沼气脱硫技术报告
一、沼气成分介绍
沼气是一种混合气体，一般含CH4为 60％-70％，CO2为30％-40％，部分 H2S、水汽、NH3以及少量的SO2、H2、N2、CO、卤代烃等杂质，其中H2S的危害较大，影响了沼气的回收利用。
沼气用途不同，对H2S含量的要求也不同。相关国家及行业标准规定：若利用沼气发电，则H2S的浓度需小于等于200-300 mg/m3；若将沼气作为车用燃料或并入燃气管网，则H2S浓度需小于等于15 mg/m3。沼气中H2S的质量浓度一般为1-12 g/m3，远远超过标准中的规定，若不进行预处理，H2S会腐蚀金属管道、仪器仪表，而且产生的SO2等有害气体会污染环境。因此，沼气在综合利用之前必须进行H2S脱除。
二、沼气脱硫工艺介绍
沼气脱硫一般可分为干法、湿法和生物法。干法和湿法属于传统的化学方法，是目前沼气脱硫的主要手段；生物脱硫是利用微生物的代谢作用将沼气中的H2S转化为单质硫或硫酸盐，可实现环保和低成本脱硫。
1、干法脱硫
干法脱硫是用粉状或颗粒脱硫剂来脱除H2S，其反应在完全干燥的状态下进行。干法脱硫常用于低含硫气体的处理。一定程度上，该法比较适用于H2S含量较低的沼气净化。常用的干法脱硫方法为氧化铁气体净化法。
1.1反应原理
常压氧化铁法选用经过氧化处理的铸铁屑作脱硫剂，用木屑作为疏松剂，放在脱硫箱中，厚约0.3-0.8m。气体以0.4-0.6m/min的速度通过。当沼气中硫化氢含量较低时，气速可适当提高，接触时间一般为2-3min。硫化氢被铁屑吸收，沼气得以净化，其反应式如下：
Fe2O3·3H2O+3H2S→Fe2S3+6H2O Fe2O3·3H2O+3H2S2→FeS+S+6H20
脱硫剂可以循环使用。脱硫剂再生的原理是使硫化铁与O2接触，经反应生成单体S和Fe2O3，再生的Fe2O3可继续使用，反应式如下：
2Fe2S3+3O2→2Fe2O3+6S 4FeS+3O2→2Fe2O3+4S
将含有硫化铁的脱硫剂取出，洒上水，接触空气使其氧化，即可再生利用。当脱硫剂中硫未达到30%时，脱硫剂可进行再生；若脱硫剂硫容超过30%时，就要更新脱硫剂。 1.2反应特点
氧化铁脱硫法一般采取两组吸收塔，以便交换使用，且脱硫装置前应有凝结水疏水器。此法具有设备少，投资低，操作简单，占地面积小，净化度高等特点。
2、生物脱硫
生物脱硫是利用微生物的代谢作用，通过“硫化氢溶解-微生物吸收-微生物分解转化”三个阶段，实现沼气中的硫化物转化为单质硫或硫酸盐，最终达到去除H2S的目的。此工艺以其设备简单、操作
性强、过程控制容易、能耗低、产生二次污染少，尤其适合处理低浓度气态污染物的特点。 2.1 生物脱硫原理
生物脱硫过程中应用到的脱硫微生物菌群大致分两种：光能自养型细菌和化能自养型细菌。
光能自养型细菌中常用的是绿色硫细菌。在厌氧光照条件下，绿色硫细菌以H2S为供氢体，还原CO2合成菌体细胞物质，将H2S氧化成单质硫并释放在细胞外。
2nH2S+nCO2→ 2nS+n(CH2O)+nH2O
因产生的硫粒会使废水变浑浊，降低了水的透光率，脱硫效率并不是很高。此外，光照过剩导致硫酸根的生成。因此，在采用绿2色硫细菌脱硫过程中必须严格控制反应条件。
2?n??2??+2??????2+2????2??→ ??S??4+2n(C??2O)+2n??+
光能光能
化能自养型微生物以CO2为碳源，同时在氧化硫化物的过程中获得能量。化能自养型微生物将硫化物转化为单质硫既可以在有氧条件下进行，也可在无氧条件下进行。在有氧条件下，氧作为电子受体；无氧条件下利用硝酸盐作为电子受体发生氧化还原反应。在氧为生化反应的限制因素时，单质硫为主要产物；当S2-为生化反应的限制因素时，SO42-为主要产物。化能自养型脱硫细菌中以脱氮硫杆菌的使用最为广泛。
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??2??+????2+营养物质+??2→ 生物能+S或S??4+??2??
化能自养微生物
2.2 生物处理工艺
目前常用的化能型脱硫反应器有生物洗涤器、生物滤池和生物滴滤池3种。生物滤池用来处理气量大、浓度低的废气；而对于气量较小且浓度大的废气宜采用生物滴滤池处理。 2.2.1 生物滤池
生物滤池是一种气液固三相反应器，当含硫气体预湿后从底部通入时，附着在滤床上的微生物与H2S反应完成脱硫过程。生物滤池的特点是生物相和液相都是不流动的，运行和启动较容易，但填料需定期更换，滤料也易堵塞影响处理效果，见图 1。
图1 生物滤池
2.2.2 生物滴滤池
生物滴滤池处理法是介于生物滤池和生物洗涤器之间的一种处理技术，在该反应器内同时完成H2S的吸收和降解过程。营养液从滴滤池上部喷淋在惰性填料上，经过微生物作用由底部排出并循环利用，净化后的气体从池顶排出，见图2。生物滴滤塔要求混合液循环连续流过填充床，以防止填料干燥，这点与生物滤池的间断运行是不同的。
图2 生物滴滤池
生物滴滤池常用于负荷较高的场合，但系统操作复杂，当进气中的H2S浓度过高时，会对载体上的微生物产生抑制作用。H2S被氧化的产物大部分是SO42-，很少有单质S产生，因此对环境造成二次污染。 2.2.3 生物洗涤器
生物洗涤器去除H2S主要包括H2S的吸收和生物氧化两个过程。 整个洗涤过程包括H2S在气液接触塔中被吸收，然后在曝气池中被硫细菌氧化为硫酸盐。在国外很多工厂已利用谢尔-帕克脱硫技术工艺用于天然气脱硫的工业应用。
谢尔-帕克脱硫技术其反应的基本原理是将含H2S的沼气和含有化能自养型微生物的苏打水溶液进行接触，H2S被碱性溶剂吸收后，经微生物催化生成元素硫或硫酸盐。生物反应器内主要反应如下： A、吸收阶段：
H2S+OH-→HS-+H2O H2S+CO32-→HS-+HCO3-
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