沼气脱硫技术概述

1、天津农学院课程论文2021 2021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_X专业班级 2021级新能源科学及工程 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HS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响方 程式、 一般工艺流程图、 优点等方面介绍氧化铁、 碱性液体等等比拟典型的以及 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

2、，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展厌氧发酵产沼气时， 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 进展去除是沼气利用的关键环节。一般而言，沼气中 HS的质量浓度在112g m -3之间，由于其受发酵原 料和发酵工艺的影响很大，

3、 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200300mgm -3 ;假设将沼气并入燃气管道或作为车载燃料， 那么H2S要小于或等于15 mg m -3。可看出，沼气中 "S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。其中甲烷CH占5070% 其次是二氧化碳CQ占3040%,还有少量的 氮、氢、氧、氨、一氧化碳CQ和硫化氢H2S等气体。改气体具有无色、无味、

4、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280mg/m3标时会造成昏脱硫原因标时，会引起结膜炎和角膜炎，当浓度大约为迷，呼吸困难甚至死亡。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3. 脱硫方法现行的沼气脱硫方式按照理化性质， 种方法。 但是根据脱硫方法的原理不同， 间接脱硫两大类。直接脱硫就是将沼气中 指在沼气的产生过程中采用具体方法，大致可以分别采用物理、 化学和生物三 沼气脱硫方法还可以可分为直接脱硫和H2S 气体直接别离除去；而间接脱硫是以减少

5、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、膜别离法等，适宜理 H2S 浓度较低的气体，因其构造简单、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开展。3.1.1 氧化铁干式脱硫法a. 原理氧化铁主要是a - Fe 2Q. F2O和丫 - Fe 2OL HO是一种古老的脱硫剂，

6、又名 海绵铁。 Fe 具有相当高的氧化复原电位， H2S 被氧化为单质硫而非硫酸盐等高 价态含硫化合物， 故可对单质硫进展回收利用， 而反响生成的单质硫对整个吸收 过程具有催化作用。b. 反响过程氧化铁干式脱硫法由脱硫及氧化再生两个过程组成脱硫反响如下：FQ H2O+3HS 2FeS+S+4HO氧化再生反响如下：4Fe S+3O2f 2FeQ+4Sc. 工艺流程图航d. 优点氧化铁对 HS进展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，能够降低脱硫本钱，且此方法操作简单、净化度高、工艺成熟3。活性炭法a. 原理活性炭又名碳分子筛，

7、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。活性炭法由脱硫及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及其中储存的氧气反响生成 S后被吸附于活性炭外表。当活性炭吸附饱和时，脱硫效率明显下 降，必须进展再生。这时可用质量分数为 12%14%勺硫化铵溶液对其进展再生， 而反响生成的多硫化铵进展蒸汽加热后可分解为硫化铵及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. 反响过程脱硫反响：2I4S+Q f 2S+2H2O再生反响：n S+(NH4)2Sf (NH4)2S+i蒸汽(NH4

8、) 2Sn+1nS + (NH 4)2S：c. 工艺流程图d. 优点活性炭的比外表积大、吸附性强、热稳定性好、吸附容量高，故具有很好的 脱硫效率。及 H2S气体的反响速度快、接触时间短、处理气量大，且脱硫产物 能够回收，工艺比拟简单，便于操作的特点又降低了脱硫本钱。在脱硫过程中也不会产生二次污染0膜别离法a. 原理膜法气体别离的根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别离。膜吸收法是膜别离法的一个重要分支， 由于膜的疏 水性，气体及液体并不直接接触， 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到达沼气脱硫的目的。b. 工艺流程图c. 优点及传统

9、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、无雾沫夹带、操作条件温，且处理的规模可大可小、可以连续也可以连续进展、操作简单便于自动化等特点而备受关注 5 。3.2 湿法脱硫湿法脱硫技术是一种利用特定的溶剂及气体逆流接触脱除H2S,而溶剂那么通过再生后重新进展吸收利用的脱硫方式。 其常用方法有碱性溶液吸收法、 ADA 法、HPAS氧化一空气再生法。适宜处理气量大、HS浓度高的气体。湿法脱硫技术工艺流程简单 、操作连续、脱硫效率高,并且可以直接得到元素硫,现已 在工业上得到了一定应用,而没有得到广泛应用的原因是系统一次性投资多、 运行管理复杂、脱硫本钱高以及吸收液虽可再生但仍需更换等问

10、题。碱性液体吸收法a. 原理沼气从塔底进入并及吸收液 如氢氧化钠、 氨水等碱性液体 逆流接触反响, 净化后的沼气从塔顶排出,利用氧气对吸收液进展再生的脱硫方式称为碱性液 体吸收法。b. 反响过程以氢氧化钠作为吸收液 H2S 脱除反响如下 ：2NaOH+2S NS+2H0NaOH+H NaHS+H2O吸收液再生反响如下：2Na2S+O2+2H2O4NaOH+2S2NaHS+2O2Na2S2O3+H2O2Na2S2O3+3O22Na2SO4+2SO2以氨水作为吸收液 H2S 脱除反响如下 ：H2S+NH4OHNH4HS+H2Od. 影响因素由于受到流速、 流量等因素的影响,H2S 并不能全部溶解于

11、碱液中,而且 溶解过程中易生成硫氢化钠，硫氢化钠及氧气反响生成的有害物质硫代硫酸盐 以及硫酸盐在吸收液中富集， 而这局部吸收液在补充新鲜碱液后将继续使用， 有 害物质的存在影响了吸收液的吸收能力， 降低了脱硫效率。 为了提高脱硫效率， 需要定期外排脱硫循环液并对其进展适当地处理 6 。改进的ADA法a. 定义改进的ADA法有机催化脱硫是使用蒽醌二磺酸二钠盐为催化剂，偏钒酸钠 作氧的载体并加酒石酸钾钠防止硫氧化钒沉淀 、稀碱液构成的脱硫液。改进的ADA法脱硫可以用四个反响来概括。在脱硫塔内，当pH=,在被湿润的填料外表上，稀碱液NaCO水液吸收US,生成 NaHSNa2CO3+H2S=NaHS+

12、 NaHC3O在液相中NaHS被偏钒酸钠氧化成元素 S，偏钒酸钠复原成焦钒酸钠。2NaHS+4NaV3O+H2O=Na2V4O9+4NaOH+2S具有复原性的偏钒酸钠及氧化态ADA反响生成复原态的 ADA偏钒酸钠那么被ADA氧化成偏钒酸钠。NaA/4Q+2ADA氧化态+2NaOH+2O=4NaV+ADA复原态复原态的ADA在再生塔中被空气中的氧氧化成氧化态的ADA再生后的溶液循环用。ADA复原态+O=2ADA氧化态+2HOc. 优点最早的ADA法所需反响时间要半小时，因此设备庞大，硫容量低，副反响 多，脱硫效果差。改进的 ADA脱硫剂具有脱硫效率高、化学稳定性好、催化剂为 水溶性、对设备无腐蚀

13、，操作温度范围宽、再生时间短、易再生、无剧毒等优点d.工艺流程图3.2.3 HPAS 氧化 空气再生法HPAS氧化一空气再生法是以 NqPMgQ。和NaCI, NaCO，以及 NaNO组成的 混合物溶液为吸附剂， 在常温下将硫化氢转化为单质硫。 经过絮凝、 重力别离后 得到硫污泥。复原态HPAS在空气中氧的作用下转化为氧化态 HPAS并循环使用。b. 反响过程HPAS 法由脱硫和氧化再生两个过程组成脱硫过程如下：HPAS(ox)+H2S HPAS(re)+S再生过程如下：HPAS(re)+O2 HPAS(ox)+H2Oc. 特点在该方法中，在 HPAS 氧化空气再生法中，因 HPAS 具有适宜

14、的氧化复 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 进展回收利用， 复原态的 HPAS 能够通过空气中的氧气进展再生，脱硫效率平均 可达 95%。为了提高吸收剂的吸收效率和再生效率，需要参加少量的碳酸钠和氯 化钠。 此外， 吸收过程和再生过程几乎不受温度影响， 常温下即可完成并且具有 良好的吸收及再生速率；相较于其他湿法脱硫技术，HPAS 氧化空气再生法具有相对较高的单质硫产量。3.3 生物脱硫目前，传统的沼气脱硫工艺工业应用较多，但脱硫本钱高、易产生二次污染等问题的存制约了它的长远开展， 虽然研究人员积极研发新的湿法及干法脱 硫工艺， 但进展并不大。 以上原

15、因促使一种本钱低且二次污染少的新工艺产生， 生物脱硫作为一种设备简单、投资小、能耗低、二次污染少的脱硫工艺，逐渐受 到人们的关注。a. 原理生物脱硫是一种设立独立的脱硫单元，利用特定微生物将沼气中的H2S转化为单质硫或硫酸盐的脱硫方式。b. 生物脱硫过程1HS气体的溶解过程，即H2S气体由气相转移到液相；2液相蒸汽中的 H2S被微生物吸收，转移至微生物的体内；3转移至微生物体内的H2S作为营养物质被分解、转化、利用。c. 工艺流程图d. 常用微生物目前常用的脱硫微生物菌群大致分为两类：为光能自养型微生物及化能自养型微生物。常用的微生物有氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌、脱氮硫杆菌等硫杆菌属以及绿色

16、硫细菌等微生物 。4. 结论随时代的突飞猛进， 对于化工能源的需求日益增大。 而世界上的石油化工能 源表现出日益枯竭的态势， 化工能源危机不断的扩大。 而沼气作为可再生能源和 生物质能源的重要组成局部， 用途也越来越广， 因此越来越受到关注。 在沼气利 用过程中，因为沼气中含有害成分 HS,造成了设备的腐蚀和利用效率的降低，并且会造成大气环境的污染。因此 , 沼气无论工业还是民用过程中 , 都必须进展净 化预处理。随着我国不断的经济开展和能源建立， 都有利的推动了沼气工程的建立， 经 过研究人员不断的研究， 对于如何去除沼气中的H2S的工艺也越来越多，逐步研发一批低本钱、 低运行费 , 平安可靠、 自动化水平高的 , 具有自主知识产权的沼气 脱硫工艺及成套设备。参 考 文 献】1 吴檬檬，于干，林春绵 . 沼气脱硫技术研究进展 J. 可再生能源， 2021,30(10) ：73-74.2张全国 . 沼气技术及其应用M. 北京：化学工业出版社，2021.312-324.3张全国 . 沼气技术及其应用M. 北京：化学工业出版社，2021.324-334.4孙秋君， 陈晓哗， 朱建良，等. 沼气脱硫技术的研究进展J. 现在工业，2021，32(6) ：31-31.