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技术 | 几种沼气提纯精制生物天然气脱硫技术的介绍

作者:admin 发布日期: 2019-07-31 二维码分享
技术 | 几种沼气提纯精制生物天然气脱硫技术的介绍
导LEAD语
 
河南沼气设备厂家之鉴于全球化石燃料所面临的枯竭危机,对生物质燃料的开发和应用已经成为各国关注的重点。其中,沼气和生物天然气作为可再生能源,具有利用成本低、对环境没有污染的特点,是替代常规化石能源的环保燃料。随着大型沼气、生物天然气工程的快速发展,沼气脱硫提纯为高附加值生物燃气的需求日益迫切,沼气净化提纯技术得到了不同程度的应用和发展。
 
通过去除沼气中的杂质,来对沼气进行净化提纯,提纯后的甲烷气体浓度和燃烧热值,即可替代天然气用作城市管道燃气或者用作车用燃气,能够节约和替代大量化石能源,减少污染物和温室气体排放,大大提高了沼气工程的经济效益和沼气的深度利用。

 
 
 
一沼沼气净化提纯技术利用现状 
 
沼气中含有硫化氢,分子式为H2S,硫化氢为易燃危化品,与空气混合能形成爆炸性混合物,遇明火、高热能引起燃烧爆炸,加上硫化氢遇水后会对钢材产生较强的腐蚀特性,因此沼气提纯精制生物天然气的预处理工序的核心即是脱除硫化氢。
 
不同的有机废弃物在厌氧状态下产生的沼气中的硫化氢浓度有高有低,差异比较大。造纸工业、发酵工业等由于在生产过程中有含硫的介质加入,生产废水产生的沼气含硫化氢的浓度便比较高。如造纸行业的沼气可高达10000-35000ppm,淀粉工业沼气一般在10000ppm左右,生活垃圾填埋沼气则由于产生过程中相对较少有硫介质参与,因此硫化氢含量较低,一般在1000ppm以内。
 
在我国,目前沼气的生产加工技术和商业化运行系统也已经逐渐成熟,通过自主创新、引进并消化吸收了国外成熟先进的高含固量的有机废弃物厌氧消化技术,其中以谷物秸秆、畜禽粪便、城市有机垃圾为处理对象的大型沼气工程也取得了突破性进展,因此,相应的沼气净化提纯工艺技术也得到发展,形成了一系列相对比较成熟的技术。
 
 
 
二沼沼气提纯精制生物天然气脱硫技术 
 
国内外用于沼气脱硫的常见工艺有干法脱硫、PSA脱硫、化学法脱硫、生物脱硫、膜分离法脱硫等。而在沼气提纯精制生物天然气领域,主要有活性碳系或氧化铁系干法脱硫、碱洗脱硫、生物脱硫。其中,生物脱硫因为向原料气中引入了氧氮等杂质气体,因此只能用于沼气发电而不能用于沼气精制,以下就对沼气提纯中的脱硫技术及其特点进行说明:
 
 
 

干法脱硫
 
 
干法脱硫是通过固体脱硫剂将气态硫化物转化为固体硫化物,该法特点是设备制造简单、操作简便,净化度较高,脱硫剂可再生。但缺点是价值很低,达到饱和硫容后就须更换。通常用于气量小、硫化氢含量低,需要深度脱硫的气体脱硫,且对气温和水份有一定的要求。脱硫剂通常分为活性碳系、氧化铁系、锌锰系几类。脱硫塔多为固定床层,多塔串联使用,用过的脱硫剂可通过掺煤燃烧或厂家回收处理再利用。
 
 
 

PSA和膜分离法脱硫
 
 
变压吸附(PSA)的原理是以吸附剂对不同的气体在不同的压力下,气体吸附速率和量的不同而实现气体的分离。膜分离法则是利用气体分子大小不同能选择性透过膜和不同气体穿透速率不同而实现气体的分离。这两种方法分离出的硫化氢都需要再处理,同时对甲烷气带来较大的损失。
 
另外,膜分离法中使用的膜要经常更换,运行成本较高,而变压吸附剂和化学吸收剂可循环使用,因此,变压吸附法相对于膜分离技术的实际应用更广。
 
 
 

碱洗脱硫
 
 
碱洗脱硫是指采用碱液循环使用进行脱硫,根据再生方法不同可分为:化学法和生物法。两种方式在脱硫、硫磺处理、配碱等工序上均相同,其中采用催化剂再生的工艺叫化学再生脱硫,采用生物菌再生的工艺叫生物再生脱硫。
 
除了再生方式不同之外,这两种方法主要的应用领域也各自不同,其中生物再生式碱洗脱硫工艺在沼气发电气体预处理工序中有一定的应用,在沼气精制天然气的气体脱除硫化氢实际项目中则尚未应用,化学再生法相对而言应用则更广一些。
 
 
 

生物脱硫
 
 
生物脱硫工艺是一种新型的脱硫工艺,越来越受到企业的欢迎。生物脱硫的基本原理是利用硫杆菌属和丝硫茵属类微生物代谢的作用,将硫化氢与氧气合成为硫酸盐进而除去沼气中的硫氢,脱硫产物为硫酸盐。
 
虽然其使用较为便捷,运行成本较低,但由于脱硫过程中同时引入了杂质气体,在后续工序中无法去除,同时生物脱硫刚刚起步,技术还不成熟,大多使用进口技术和设备,因此投资成本相对较高,大约为常规干法脱硫的3~5倍。
 
 
 
三沼沼气提纯精制天然气脱硫技术的选择 
 
沼气提纯精制天然气中脱硫技术路线的选择应重点考虑硫化氢浓度、处理规模、浓度波动范围、处理费用等几个方面。当硫化氢浓度较高及处理规模较大时,易采用碱洗生物再生脱硫技术和或碱洗催化再生脱硫技术。在运行成本面前相对后者较低,但在抗浓度变化冲击方面,后者又优于前者,同时在投资方面,后者也优于前者。
 
近几年,国内少数企业和科研机构合作研究,根据沼气项目及沼气中硫化氢的特性,对碱洗催化再生脱硫技术进行了大量富有成效的改进和提升,特别是解决了像堵塔、再生效果不好、单质硫不易拿出等高浓度硫化氢脱除上的难题。
 
干法脱硫、PSA和膜法脱硫多适用于硫化氢初脱后的精脱硫,或气量比较小、硫化氢浓度比较低的沼气精制项目; 生物脱硫虽然运行成本比较低,但因为引入了大量的氮氧等杂质气体而不宜在沼气精制天然气领域应用。
 
结语
生物质能源化产业是横跨新能源和节能环保两大领域的战略性新兴产业,符合我国的环境保护、循环经济和新能源战略的重点发展方向。随着我国天然气使用比重不断提高,国家有关扶持和支持政策不断出台,具有环保和能源双重属性的沼气精制生物天然气技术越来越受到关注,而能够实现其大规模化应用的关键就在于如何有效利用沼气提纯精制生物天然气脱硫技术。
 
因此,需要根据不同应用项目的特点和条件,综合考虑技术成熟度、运行成本、投资等多方面因素,选择经济适宜的沼气提纯精制天然气脱硫技术。
 
(参考资料:魏巍《沼气净化提纯工艺的应用技术》,李梁《沼气提纯精制生物天然气脱硫技术》;图片源于网络)
来源:@沼气圈

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