沼气作为一种新兴能源其应用越来越广泛，在我国环保标准中严格规定，利用沼气能源时，沼气气体中H2S 含量不得超过20mg/m3 。无论在工业或民用气体中，都必须尽可能的除去H2S。

沼气从厌氧发酵装置产出时，特别是在中温或高温发酵时，携带有大量的H2S 。由于沼气中还有大量的水蒸汽存在，水与沼气中的H2S 共同作用，加速了金属管道、阀门和流量计的腐蚀和堵塞。另外， H2S 燃烧后生成的SO2 ，与燃烧产物中的水蒸气结合成亚硫酸，使设备的金属表面产生腐蚀，并且还会造成对大气环境的污染，影响人体健康。因此，在使用沼气之前，必须脱除其中的H2S 。

业内常用的沼气脱硫方法有：干法脱硫、湿法脱硫、生物法脱硫等几种脱硫方法。

脱硫原理

干法脱硫

 

干发脱硫是一种简易、高效、相对低成本的脱硫方式，一般适合用于沼气量小，硫化氢浓度低的沼气脱硫。干法脱除沼气气体中硫化氢（H2S）的设备基本原理是以O2使H2S 氧化成硫或硫氧化物的一种方法，也可称为干式氧化法。干法设备的构成是，在一个容器内放入填料，填料层有活性炭、氧化铁等。气体以低流速从一端经过容器内填料层，硫化氢（H2S）氧化成硫或硫氧化物后，余留在填料层中，净化后气体从容器另一端排出。

干式脱硫主要包括主体钢结构、脱硫剂填料、观察窗、压力表、温度表等组件。脱硫塔通常设计为一用一备，交替使用，即一个脱硫，一个再生。　含有硫化氢(H2S)的沼气进入脱硫塔底部，在穿过脱硫填料层到达顶端的过程中，H2S与脱硫剂发生以下的化学反应：

干法脱硫

干法脱硫

第一步: Fe2O3 · H2O + 3 H2S = Fe2S3 + 4 H2O （脱硫）

第二步: Fe2S3 +3/2 O2 + 3 H2O = Fe2O3 · H2O + 2 H2O + 3 S（再生）

含有硫化氢的沼气首先与底部入口处荷载相对高的脱硫剂反应，反应器上部是负载低的脱硫剂层，通过设计良好的沼气空速和线速，干式脱硫能到达良好的精脱硫效果。

在沼气进入干式脱硫塔之前，应设置有冷凝水罐或沼气颗粒过滤器。该装置可以消除沼气中夹杂的颗粒杂志，并使得沼气在进入脱硫前含有一定湿度。

当观察到脱硫剂变色，或系统压力损失过大时，应交替使用另一个脱硫塔。当前的脱硫塔在沼气放空后，进行自然通风，对脱硫剂进行再生。当再生效果不佳时，应从塔体底部将废弃的脱硫剂排除，在底部排放废弃填料的同时，相同体积的新鲜脱硫填料加入反应器中。

湿法脱硫

 

湿法脱硫可以归纳分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法三种。物理和化学方法存在硫化氢再处理问题，氧化法是以碱性溶液为吸收剂，并加入载氧体为催化剂，吸收H2S，并将其氧化成单质硫，湿法氧化法是把脱硫剂溶解在水中，液体进入设备，与沼气混合，沼气中的硫化氢（H2S）与液体产生氧化反应，生成单质硫吸收硫化氢的液体有氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、硫酸亚铁等。成熟的氧化脱硫法，脱硫效率可达99.5%以上。

在大型的脱硫工程中，一般采用先用湿法进行粗脱硫，之后再通过干法进行精脱硫。

湿法脱硫塔主体包括洗涤塔、硫化氢采样与监测系统、碱液配置槽、供水软水装置、液位控制系统、支撑件和连接件。脱硫系统通过对出气硫化氢浓度的监控以及PH值监控，实现全自动运行。

运行时，沼气由下至上通过脱硫塔，Na2CO3溶液（或NaOH溶液）从顶部向下喷淋，使得H2S气体与碱液发生了充分的化学反应。

 

碱液存储在脱硫塔的下方，通过计量泵自动添加，计量泵的添加控制通过对出气H2S浓度的监控自动运行。

当采用碳酸钠（Na2CO3）试剂脱硫时，主要发生如下反应：

H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3 ( 1 )

CO2 + Na2CO3+ H2O = 2 NaHCO3 ( 2 )

由于沼气中含有的大量CO2成分，同样会消耗碱液。 系统应能对反应条件（包括反应温度、PH值）等进行控制，设置最优反应条件，尽可能地减少碱液的消耗量。

生物脱硫

 

生物脱硫技术包括生物过滤法、生物吸附法和生物滴滤法，三种系统均属开放系统，其微生物种群随环境改变而变化。在生物脱硫过程中，氧化态的含硫污染物必须先经生物还原作用生成硫化物或H2S然后再经生物氧化过程生成单质硫，才能去除。在大多数生物反应器中，微生物种类以细菌为主，真菌为次，极少有酵母菌。常用的细菌是硫杆菌属的氧化亚铁硫杆菌，脱氮硫杆菌及排硫杆菌。最成功的代表是氧化亚铁硫杆菌，其生长的最佳pH值为2.0～2.2。

 

沼气生物脱硫是20世纪90年代发展起来的新技术，在国外已得到了广泛研究，在应用方面也取得了很大进展。国外已有较成熟的沼气生物脱硫集成技术，主要包括荷兰帕克公司的壳牌-帕克工艺（shell-PAQ工艺）、奥地利英环（EnvironTec）生物滤池脱硫工艺等，这些工艺在国内也得到了较广泛应用。国内的生物脱硫技术目前还处于研究阶段。下面以奥地利英环EnvironTec 生物脱硫技术为例，介绍一下沼气生物脱硫工艺。EnvironTec生物脱硫在全球迄今已完成400多个工程案例，在国内也有不少工程案例，该技术被证明是沼气脱硫的最佳实践技术，一个典型的案例表明，生物脱硫的综合运行成本低于每立方沼气2分钱。

工艺描述：

将一定量的空气导入含有硫化氢的沼气中，混合气体通过EnvironTec生物脱硫塔去除硫化氢。在反应器内部安装有特殊的塑料填料，它们为脱硫细菌繁殖提供充分的空间。营养液的循环使填料保持潮湿状态，并且补充脱硫细菌生长繁殖所需的营养。专属菌种（如丝硫菌属或者硫杆菌属），借助营养液在填料中繁殖。在这种情况下，他们从混合沼气中吸收硫化氢，并将他们转化为单质硫，进而转化为稀硫酸，

化学反应式如下：H2S +2O2=H2SO42

 

H2S + O2 =2 S + 2H2OS + H2O + 1.5 O2=H2SO4

生成的稀硫酸在营养液和自来水的缓冲中和作用下，一起排出系统，

此过程周而复始。

1 反应塔 5 营养液供应 9 热交换器 13 营养液液位控制器

2 填料 6 稀释用水 10 气分析仪 14 空气流量计

3 沼气入口 7 循环液 11 pH 控制仪 15 营养液废液排出口

4 空气供应 8营养液泵 12 温度计 16安全流量控制开关

沼气（3）进入反应器（1）底端，并从底端穿过填料层到达顶部。空气（4）通过变频控制精确添加。尾气成分分析仪（10）对余氧浓度监控并与空气风机连锁。 循环液通过循环泵（8）循环喷淋。液位开关（13）控制整体的液位平衡。为了保证细菌的最佳活性，采用热交换器（9）和温度监测（12）对系统温度调节控制。PH仪（11）用于控制营养液的质量（酸碱度），例如当PH低于设定值时，新鲜的营养液（5）和稀释用水（6）自动加入脱硫塔中，在此同时，废液（15）自动排出，并保持液位平衡。

 

干法、湿法、生物脱硫的比较

 

干法脱硫的特点

 

①结构简单，使用方便。

②工作过程中无需人员值守，定期换料，一用一备，交替运行。

③脱硫率新原料时较高，后期有所降低。

④与湿式相比，需要定期换料。

⑤运行费用偏高。

湿法脱硫的特点

 

①设备可长期不停的运行，连续进行脱硫。

②用PH值来保持脱硫效率，运行费用低。

③工艺复杂需要专人值守。

④设备需保养。

生物脱硫的特点

 

①高效率： 硫化氢去除率高达98.5%

②高适应范围： 可处理硫化氢浓度高达1.5% （15000ppm）

③低成本： 与其它脱硫技术相比，运行成本最低

④高安全性: 设有多重的安全保护装置

⑤无人值守： 系统通过在线监测系统全自动运行

⑤维护简单： 少量的维护工作（如定期校正PH探头）

 

脱硫方式	初始投资	运行费用	管理维护	适用范围
干式脱硫	低	脱硫剂更换费用，中等费用。	脱硫剂更换频繁；塔体潜在腐蚀问题	精细脱硫，适于沼气流量小，硫化氢浓度低的进气
碱洗脱硫	中等	消耗药剂费用高	自动化控制，需要人工加药	适合用于沼气流量大，硫化氢浓度高的进气。如20000ppm以上进气浓度
生物脱硫	中等	低，处理每方沼气不到2分钱	全自动化运行，日常维护简单	最适合中等规模的沼气脱硫（200－2000Nm³/h，硫化氢初始浓度在2000ppm- 10000ppm）