沼氣脫硫吸附分離工藝研究

李坤亮

摘要：指出了隨著能源消耗的日益增長，由此引發的環境污染問題也越來越多，尋求可以替代傳統化石能源的新能源引起了人們越來越濃厚的興趣。生物廢料經過厭氧發酵得來的沼氣是一種可再生能源，主要包括CH4、C02、以及微量的H2S等雜質。為了將生物沼氣轉化成生物甲烷，滿足車用燃料以及天然氣燃料替代品的條件，需提前除去H2S，因此，探討了沼氣多元體系中H2S氣體的去除分離工藝，以期提供參考。

關鍵詞：沼氣;H2S吸附;脫硫

中圖分類號：TK6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-015 6-02

1 引言

在全球化日益加快的今天，人類生存活動對能源的消耗以及依賴越來越大。隨著化石資源的不斷消耗，世界各國的能源枯竭問題日益嚴重。生物質能源主要包含沼氣、農作物秸稈、木屑等燃料，是一種清潔的環境友好型可再生能源。沼氣中H2S雜質的存在不僅造成能量利用效率的下降，還會增加壓縮以及運輸過程中的能耗。而經過沼氣提純脫除CO2及H2S等雜質后，得到的純度大于90%的生物甲烷可以用來替代傳統天然氣，具有重要的戰略意義，

2 沼氣脫硫吸附分離工藝研究

目前已經有很多含H2S多元體系脫除H2S變壓吸附方面[1-6]的研究。以下分別從實驗[1-3]以及模擬[4-7]兩個角度進行闡述。Truong等人從實驗角度利用反應吸附技術從垃圾填埋場或厭氧消化池生產的沼氣中去除H2S。發現吸附劑的性質、氣體的流率、H2S的組成濃度以及沼氣中的濕度都會影響H2S的去除效率[1]。曹達鵬等人以碳納米管為吸附劑探究了碳納米管管徑、溫度、壓力、羰基官能團對二元混合氣體中，如H2S-CH4、HZS-C02等二元氣體吸附分離的影響。結果發現溫度為303K時，大直徑的碳納米管CNT（ 20，20）對純H2S、S02的吸附容量更大。但是303K，100 kPa下，碳納米管CNT（6，6）對于含有硫氣體的二元混合物的吸附選擇性最大。在純碳管中，H2S- CO2、H2S-CH4二元氣體的分離存在最優孔尺寸，值為0. 81 m。進一步在最優孑L尺寸處研究壓力和溫度的影響，發現壓力對H2 S/CO2、H2 S/CH4二元氣體吸附選擇性幾乎沒有影響，但是隨著溫度的升高，選擇性明顯降低[6]。俞漢青等人利用蒙特卡羅模擬研究石墨層的距離和MGN表面Li摻雜對沼氣中甲烷的儲存和酸性氣體（H2S和C02）分離的影響。結果表明，以鋰摻雜的MGNs為吸附劑的用于分離沼氣中的非烴物質存在最佳層距離0. 68 nm[5]。Paolo Cosoli等人以沸石為吸附劑（如FAU，LTA，MFI）研究沼氣分離H2S，通過比較純H2S氣體和混合氣體吸附量，結果顯示親水性沸石更利于H2 S吸附，FAU，NAY是吸附劑最好的選擇，優于NAX[6]。仲崇立等人采取巨正則系綜蒙特卡羅模擬方法研究天然氣中H2S/CH4二元體系在33種具有代表性的穩定金屬一有機骨架（ MOF）材料中的吸附分離，通過觀察高吸附選擇性和高工作容量吸附材料的結構特征，結果發現親疏水改性官能團如- COOH、-CH3等以及小孔作用的出現是影響選擇性的關鍵因素[7]。曹達鵬等人對碳納米管表面進行官能團羰基修飾，官能團密度增加時，H2S- CH4的吸附選擇性會成倍的增加[6]。在實驗上，Hafez Maghsoudi等人以高二氧化硅CHA型沸石膜為吸附劑同時去除H2S/CO2/CH4三元體系中的H2S和CO2。Alonso - Vicario等人以合成沸石和天然沸石為吸附劑利用變壓吸附法分離沼氣中的H2S和CO2。Jing等人用蒙特卡羅模擬方法以MIL一47為吸附劑研究H2S/CH4/N2體系中H2S的吸附和分離性質。Saeid Ye ganegi等人用GCMC探究受限狹縫孑L內三元組分H2S/CO2/CH4酸性氣體的吸附分離，發現受限狹縫孔內純氣體的吸附量和吸附熱高于簡單狹縫孔。以上都是基于含H2S多元體系的研究，得出外部條件，吸附劑結構，官能團修飾都是影響H：S脫除率的重要因素。

3 結論

有關以分子篩、金屬有機骨架化合物、碳質材料等為吸附劑吸附分離沼氣多元體系中H2S的研究還有很多。本文論述的沼氣脫硫吸附分離方法對沼氣中含HzS多元體系H2S的脫除具有重要意義。

參考文獻

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作者簡介：李珅亮（ 1992-），男，助理工程師，研究方向為化工、環保。