沼氣作為一種新能源，應(yīng)用越來越廣泛。我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格規(guī)定，使用沼氣時，沼氣中的H2S含量不得超過20mg/m3。必須盡可能地去除工業(yè)和民用氣體中的H2S。

當(dāng)沼氣從厭氧發(fā)酵裝置中產(chǎn)生時，特別是在中高溫下發(fā)酵時，它攜帶大量的H2S。由于沼氣中仍有大量水蒸氣，水和沼氣中的H2S共同作用，加速了金屬管道、閥門、流量計的腐蝕和堵塞。此外，H2S燃燒后產(chǎn)生的SO2與燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣結(jié)合形成亞硫酸，對設(shè)備的金屬表面造成腐蝕，還污染大氣環(huán)境，影響人體健康。因此，在使用沼氣之前，必須除去其中的H2S。

工業(yè)上常用的沼氣脫硫方法有干法脫硫、濕法脫硫和生物脫硫。

干法脫硫

干法脫硫是一種簡單、高效、成本相對較低的脫硫方法，一般適用于沼氣量少、硫化氫濃度低的沼氣脫硫。沼氣干法脫除硫化氫(H2S)設(shè)備的基本原理是用O2將H2S氧化成硫或硫氧化物的方法，也可稱為干法氧化法。干法工藝設(shè)備的組成是在容器中放置填充物，填充物層包括活性炭、氧化鐵等。氣體以低流速從一端穿過容器中的填料層。硫化氫(H2S)被氧化成硫磺或氧化硫后，殘留在填料層中，凈化后的氣體從容器的另一端排出。

干法脫硫主要包括主體鋼結(jié)構(gòu)、脫硫劑填料、觀察窗、壓力表、溫度計等部件。脫硫塔通常設(shè)計為一用一備，可以交替使用，即一個脫硫，一個再生。含硫化氫(H2S)的沼氣從脫硫塔底部進(jìn)入，在通過脫硫填料層到頂部的過程中，H2S與脫硫劑發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng):

干法脫硫

**步:Fe2O3 H2O+3H2S = Fe2S3+4H2O(脫硫)

**步:fe2s 3+3/2o 2+3H2O = fe2o 3·H2O+2H2O+3s(再生)

含硫化氫的甲烷首先在底部入口處與負(fù)荷相對較高的脫硫劑反應(yīng)，負(fù)荷較低的脫硫劑層位于反應(yīng)器的上部。通過設(shè)計良好的沼氣空速和線速度，干法脫硫可以達(dá)到良好的精脫硫效果。

沼氣進(jìn)入干式脫硫塔前，應(yīng)設(shè)置冷凝水箱或沼氣顆粒過濾器。該裝置可以消除沼氣中含有的顆粒雜志，使沼氣在脫硫前含有一定的濕度。

當(dāng)觀察到脫硫劑變色或系統(tǒng)壓力損失過大時，應(yīng)交替使用另一個脫硫塔。目前脫硫塔內(nèi)進(jìn)行自然通風(fēng)，在沼氣放空后對脫硫劑進(jìn)行再生。當(dāng)再生效果不好時，應(yīng)將廢脫硫劑從塔底取出，而廢填料從底部排出，應(yīng)向反應(yīng)器中加入相同體積的新鮮脫硫填料。

濕法脫硫可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法和氧化法。而物理和化學(xué)方法都有硫化氫再處理的問題。氧化法以堿性溶液為吸收劑，氧載體為催化劑，吸收H2S并將其氧化成單質(zhì)硫。濕式氧化法將脫硫劑溶解在水中，液體進(jìn)入設(shè)備與沼氣混合。沼氣中的硫化氫(H2S)與液體反應(yīng)生成單質(zhì)硫吸收硫化氫，如氫氧化鈉、氫氧化鈣、碳酸鈉、硫酸亞鐵等。成熟的氧化脫硫法，脫硫效率高達(dá)99.5%以上。

濕法脫硫塔主體包括洗滌塔、硫化氫取樣及監(jiān)測系統(tǒng)、堿液配置罐、供水及軟化裝置、液位控制系統(tǒng)、支架及連接件。脫硫系統(tǒng)通過監(jiān)測硫化氫濃度和PH值實現(xiàn)全自動運行。

運行時，沼氣自下而上通過脫硫塔，Na2CO3溶液(或NaOH溶液)自上而下噴淋，使H2S氣體與堿液發(fā)生充分的化學(xué)反應(yīng)。

當(dāng)碳酸鈉(Na2CO3)用于脫硫時，主要發(fā)生以下反應(yīng):

H2S +碳酸鈉=亞硫酸氫鈉+碳酸氫鈉(1)

二氧化碳+碳酸鈉+ H2O =碳酸氫鈉(2)

因為沼氣含有大量的CO2，也會消耗堿液。系統(tǒng)應(yīng)能控制反應(yīng)條件(包括反應(yīng)溫度和PH值)，設(shè)定**反應(yīng)條件，并盡可能減少堿液的消耗。

生物脫硫技術(shù)包括生物過濾、生物吸附和生物滴濾。三個系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)，它們的微生物種群隨著環(huán)境的變化而變化。在生物脫硫過程中，被氧化的含硫污染物必須先被還原成硫化物或H2S，然后再被氧化成單質(zhì)硫才能被脫除。在大多數(shù)生物反應(yīng)器中，微生物種類主要是細(xì)菌，其次是真菌，很少有酵母。常用的細(xì)菌有氧化亞鐵硫桿菌、脫氮硫桿菌和硫桿菌。**成功的代表是氧化亞鐵硫桿菌，其生長是**的p。

h為2.0 ~ 2.2。

沼氣脫硫是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項新技術(shù)，在國外得到了廣泛的研究，并在應(yīng)用上取得了很大的進(jìn)展。國外有成熟的沼氣生物脫硫集成技術(shù)，主要有荷蘭帕克公司的殼牌-PAQ工藝，奧地利EnvironTec公司的生物濾池脫硫工藝等。這些工藝在中國也得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)生物脫硫技術(shù)仍處于研究階段。以奧地利EnvironTec生物脫硫技術(shù)為例，介紹沼氣生物脫硫技術(shù)。EnvironTec生物脫硫至今在全球已完成400多個工程案例，在中國也有很多工程案例。該技術(shù)已被證明是沼氣脫硫的**實用技術(shù)。典型案例表明，生物脫硫的綜合運行成本每立方米沼氣不到2分錢。

流程描述:

向含有硫化氫的甲烷中通入一定量的空氣，混合氣體通過EnvironTec生物脫硫塔去除硫化氫。反應(yīng)器內(nèi)部安裝了特殊的塑料填料，為脫硫菌的繁殖提供了充足的空間。營養(yǎng)液的循環(huán)使填料保持濕潤，補(bǔ)充脫硫菌生長繁殖所需的營養(yǎng)。專有菌株(如硫桿菌或硫桿菌)借助營養(yǎng)液在填料中繁殖。在這種情況下，它們從混合沼氣中吸收硫化氫，并將其轉(zhuǎn)化為元素硫，然后轉(zhuǎn)化為稀硫酸。

化學(xué)反應(yīng)式如下:H2S+2O2=H2SO42

產(chǎn)生的稀硫酸在營養(yǎng)液和自來水的緩沖和中和作用下一起排出系統(tǒng)，

重復(fù)這個過程。

1反應(yīng)塔5營養(yǎng)液供應(yīng)9熱交換器13營養(yǎng)液液位控制器

2包裝6稀釋水10氣體分析儀14空氣流量計

3沼氣入口7循環(huán)液11 pH控制器15營養(yǎng)液廢液出口

4空氣供應(yīng)8營養(yǎng)液泵12溫度計16安全流量控制開關(guān)

生物氣(3)進(jìn)入反應(yīng)器(1)的底部，從底部到頂部穿過填料層。空氣(4)通過變頻控制**添加。尾氣分析儀(10)監(jiān)測殘余氧氣濃度，并與鼓風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖。循環(huán)液由循環(huán)泵(8)循環(huán)噴射。液位開關(guān)(13)控制總體液位平衡。為了**細(xì)菌的**活性，采用熱交換器(9)和溫度監(jiān)控器(12)來調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)溫度。PH計(11)用于控制營養(yǎng)液的質(zhì)量(PH)。例如，當(dāng)pH值**設(shè)定值時，新鮮營養(yǎng)液(5)和稀釋水(6)自動加入脫硫塔，同時廢液(15)自動排出，液位保持平衡。

方法比較

干法脫硫的特點

①結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

②工作過程中無需人員值班，定時加油，一用一備，交替運行。

③使用新原料時脫硫率較高，但后期較低。

④與濕式相比，需要定期加油。

⑤運行成本高。

濕法脫硫的特點

①設(shè)備能長時間連續(xù)運行，連續(xù)脫硫。

(2)利用PH值保持脫硫效率，運行費用低。

(3)工藝復(fù)雜，需要專人值班。

④設(shè)備需要維護(hù)。

生物脫硫的特點

①高效:硫化氫去除率高達(dá)98.5%

②適應(yīng)性強(qiáng):硫化氫濃度可高達(dá)1.5% (15000ppm)。

③成本低:與其他脫硫技術(shù)相比，運行成本**。

④高安全性:提供多重安全保護(hù)裝置。

⑤無人值守:系統(tǒng)通過在線監(jiān)控系統(tǒng)自動運行。

⑤簡單維護(hù):少量維護(hù)工作(如定期校準(zhǔn)PH探頭)

脫硫劑的再生方法是:將失活的脫硫劑取出，均勻松散地攤放在平坦、干凈、向陽、通風(fēng)的地方，并經(jīng)常翻動脫硫劑，使其與空氣充分接觸，進(jìn)行氧化再生。