4.4 沼气净化

4.4.1 厌氧消化器产生的沼气应进行脱硫、脱水净化处理。净化工艺的选择应根据沼气的不同用途、处理量、沼气质量指标，并结合当地环境温度等因素，经技术经济比较后确定。

4.4.2 沼气脱硫宜采用生物脱硫、干法脱硫或湿法脱硫。

4.4.3 当一级脱硫后的沼气质量不能满足要求时，应采用两级脱硫，第二级宜采用干法脱硫。

4.4.4 脱硫工艺的设计应符合下列规定：

1 生物脱硫应设置在脱水装置前端；
2 干法脱硫应设置在脱水装置后端；

3 脱硫装置应设置备用设备；4脱硫装置前后应设置阀门；

5 脱硫装置前后应预留检测口；

6 废脱硫剂、硫泥的处置应符合环境保护的要求。

4.4.5 生物脱硫的工艺设计应符合下列规定：

1 生物脱硫系统宜设置生物脱硫塔、循环水箱、循环泵、鼓风机、排渣泵和加药泵等；

2 脱硫塔应易于清理、维护、检修并应设置观察窗及人孔；

3 循环水箱内应设置温度传感器及加热装置；

4 生物脱硫后沼气管路宜设置氧含量在线监测系统，并应与风机联动，沼气中余氧含量应小于1%；

5 生物脱硫所需的营养液应满足脱硫菌群生存的要求；

6 生物脱硫装置的脱硫效果应满足工艺要求。

4.4.6 干法脱硫的工艺设计应符合下列规定：

1 脱硫剂宜采用氧化铁，脱硫剂空速宜为200h^-1~400h^-1；

2 沼气首次通过脱硫剂每米床层时的压力降应小于100Pa；

3 每层颗粒状脱硫剂装填高度宜为1.0m～1.4m；

4 沼气通过颗粒状脱硫剂的线速度宜为0.020m/s～0.025m/s；

5 脱硫塔的操作温度应为25℃~35℃，寒冷地区的脱硫设施应有保温或采暖措施；

6 脱硫塔底部最低处应设置排污阀；
7 每台脱硫装置应有独立的放散管；

8 脱硫剂在塔内再生时应设置进空气管，在线再生时，宜配备在线氧监控系统。

4.4.7 沼气脱水宜采用冷干法脱水装置，也可采用重力法（气水分离器）或固体吸附法等，并应符合下列规定：

1 冷干法或固体吸附法脱水装置前宜设置气水分离器或凝水器；

2 脱水前的沼气管道的最低处宜设置凝水器；

3 脱水装置的沼气出口管道上应设置水露点检测口。

条文说明

4.4.1 净化的目的是脱除会对后续流程产生不利影响的杂质，包括硫化氢和水。沼气中含有较多的硫化氢和饱和的水蒸气，随着温度的降低，水蒸气凝结成水，与硫化氢结合，对管道和设备造成腐蚀；另外，沼气中的水分凝结，如果管道保温不好容易在冬季造成管道堵塞，甚至会影响阀门正常运行。另外从保护环境的角度，硫化氢随沼气燃烧产生的二氧化硫会污染环境。

脱除沼气中硫化氢方法，可采用物理法、化学法及生物法。物理脱硫法一般采用活性炭法；化学脱硫法中的干法脱硫一般采用氧化铁脱硫剂，化学脱硫法中的湿法脱硫一般采用蒽醌二磺酸钠法（ADA法）和碱液法；生物法主要指的是生物脱硫。本规范重点对生物脱硫和干法脱硫提出了特殊要求。具体方案选择时要考虑沼气中硫化氢含量和要求去除程度。
沼气脱水主要包括重力法脱水、低温冷凝法和深度脱水如分子筛等，本规范重点对重力法脱水和低温冷凝法脱水提出了要求。

4.4.2 生物脱硫法是利用无色硫细菌，如氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌等，在微氧条件下将H₂S氧化成单质硫，如供氧过量则转化为硫酸，生成的稀硫酸在营养液的缓冲中和作用下，与营养液一起定期排出系统，此过程周而复始。一般情况下，营养液可自然获得，例如采用消化后的污水、消化或脱水污泥的上清液、垃圾填埋沥出液、人造化肥（NPK886）等。人造化肥（NPK886）的脱硫机理是：①H₂S气体的溶解过程，即由气相转化为液相；②溶解后的H₂S被微生物吸收，转移至微生物体内；③进入微生物细胞内的H₂S作为营养物被微生物分解、转化和利用，从而达到去除H₂S的目的。适当的温度、反应时间和空气量可以使H₂S减少至75mg/m³，可以去除大部分的H₂S，为“粗脱”。

化学脱硫包括干法脱硫和湿法脱硫。

干法脱硫是在常温下沼气通过脱硫剂床层，沼气中的硫化氢与活性氧化铁接触，生成三硫化二铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单体硫，脱硫再生可以循环2次~3次，直至脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。经干法脱硫后的沼气中H₂S含量可少于20mg/m³，为“精脱"。

湿法脱硫又称湿式氧化法脱硫，适用于脱除流量、硫化氢浓度较高的沼气，它是利用含有脱硫催化剂组成的碱液吸收硫化氢，通过自吸空气氧化再生析硫的方法进行，然后脱硫液恢复吸收功能，单质硫以硫泡沫的形式浮选出来，脱硫液接着循环使用。此过程周而复始。湿式氧化法脱硫后沼气H₂S含量可低于50mg/m³。据调查，湿法脱硫用在日产气10000m³以上的沼气工程中，投资和运行费用降低，且脱硫效果显著。

以某工程为例，沼气量不大于650Nm³/h，进口硫化氢含量不大于5000mg/m³，采用生物脱硫工艺与干法脱硫、湿法脱硫工艺比较见表7。

表7 生物脱硫工艺与干法、湿法脱硫工艺比较

表7 生物脱硫工艺与干法、湿法脱硫工艺比较

据调研，对于日供气量在10000m以上的沼气脱硫采用湿法脱硫才具有经济效益；用于提纯压缩的沼气不应采用直接通入空气的脱硫方法。因为沼气中通入空气的同时，氮气也进入沼气中，而用于提纯压缩的沼气，甲烷含量要在90%以上，还得脱掉氮气，对整个工艺显然不经济。

4.4.4 1 生物脱硫设置在脱水装置前端是由于在生物脱硫塔内部，沼气需要和营养液进行充分接触，从生物脱硫塔出来的沼气中的水是饱和状态，所以在工艺流程中，要把脱水工艺放在生物脱硫后进行。

2 干法脱硫设置在脱水装置后端是由于沼气中的水分过量易造成干法脱硫装置内脱硫剂过湿、结块或呈泥状，沼气与氧化铁接触不良，脱硫效率明显下降。所以沼气进入干法脱硫前需要经过初步的脱水，以保证脱硫剂的最大活性。氧化铁在脱硫过程中因是放热反应，其含水量呈饱和气态，沼气出塔后遇冷会产生水，所以脱硫后宜再次脱水，反应过程中会产生水，同时是放热反应。

3 脱硫装置应设置备用主要是为了能够实现倒塔操作，即其中一台更换脱硫剂，另一台仍能满足用气要求。

4.4.5 2 生物脱硫中产生的单质硫容易堵塞填料，生物脱硫在设计过程中应保证易于清理和维护。

4 对于甲烷含量不同的沼气，在空气中的爆炸范围不同，沼气中氧含量小于1%是基本的要求，所以必须采取一定的安全措施避免沼气中通入过量的空气引起爆炸。

4.4.6 1 近年来某些厂家生产的脱硫剂活性有所提高，其性能参数以空速代表，空速是表征脱硫剂性能的重要参数之一。不同的脱硫剂因其活性不同，在选择空速时需要根据沼气中H₂S的浓度、操作温度、脱硫工作区的高度进行综合考虑。空速值越高，沼气与脱硫剂的接触时间越短。

2 沼气首次通过脱硫剂床层时控制压力降小于100Pa，可以调节沼气进口流速。

3 一般情况下，床层高度超过1.5m时应分层设置，有利于克服偏流或局部短路给脱硫效果带来的影响。经调研，脱硫塔的高径比一般为4:1～3:1。

4 线速度是指沼气通过脱硫剂床层时的速度，线速度取得太低，沼气呈现滞留状态。随着线速度的增加，气流进入湍流区，能在更大程度上减少气膜的厚度，从而提高了脱硫效。
5 不同脱硫剂有一个最佳适用范围，温度过低使硫化反应缓慢，操作温度宜为25℃～35℃，有利于延长脱硫剂使用寿命，但过低的温度将使脱硫效率降低。

8 脱硫剂在塔内在线再生时应控制空气的进入量，防止塔内温升过快造成脱硫剂过热失效。

4.4.7 1 选用冷干法脱水需要根据工程规模考虑设备的初投资和运行成本，因为冷干法脱水在运行过程中，需要消耗较多电能。

2 由于沼气在输送过程中，随着温度的降低，沼气中会有部分冷凝水出现，在冷干法或固体吸附法脱水装置前设置汽水分离器或凝水器，将沼气中的冷凝水脱除，以减轻后续脱水装置的负荷，对于整个工艺来说是经济的。
3 水露点检测仪可有效地检测输出沼气中的水含量是否达到沼气质量标准要求的必要设备。

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