[发明专利]一种利用胶原纤维/聚酯复合材料负载Fe（Ⅲ）脱除沼气中硫化氢的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质再生能源领域，特别涉及一种利用胶原纤维/聚酯复合材料负载Fe（Ⅲ）脱除沼气中硫化氢的装置及方法。 

背景技术

天然的沼气是一种低热值气体，使用范围极其有限，且效率低，一些国家现有的沼气工业主要将沼气应用于改良的炉灶与发动机使其产热或发电，作为能源供当地用户使用。而沼气经纯化后则可提高其成分中甲烷的相对含量，增加其热值，纯化后的沼气目前在国外主要是作为一种新型的能源用于管网供能或作为机动车燃料。沼气纯化的主要过程包括:脱除硫化氢、二氧化碳和水及其他不助燃的杂质。其中，H₂S总是存在于沼气中，尽管其含量因为发酵原料的不同有所变化，但是必须予以去除，以免腐蚀压缩机、气体储存罐和发动机。如沼气含有一定量的硫化氢，有时也含极少量的有机硫，硫化氢是剧毒的有害物质，空气中含0.1%的硫化氢数秒内可使人致命。它对输气管、仪器仪表、燃烧设备有很强腐蚀作用，其燃烧产物二氧化硫也是一种腐蚀性很强的气体，同时进入大气能产生“酸雨”。为保证人体健康和保护大气环境，延长燃气设备等的使用寿命，必须在沼气净化过程中尽早予以进行脱硫。 

对于沼气中硫化氢的脱除，主要技术如下： 

1、干法脱硫 

干法脱硫常用于低含硫气体的处理，常用方法有活性炭法、膜分离法、变压吸附（PSA）法和不可再生的固定床吸附法等。沼气脱硫常用不可再生固 定床吸附法，其方法有很多，从物系上大致可分为铁系、锌系、活性炭等，常用于低含硫气体的精脱过程。 

目前，国内脱硫技术已比较成熟，脱硫方法及脱硫工艺众多，但是都存在着以下缺点：干法脱硫效率不高，脱硫剂再生困难，硫容相对较低，操作不连续、更换脱硫剂劳动强度大以及装置占地面积大等缺点，主要适用于精细脱硫。 

1）活性炭法 

活性炭与其他吸附剂（如分子筛）相比所具有的优点是发达的比表面、微孔结构、热稳定性，能选择性的脱除液相或气相中某些化学、在湿气中高的吸附容量以及价格低廉等。它在常温下具有加速H₂S氧化为硫的催化作用并使之被吸附。吸附在活性炭上的硫，可用质量分数为12%—14%的硫化铵溶液萃取活性炭上的游离硫而得到回收。 

活性炭法适用于H₂S含量小于0.3％的沼气的脱硫要求，故可以考虑使用活性炭法来净化大中型沼气工程的沼气。具有关在天然气中的脱硫化氢试验研究表明，其脱硫率可达99％以上，净化后气体的H₂S含量小于10×10^—6g／m³。其优点在于简单的操作便可以得到纯净度高的硫，如果选择合适的活性炭，还可以除去有机硫化物。H₂S与活性炭的反应快（活性炭吸附H₂S的速度比氢氧化铁的快）、接触时间短、处理气量大。 

如采用双床活性炭系统，还具有以下优点：当两个吸附床串联工作，在第一个吸附床吸附H₂S时另一个吸附床并不起作用。当第一个吸附床吸附饱和时，H₂S会穿过进入第二个吸附床被吸附。当第一个吸附床流出的H₂S的含量等于进气中的H₂S含量时，更换第一个吸附床的活性炭。更换后，新的 吸附床作为第二个活性炭床继续工作。这种工作方式能够最大限度地利用活性炭进行吸附。 

2）膜分离法 

20世纪70年代开始，世界上许多国家对膜分离技术用于气体分离进行了工业试验。该方法方便灵活，能够适应各种操作条件变化，处理费用相对较低，因此，膜分离法用于分离大量的H₂S及CO₂，具有很大潜力，而且对环境影响小。尽管膜分离法有其内在的优点，但至今尚未在工业上广泛应用，主要原因是复杂的制膜工艺使得膜系统造价昂贵。此外在工业条件下，分离膜的性能也不够稳定。 

3）氧化铁吸收法 

氧化铁吸收法是将Fe₂O₃屑（或粉）和木屑混合制成脱硫剂，以湿态（含水40%左右）填充于脱硫装置内。Fe₂O₃脱硫剂为条状多孔结构固体，对H₂S能进行快速的不可逆化学吸附，数秒内可将H₂S脱除到1ppm以下。