(duì)比分析

發(fā)布時(shí)間：[ 2022-09-23 10:15:21]

唐山綠源沼氣解決項(xiàng)目沼氣作為一種新興能源，應(yīng)用廣泛，對(duì)我國(guó)環(huán)境保護(hù)水平有嚴(yán)格的要求。沼氣電能使用時(shí)，沼氣中的沼氣H2S 成分不得超過(guò)10ppm 。無(wú)論是工業(yè)生產(chǎn)還是民用汽體，一定要盡量去掉H2S。

沼氣中含有硫化氫，化學(xué)方法是H2S，硫化氫是一種易燃危險(xiǎn)化學(xué)品，與氣體混合會(huì)產(chǎn)生可燃混合物、火災(zāi)、高熱燃燒爆炸，硫化氫水會(huì)對(duì)不銹鋼板造成強(qiáng)腐蝕，因此沼氣純化特殊生物氣體準(zhǔn)備工藝的關(guān)鍵是去除硫化氫。

沼氣中厭氧發(fā)酵引起的硫化氫濃度值不同，差異較大。由于生產(chǎn)過(guò)程中添加了含硫物質(zhì)，工業(yè)廢水引起的沼氣中含硫化氫的濃度值較高。如果造紙業(yè)的沼氣能達(dá)到1萬(wàn)-35萬(wàn)ppm，木薯淀粉工業(yè)生產(chǎn)的沼氣一般為1萬(wàn)ppm日常生活垃圾填埋場(chǎng)沼氣在整個(gè)過(guò)程中相對(duì)罕見(jiàn)，硫化氫成分低，一般為1萬(wàn)ppm之內(nèi)。

在我國(guó)，沼氣生產(chǎn)制造技術(shù)和商業(yè)操作系統(tǒng)軟件逐步完善，根據(jù)科技創(chuàng)新，引進(jìn)和消化海外優(yōu)秀的高固體有機(jī)化學(xué)廢物厭氧消化技術(shù)，以谷物秸稈、畜禽養(yǎng)殖、大城市有機(jī)化學(xué)廢物為解決大中型沼氣項(xiàng)目的目標(biāo)也取得了開(kāi)創(chuàng)性進(jìn)展，因此，相應(yīng)的沼氣凈化處理生產(chǎn)過(guò)程也取得了發(fā)展趨勢(shì)，產(chǎn)生了一系列相對(duì)完善的技術(shù)。

常用的沼氣脫硫方法有：干脫硫、干脫硫、復(fù)合鐵脫硫、生物脫硫等。

脫硫的基本原理

干式脫硫

干式脫硫是一種簡(jiǎn)單、高效、相對(duì)節(jié)約成本的脫硫方法，一般適用于沼氣量小、硫化氫濃度低的沼氣脫硫。去除沼氣中的硫化氫（H2S）機(jī)械設(shè)備的基本概念是O2使H2S 一種將空氣氧化成硫或硫金屬氧化物的方法，又稱(chēng)干試空氣氧化法。干式機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)生是將填料放入容器中，包括活性碳、化合物等。蒸汽以低流速?gòu)囊欢送ㄟ^(guò)容器填料層，硫化氫（H2S）空氣氧化成硫或硫金屬氧化物后，留在填料層中，蒸汽從容器另一端排出。

干試脫硫是指主要鋼架結(jié)構(gòu)、脫硫劑填料、窗戶(hù)、氣壓表、溫度計(jì)等部件。脫硫塔通常設(shè)置為一用一備，即脫硫和再造。帶有硫化氫(H2S)沼氣進(jìn)入脫硫塔底部，通過(guò)脫硫填料層到達(dá)頂部，H2S與脫硫劑發(fā)生以下化學(xué)變化：

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（再造）

硫化氫沼氣首先反映了底部入口承載力相對(duì)較高的脫硫劑。管式反應(yīng)器上方為低負(fù)荷脫硫?qū)印８鶕?jù)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)良沼氣空速和線(xiàn)速，干試脫硫可達(dá)到優(yōu)異的實(shí)際精細(xì)脫硫效果。

沼氣進(jìn)入干試脫硫塔前，應(yīng)設(shè)置冷凝罐或沼氣顆粒過(guò)濾裝置。該設(shè)備能去除沼氣中的顆粒殘留物，促進(jìn)沼氣進(jìn)入脫硫前的環(huán)境濕度。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)脫硫劑褪色或系統(tǒng)軟件工作壓力損失過(guò)大時(shí)，應(yīng)更換另一個(gè)脫硫塔。今天的脫硫塔在沼氣排放后進(jìn)行空氣循環(huán)，并重建脫硫劑。當(dāng)再造的實(shí)際效果較差時(shí)，應(yīng)從塔底部去除廢脫硫劑，在底部排放廢填料，并添加相同體積的新鮮脫硫填料。

拆卸脫硫劑時(shí)切記不要過(guò)短，否則容易引起放熱反應(yīng)，引起硫磺粉起火。

干法脫硫

干法脫硫可分為物理消化吸收、有機(jī)化學(xué)消化吸收和空氣氧化。硫化氫的物理和有機(jī)化學(xué)方法。空氣氧化法以堿性溶液為吸附劑，加入氧作為金屬催化劑消化吸收H2S，并將空氣氧化成單質(zhì)硫。干式空氣氧化法是將脫硫劑融化在水中，液體進(jìn)入機(jī)械設(shè)備，與沼氣混合，沼氣中的硫化氫（H2S）氧化還原與液體反應(yīng)，氫氧化鈉溶液、碳酸鈉、碳酸鉀、硝酸亞鐵等液體轉(zhuǎn)化為單消化吸收硫化氫。空氣氧化脫硫法脫硫效率可達(dá)99.5%以上。

在大中型脫硫工程中，粗脫硫一般采用干法進(jìn)行，然后法進(jìn)行精脫硫。

干式脫硫塔的主要行為包括凈化塔、硫化氫取樣檢測(cè)系統(tǒng)、燒堿溶液配備罐、供電軟化水設(shè)備、液位計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)、支撐點(diǎn)和連接器。脫硫系統(tǒng)軟件根據(jù)排氣硫化氫濃度值進(jìn)行監(jiān)督PH自動(dòng)值，完成自動(dòng)操作。

沼氣自下高于脫硫塔，Na2CO飽和溶液(或NaOH飽和溶液)從頂部向下噴灑，促進(jìn)H2S汽體和燒堿溶液發(fā)生了足夠的化學(xué)變化。

燒堿溶液儲(chǔ)存在脫硫塔下，根據(jù)排氣情況自動(dòng)添加加藥泵H2S自啟動(dòng)濃度值監(jiān)管。

碳酸鉀的選擇（Na2CO3)實(shí)驗(yàn)試劑脫硫的關(guān)鍵反映如下:

H2S Na2CO3 = NaHS NaHCO3 ( 1 )

CO2 Na2CO3 H2O = 2 NaHCO3 ( 2 )

因?yàn)檎託庵泻泻芏郈O成分，也會(huì)消耗燒堿溶液。系統(tǒng)軟件應(yīng)能夠反映標(biāo)準(zhǔn)(包括反映溫度)PH操作時(shí)，設(shè)定較佳反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，盡量減少燒堿溶液的使用。

絡(luò)合鐵脫硫

根據(jù)Fe基金屬催化劑的清潔氣體技術(shù)集脫硫和硫磺粉于一體，即將在高效液相中H2S轉(zhuǎn)換為單質(zhì)S。

硫化氫滑脫率高（ 99.99 % ）

加工工藝簡(jiǎn)單、安全，系統(tǒng)軟件不使用所有有害化合物，也不會(huì)造成所有有害廢物，操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)軟件安全性高

2000適合生產(chǎn)kg-20噸中小型硫化氫去除設(shè)備/天

融入H2S成分在0~100%

常溫下實(shí)際操作標(biāo)準(zhǔn)

唐山綠源復(fù)合鐵加工工藝體現(xiàn)了基本原理：

消化吸收反映：

H2S(汽體) 2Fe 2H S ° 2Fe

再造反映：

1/2 O2 (汽體) H2O 2Fe 2OH- 2Fe

總反映：

H2S ? O2 H2O S°

復(fù)合鐵脫硫的優(yōu)點(diǎn)

(1)復(fù)合鐵金屬催化劑，加工工藝簡(jiǎn)單，硫化氫可快速氧化成硫單質(zhì)；不同濃度值H2S，其脫硫后的H2S成分可低過(guò)10ppm，消除H2S高效率。

（2）系統(tǒng)軟件具有較強(qiáng)的抗起伏能力。對(duì)于傳統(tǒng)的脫硫設(shè)備，當(dāng)原料氣體中的硫化氫成分波動(dòng)較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致出入口凈化處理氣體中的硫化氫成分波動(dòng)較大，甚至超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。復(fù)合鐵具有硫容量高的特點(diǎn)，其脫硫設(shè)備可以完全自動(dòng)解決上述起伏，不一定是人為因素改變實(shí)際操作，不會(huì)損害脫硫率。

(3)運(yùn)行成本低。由于脫硫過(guò)程中使用的幾種藥物中的復(fù)合鐵金屬催化劑可回收系統(tǒng)，無(wú)副作用，只需填充少量脫硫過(guò)程中損壞的復(fù)合鐵金屬催化劑，每噸硫粉藥物的運(yùn)行成本為1000-1500元。

(4)復(fù)合鐵金屬催化劑選擇性高，副鹽成分低。復(fù)合鐵脫硫中，復(fù)合鐵離子空氣氧化硫化氫為硫粉，脫硫過(guò)程副作用少，藥物使用壽命長(zhǎng)。

(5)脫硫液硫容量高。對(duì)于新開(kāi)發(fā)的復(fù)合鐵脫硫劑，脫硫劑循環(huán)系統(tǒng)中液體的硫容量不會(huì)受到二氧化碳的危害，工作中硫容量達(dá)到3.3kg硫磺粉/m藥物高于國(guó)外同類(lèi)技術(shù)(工作中硫容量為0.37 kg硫磺粉/m藥物)。因此，復(fù)合鐵脫硫劑的應(yīng)用可以顯著降低循環(huán)系統(tǒng)的水率，降低機(jī)械設(shè)備的規(guī)格，降低項(xiàng)目投資和實(shí)際運(yùn)行成本。

(6)能去除有機(jī)化學(xué)硫COS、碳醇。

（7）機(jī)械設(shè)備規(guī)格小，撬裝可合理完成。由于工作中硫容量高，機(jī)械設(shè)備小，撬裝可以合理完成，特別適用于項(xiàng)目的撬裝規(guī)定。

(8)金屬催化劑安全系數(shù)高，系統(tǒng)軟件中使用的金屬催化劑對(duì)自然環(huán)境和身體無(wú)害，具有良好的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益。

(9)系統(tǒng)軟件副鹽不多，環(huán)保經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

生物脫硫

生物脫硫技術(shù)包括生物過(guò)濾、生物吸附和生物滴濾。這三種系統(tǒng)軟件都是開(kāi)放式系統(tǒng)，其微生物種隨著自然環(huán)境的變化而變化。空氣氧化態(tài)中的硫污染物必須通過(guò)生物氧化轉(zhuǎn)化為硫酸鹽或硫酸鹽H2S然后通過(guò)生物空氣氧化的整個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。在大多數(shù)生物管菌為主，細(xì)菌為次，酵母很少。常見(jiàn)病菌是氧化亞鐵硫鏈球菌、脫氮硫鏈球菌和排硫鏈球菌。較成功的表現(xiàn)是氧化亞鐵硫鏈球菌，其生長(zhǎng)較好p

H數(shù)值2.0～2.2。

沼氣生物脫硫是20世紀(jì)90年代發(fā)展趨勢(shì)下的一種新技術(shù)應(yīng)用。它在海外取得了廣泛的科學(xué)研究，在使用方面取得了巨大的進(jìn)展。沼氣生物脫硫在海外相對(duì)完善

加工工藝描述：

用硫化氫將一定量的氣體引入沼氣中，混合氣根據(jù)EnvironTec去除硫化氫的生物脫硫塔。管式反應(yīng)器中安裝了獨(dú)特的塑料填料，為脫硫細(xì)菌的繁殖提供了足夠的室內(nèi)空間。培養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)保持填料濕冷，填補(bǔ)脫硫細(xì)菌生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)。專(zhuān)屬菌苗(如絲硫菌屬或硫桿菌屬)依靠培養(yǎng)液在填料中繁殖。在這種情況下，硫化氫被消化吸收，轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫，從而轉(zhuǎn)化為稀鹽酸，

化學(xué)反應(yīng)如下：H2S 2O2=H2SO42

H2S O2 =2 S 2H2OS H2O 1.5 O2=H2SO4

在培養(yǎng)液和飲用水的緩存水解作用下，轉(zhuǎn)化成的稀鹽酸一起排出系統(tǒng)軟件，

全過(guò)程循環(huán)往復(fù)。

1 反應(yīng)罐 5 培養(yǎng)液供貨 9 換熱器 13 培養(yǎng)液位控制器

2 填料 6 稀釋自來(lái)水 10 氣檢測(cè)儀 14 空氣流量計(jì)

3 沼氣通道 7 循環(huán)系統(tǒng)液 11 pH 操縱儀 15 培養(yǎng)液廢水排放入口

4 氣體供貨 8培養(yǎng)液泵 12 體溫計(jì) 16安全總流量自動(dòng)開(kāi)關(guān)

沼氣(3)進(jìn)入管式反應(yīng)器(1)底部，從底部穿過(guò)填料層到頂部。氣體(4)按變頻操作準(zhǔn)確添加。廢氣成分分析儀(10)監(jiān)督余吸氧濃度，加入氣體離心風(fēng)機(jī)連鎖。循環(huán)泵(8)循環(huán)系統(tǒng)噴灑循環(huán)系統(tǒng)液。液位開(kāi)關(guān)(13)操作整個(gè)液位儀均衡。選擇換熱器(9)和溫度監(jiān)測(cè)(12)系統(tǒng)來(lái)控制溫度，以確保細(xì)菌的較佳活力。PH操縱培養(yǎng)液質(zhì)量的儀器(11)（ph如當(dāng)PH新鮮培養(yǎng)液(5)和稀釋液自來(lái)水(6)小于額定值時(shí)，自動(dòng)加入脫硫塔。同時(shí)，廢水(15)自動(dòng)排放，液位計(jì)保持平衡。

方式較為

干式脫硫的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

不需要工作人員值班，按時(shí)控制材料，一用一備，更換操作。

新原料脫硫率高，中后期有所下降。

與濕試相比，材料必須按時(shí)控制。

運(yùn)營(yíng)成本高。

干法脫硫的特點(diǎn)

機(jī)械設(shè)備可長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行，持續(xù)脫硫。

用PH脫硫效率高，運(yùn)行成本低。

復(fù)雜的加工工藝必須值班。

機(jī)械設(shè)備需要維護(hù)。