东狮牌DSH脱硫催化剂在沼气脱硫系统的工业应用

长春东狮科技（集团）有限责任公司   吉林 长春 130031

新产品技术服务管理中心 郝建峰

[摘要]沼气是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、pH值下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气中所含硫化氢在使用前因环保与工艺要求必须去除。在新疆某生物能源公司，随着生产负荷的提高，硫化氢浓度也翻倍增加，使得脱硫后出口硫化氢指标大幅升高，不能满足下游客户的使用要求。该公司与众多相关技术人员交流给出了设备改造方案，但是由于时间与资金原因，给其带来很大困扰。经过东狮技术员现场查看后，经分析东狮DSH高硫容抑盐催化剂，因其高硫容性、高抑盐性可以解决此问题。并且，通过更换催化剂后取得了很好效果，硫化氢指标合格稳定、碱耗降低，得到客户认可。

关键词：沼气 硫化氢 东狮牌DSH催化剂

0、引言

在我国，沼气有着广阔的应用前景，从南方到北方不同的地理环境均为沼气能源建设提供了便利的条件。我国北方推广的塑料大棚、沼气池、禽畜舍和厕所相结合的“四位一体”沼气生态农业模式，中部地区开发的结合大棚蔬菜并以沼气为纽带的“猪—沼—果”生态果园模式，南方建立的“猪—沼—果”、“猪—沼—鱼”、“牛—沼—草” 模式，以及部分地区因地制宜建立的“养殖—沼气—种植（养殖）”等模式都实现了以沼气为纽带，能量多层次利用和物质循环利用的生态农业模式，有机废物厌氧消化制取沼气都会有H₂S的产生，H₂S是一种腐蚀性很强的化合物，对输气管、仪器仪表、燃烧设备等有很强的腐蚀作用，其燃烧产物二氧化硫也是一种腐蚀性很强的气体，进入大气能产生“酸雨”。 H₂S对人体的危害亦很大，对黏膜和呼吸道有刺激作用，空气中含0.1％的H₂S数秒内可使人致命，所以脱除硫化氢是必要工艺。

1、沼气工艺流程及其主要成分

1.1沼气工艺流程

沼气发酵为厌氧发酵技术，沼气发酵技术主要包括原料的预处理，进入发酵器，并在适宜的温度、pH值下进行发酵，产出的沼气进过脱硫、脱碳工艺后经过压缩可制得的CNG,或者在脱硫后就可作为燃料直接使用。发酵后残渣经过固液分离可得到沼液与沼渣，沼液与水配置后可以进行灌溉增加土地肥力为植物提供多种营养元素，沼渣可生产有机肥，改善土壤结构。

1.2沼气主要成分

一般说来，沼气的主要成分是甲烷。沼气由50%～80%甲烷(CH₄)、20%～40%二氧化碳(CO₂)、0%～5%氮气(N₂)、小于1%的氢气(H₂)、小于0．4%的氧气(O₂)与0．1%～3%硫化氢(H₂S)等气体组成 。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。以我公司在中广核旗下新疆某生物能源公司的实际应用为例，其公司的沼气硫化氢(H₂S)含量为0.5-1.5%。

2、沼气脱硫系统的难点

由于沼气生产工艺波动较大、硫化氢指标波动也较大，其本身高硫化氢、高二氧化碳的特性，使得沼气脱硫较为困难。

（1）传统酞菁钴类催化剂在这种硫化氢含量较高的气源环境下，一旦生产负荷偏高加之硫化氢指标较高在双重高指标下运行，在固定脱硫工艺状态下催化剂的催化氧化能力就表现适应变差。

（2）而二氧化碳含量偏高则会引起溶液中NaHCO₃含量富集升高，从而造成碱耗增加以及溶液中的NaHCO₃结晶堵塞输液管道和塔内填料等现象。

3、新型DSH脱硫催化剂在沼气脱硫系统成功应用的案例

以东狮牌DSH高硫容抑盐脱硫催化剂在中广核新疆某生物能源公司的实际应用为例， 该项目处理沼气流量1.5万Nm3/d，沼气中H₂S含量5000—15000ppm，2台脱脱塔并联运行，入口压力≤2Kpa，脱硫塔阻力≤1KPa，入口沼气气温度28-36℃；总溶液保有量约80m³，两塔溶液循环量设计为70m3/h，由于管路结晶堵塞，当前实际为50m³/h，前期沼气产量一直在0.8万Nm³/d左右，因增加产量与沼气硫化氢含量大幅增加，使得脱硫出口硫化氢经常超标，达到600ppm。严重影响下游客户使用需求，但由于没有时间进行检修与加大投资进行改造，决定使用东狮DSH催化剂来解决此项问题。 

（1）在未进行设备改造前提下，且在气量加大硫化氢浓度增加的前提下，脱硫效率显著提升， 由90.37%提升至99.17%，出口硫化氢平均由517ppm降低至53ppm。

应用前：出口硫化氢严重超标，影响客户使用，进口硫化氢平均5367ppm最高6000ppm，出口517ppm，脱硫效率为90.37%。

应用后：出口硫化氢显著降低，满足了需求，进口硫化氢平均6416ppm，最高12000ppm，出口平均53ppm，脱硫效率达99.17%。

（2）硫膏产量增加71.42%；

应用前：平均一周卸硫膏为两板框；

应用后：平均每天卸硫膏为一板框。

（3）无废液排放，降低除盐水消耗；

应用前：系统再生效果较差，影响吸收效果，需每日排液3立方。

应用后：随着再生效果变好，吸收效果大幅提升，排液大减，从而降低了除盐水消耗。 

（4）纯碱消耗显著降低，降低27.5%。

应用前：每日消耗纯碱平均120公斤；

应用后：每日消耗平均85公斤，较先前降低27.5%。

4总结

东狮自主研发的DSH高硫容抑盐催化剂在沼气脱硫上具有显著的使用优势，能够在高二氧化碳、溶液循环量降低的情况下，依旧保证硫化氢指标的稳定；且能及时将硫泡沫浮选出系统，使得硫膏产量增加，防止硫颗粒未能被及时的浮选再生出来而堵塔，并且大幅度减少副盐生成降低排液量，在此基础上也减少了纯碱消耗。充分显示证明了该催化剂的高硫容性、高抑盐性以及实际使用中的高便捷性等优异性能。