技術 | 幾種沼氣提純精制生物天然氣脫硫技術的介紹
導LEAD語
 
河南沼氣設備廠家之鑒于全球化石燃料所面臨的枯竭危機，對生物質燃料的開發和應用已經成為各國關注的重點。其中，沼氣和生物天然氣作為可再生能源，具有利用成本低、對環境沒有污染的特點，是替代常規化石能源的環保燃料。隨著大型沼氣、生物天然氣工程的快速發展，沼氣脫硫提純為高附加值生物燃氣的需求日益迫切，沼氣凈化提純技術得到了不同程度的應用和發展。
 
通過去除沼氣中的雜質，來對沼氣進行凈化提純，提純后的甲烷氣體濃度和燃燒熱值，即可替代天然氣用作城市管道燃氣或者用作車用燃氣，能夠節約和替代大量化石能源，減少污染物和溫室氣體排放，大大提高了沼氣工程的經濟效益和沼氣的深度利用。

 
 
一沼沼氣凈化提純技術利用現狀 
 
沼氣中含有硫化氫，分子式為H2S，硫化氫為易燃危化品，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，加上硫化氫遇水后會對鋼材產生較強的腐蝕特性，因此沼氣提純精制生物天然氣的預處理工序的核心即是脫除硫化氫。
 
不同的有機廢棄物在厭氧狀態下產生的沼氣中的硫化氫濃度有高有低，差異比較大。造紙工業、發酵工業等由于在生產過程中有含硫的介質加入，生產廢水產生的沼氣含硫化氫的濃度便比較高。如造紙行業的沼氣可高達10000-35000ppm，淀粉工業沼氣一般在10000ppm左右，生活垃圾填埋沼氣則由于產生過程中相對較少有硫介質參與，因此硫化氫含量較低，一般在1000ppm以內。
 
在我國，目前沼氣的生產加工技術和商業化運行系統也已經逐漸成熟，通過自主創新、引進并消化吸收了國外成熟**的高含固量的有機廢棄物厭氧消化技術，其中以谷物秸稈、畜禽糞便、城市有機垃圾為處理對象的大型沼氣工程也取得了突破性進展，因此，相應的沼氣凈化提純工藝技術也得到發展，形成了一系列相對比較成熟的技術。
 
 
 
二沼沼氣提純精制生物天然氣脫硫技術 
 
國內外用于沼氣脫硫的常見工藝有干法脫硫、PSA脫硫、化學法脫硫、生物脫硫、膜分離法脫硫等。而在沼氣提純精制生物天然氣領域，主要有活性碳系或氧化鐵系干法脫硫、堿洗脫硫、生物脫硫。其中，生物脫硫因為向原料氣中引入了氧氮等雜質氣體，因此只能用于沼氣發電而不能用于沼氣精制，以下就對沼氣提純中的脫硫技術及其特點進行說明：
 
 
 
1 
干法脫硫
 
 
干法脫硫是通過固體脫硫劑將氣態硫化物轉化為固體硫化物，該法特點是設備制造簡單、操作簡便，凈化度較高，脫硫劑可再生。但缺點是價值很低，達到飽和硫容后就須更換。通常用于氣量小、硫化氫含量低，需要深度脫硫的氣體脫硫，且對氣溫和水份有一定的要求。脫硫劑通常分為活性碳系、氧化鐵系、鋅錳系幾類。脫硫塔多為固定床層，多塔串聯使用，用過的脫硫劑可通過摻煤燃燒或廠家回收處理再利用。
 
 
 
2 
PSA和膜分離法脫硫
 
 
變壓吸附(PSA)的原理是以吸附劑對不同的氣體在不同的壓力下，氣體吸附速率和量的不同而實現氣體的分離。膜分離法則是利用氣體分子大小不同能選擇性透過膜和不同氣體穿透速率不同而實現氣體的分離。這兩種方法分離出的硫化氫都需要再處理，同時對甲烷氣帶來較大的損失。
 
另外，膜分離法中使用的膜要經常更換，運行成本較高，而變壓吸附劑和化學吸收劑可循環使用，因此，變壓吸附法相對于膜分離技術的實際應用更廣。
 
 
 
3 
堿洗脫硫
 
 
堿洗脫硫是指采用堿液循環使用進行脫硫，根據再生方法不同可分為：化學法和生物法。兩種方式在脫硫、硫磺處理、配堿等工序上均相同，其中采用催化劑再生的工藝叫化學再生脫硫，采用生物菌再生的工藝叫生物再生脫硫。
 
除了再生方式不同之外，這兩種方法主要的應用領域也各自不同，其中生物再生式堿洗脫硫工藝在沼氣發電氣體預處理工序中有一定的應用，在沼氣精制天然氣的氣體脫除硫化氫實際項目中則尚未應用，化學再生法相對而言應用則更廣一些。
 
 
 
4 
生物脫硫
 
 
生物脫硫工藝是一種新型的脫硫工藝，越來越受到企業的歡迎。生物脫硫的基本原理是利用硫桿菌屬和絲硫茵屬類微生物代謝的作用，將硫化氫與氧氣合成為硫酸鹽進而除去沼氣中的硫氫，脫硫產物為硫酸鹽。
 
雖然其使用較為便捷，運行成本較低，但由于脫硫過程中同時引入了雜質氣體，在后續工序中無法去除，同時生物脫硫剛剛起步，技術還不成熟，大多使用進口技術和設備，因此投資成本相對較高，大約為常規干法脫硫的3～5倍。
 
 
 
三沼沼氣提純精制天然氣脫硫技術的選擇 
 
沼氣提純精制天然氣中脫硫技術路線的選擇應重點考慮硫化氫濃度、處理規模、濃度波動范圍、處理費用等幾個方面。當硫化氫濃度較高及處理規模較大時，易采用堿洗生物再生脫硫技術和或堿洗催化再生脫硫技術。在運行成本面前相對后者較低，但在抗濃度變化沖擊方面，后者又優于前者，同時在投資方面，后者也優于前者。
 
近幾年，國內少數企業和科研機構合作研究，根據沼氣項目及沼氣中硫化氫的特性，對堿洗催化再生脫硫技術進行了大量富有成效的改進和提升，特別是解決了像堵塔、再生效果不好、單質硫不易拿出等高濃度硫化氫脫除上的難題。
 
干法脫硫、PSA和膜法脫硫多適用于硫化氫初脫后的精脫硫，或氣量比較小、硫化氫濃度比較低的沼氣精制項目； 生物脫硫雖然運行成本比較低，但因為引入了大量的氮氧等雜質氣體而不宜在沼氣精制天然氣領域應用。
 
結語
生物質能源化產業是橫跨新能源和節能環保兩大領域的戰略性新興產業，符合我國的環境保護、循環經濟和新能源戰略的重點發展方向。隨著我國天然氣使用比重不斷提高，國家有關扶持和支持政策不斷出臺，具有環保和能源雙重屬性的沼氣精制生物天然氣技術越來越受到關注，而能夠實現其大規模化應用的關鍵就在于如何有效利用沼氣提純精制生物天然氣脫硫技術。
 
因此，需要根據不同應用項目的特點和條件，綜合考慮技術成熟度、運行成本、投資等多方面因素，選擇經濟適宜的沼氣提純精制天然氣脫硫技術。
 
（參考資料：魏巍《沼氣凈化提純工藝的應用技術》，李梁《沼氣提純精制生物天然氣脫硫技術》；圖片源于網絡）
來源：@沼氣圈

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