沼⽓提纯的三种⽅法
厌氧消化装置刚产出的沼⽓是含饱和⽔蒸⽓的混合⽓体，除含有⽓体燃料CH4和惰性⽓体CO2外，还含有⼀定⽐例
的H2S、H2O，少量的NH3，H2、N2、O2、CO和卤化烃。沼⽓的提纯是指沼⽓中CH4之外其他⽓体的去除。
⼀沼⽓提纯机理
概括起来，⽬前沼⽓提纯的机理有三⼤类，即化学吸收、物理提纯和⽣物脱除。 （1）化学吸收。⼀种化学吸收机理是采⽤胺、碱、醇等复合溶液吸收剂，利⽤酸碱中和反应吸收沼⽓中的CO2、H2S等酸性物质，同时也能吸收NH3等易溶于⽔、醇的⽓体。另⼀种化学吸收机理是采⽤⼲化学物质（如Fe2O3）作为吸收剂吸收杂质⽓体。化学吸收的吸收剂都可以通过装置的⾃净系统和再⽣系统释放出各种杂质和⽓体得到再⽣循环使⽤。
（2）物理提纯。通过此机理提纯沼⽓的主要是变压吸附法。利⽤吸附剂在不同压⼒条件下对不同⽓体吸附⼒不同的原理来分离沼⽓中的不同组份。沼⽓中的H2O、CO2、H2S等吸附容量较⼤的强吸附组分在⼀定压⼒下被吸附剂吸附停留在床层中，⽽较⼩吸附容量的弱吸附组分N2、CH4等从床层出⼝输出，从
⽽实现了对沼⽓的提纯。
（3）⽣物脱除。在⼀定的条件下利⽤微⽣物⽣长繁殖需要沼⽓中某些杂质⽓体作为营养物质，从⽽实现对沼⽓的提纯。 现阶段，物理化学法已被⼴泛地应⽤且积累了丰富的经验。但该⽅法存在运⾏费⽤⾼、投资⼤、再⽣困难、产⽣⼆次污染等缺点。⽣物法具有不需催化剂和氧化剂、不需处理化学污泥、少污染、低能耗、⾼效率、可回收单质硫等优点，正在成为沼⽓脱硫领域的发展趋势。 ⼆沼⽓提纯⽅法
沼⽓提纯的程度取决于沼⽓的⽤途。沼⽓供热需要脱H2S、H2O，沼⽓发电需要脱H2S、H2O、有机卤化物，沼⽓作汽车燃料需要脱H2S、H2O、有机卤化物、CO2，沼⽓并⼊天然⽓⽹需要脱H2S、H2O、有机卤化物、CO2以及⾦属。沼⽓中不同组分脱除的具体⽅法见表1。板簧
堆芯三常⽤的沼⽓提纯技术
不管是什么⽤途，沼⽓中的H2O 和H2S都要脱除。本⽂就沼⽓脱H2O和脱H2S常⽤的技术详述如下。
（1）脱H2O双人雨披
脱H2O是因为导⽓管中如果积累了⽔会溶解H2S腐蚀管道，此外当沼⽓被加压储存时，沼⽓中的⽔会凝结冻坏储⽓罐。发酵装置出来的沼⽓中所含的⽔分形式是饱和⽔蒸⽓，⼀般采⽤冷分离法将其除去。通过调整压⼒引起混合⽓体温度发⽣变化，使⽔蒸⽓从⽓态冷凝为液态的⽔后，将其从沼⽓中脱除。此法经济简单，被⼤多数沼⽓⼯程所采⽤。
沼⽓冷却的⽅式有⾃然降温及机械脱⽔两种。冷却温度还要考虑下⼀步脱硫过程中不同脱硫剂对⽔分量的要求，根据脱硫剂的⽔分合理量进⾏适当的初步冷却。
在沼⽓输送过程中，还有⼀部分⽔要析出。为了避免析出的⽔分腐蚀或堵塞管道，常在管路的最低处安装集⽔器，定期排除集⽔器中的⽔。
（2）脱H2S
脱H2S是为了避免H2S腐蚀设备、H2S中毒和如果沼⽓燃烧H2S被氧化成SO2或SO3造成更⼤的危害。
总结出来的8种H2S脱除⽅法可以分为物理提纯、化学净化和⽣物吸收。现就3种机理中常⽤的⽅法分析如下。
①活性炭吸附⼯艺。在变压吸附系统中H2S可以通过⽤KI浸泡过的活性炭去除。此过程中，H2S被转
化为单质S和H2O，单质S就被活性炭吸收了。在连续运⾏的情况下，系统要包含两个吸附装置。如果活性炭上H2S的浓度超过3ppm，需要进⾏再⽣。
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②氧化铁吸收⼯艺。通过氧化铁来吸收沼⽓中的H2S，此⼯艺的脱硫原理如下：
Fe2O3?H2O+H2→Fe2S3?H2O+3H2O （1）
此反应是放热反应，最低温度要求12℃，最佳反应温度为25℃～50℃。所以，实际⼯程运营中，需要加热来达到最佳反应温度。另外，H2S的脱除是通过在活性氧化铁表⾯的⽔膜中离解成H+和S2+后，再进⾏化学反应。因为此反应需要⼀定量的⽔，⼀般要将脱硫剂的⽔分含量控制在10%～15%。所以沼⽓在前⾯的脱⽔过程中温度不能太低，⽔分不能脱除得太多，但也应避免⽣成的冷凝⽔使球状氧化铁粘在⼀起，减少了反应表⾯，从⽽影响脱硫效果。
此法的脱硫⼯艺中产⽣的硫化铁可以被空⽓氧化再⽣，⽣成氧化铁和单质S。此⼯艺的反应原理如下，
Fe2S3?H2O+3/2O2→Fe2O3+3S+609kJ （2）
从反应式可以看出，再⽣过程中会放出⼤量的热，因此常常会发⽣⾃燃。为防⽌脱硫剂⾃燃，⼀般需要对卸除的废脱硫剂喷洒少量⽔。另外，在经过很多次重复使⽤后，氧化铁的表⾯上会覆盖⼀层硫单
质，所以就需要更换氧化铁。通常⼀个装置中要配有两个反应床，⼀个进⾏脱硫时，另⼀个可以进⾏再⽣。
在⽬前的畜禽养殖场沼⽓⼯程中，氧化铁吸收⼯艺被称为⼲法脱硫。另外有⼀种常⽤的湿法脱硫。湿法脱硫的脱硫剂多⽤浓度为2%～3%的碳酸钠溶液。此两⽅法的脱硫剂都可以再⽣。
③⽣物脱硫法。该法是利⽤⽆⾊硫细菌，如氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌等，在⼀定的温度、湿度和微氧的条件下，将H2S氧化成单质S或H2SO3。脱硫机理为：①H2S⽓体溶解，即由⽓相转化为液相；②溶解后的H2S被微⽣物吸收，转移⾄微⽣物体内；③进⼊微⽣物细胞内的H2S作为营养物被微⽣物分解、转化和利⽤，从⽽达到去除H2S的⽬的。其反应⽅程式如下：防粘贴
2H2S+3O2→2H2SO3（3）
2H2S+ O2→2S+2H2O （4）
⼤部分的硫氧化细菌都属于硫杆菌属。硫杆菌随处可见，⽤来脱除H2S并不需要接种。另外，⼤多硫杆菌是⾃养的，厌氧消化物的表⾯可以提供给它们⼀个⽣长所需的微观好氧环境和必需的营养。所以，运⽤⽣物法脱硫，直接往厌氧消化罐或储⽓罐中通⼊⼀定量的O2或空⽓并保持⼀定时间即可，⽅法⽐较简单。适当的温度、反应时间和空⽓量可以使沼⽓中的H2S含量减少⾄50ppm。
微区扫描电化学工作站
在实际运⽤中，沼⽓中通⼊O2或空⽓的量根据沼⽓中H2S的含量确定，⼀般为2％～6％的空⽓。对于不同甲烷含量的沼⽓，空⽓中的爆炸范围不同，所以必需采取⼀定的安全措施避免沼⽓中通⼊过量的空⽓引起爆炸。同时，⽣物脱硫也存在过程不容易控制、脱除出来的单质S容易堵塞填料及损害曝⽓头等缺点。
四脱硫⽅案选择
沼⽓⼯程在实际运⾏中，多采⽤化学法或⽣物法脱除沼⽓中的H2S。两种脱硫⽅法的对⽐可得出以下结论。⼩型沼⽓⼯程采⽤化学脱硫法⽐较实⽤；⼤中型沼⽓⼯程更应采⽤⽣物脱硫法；⼯程上采⽤⽣物——化学联合⼯艺处理⾼H2S浓度的沼⽓是⼀种⾏之有效的⽅案。
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