李坤亮

摘要：指出了隨著能源消耗的日益增長，由此引發(fā)的環(huán)境污染問題也越來越多，尋求可以替代傳統(tǒng)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(jīng)過厭氧發(fā)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(zhì)。為了將生物沼氣轉(zhuǎn)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(guān)鍵詞：沼氣;H2S吸附;脫硫

中圖分類號：TK6 文獻(xiàn)標(biāo)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(yán)重。生物質(zhì)能源主要包含沼氣、農(nóng)作物秸稈、木屑等燃料，是一種清潔的環(huán)境友好型可再生能源。沼氣中H2S雜質(zhì)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(yùn)輸過程中的能耗。而經(jīng)過沼氣提純脫除CO2及H2S等雜質(zhì)后，得到的純度大于90%的生物甲烷可以用來替代傳統(tǒng)天然氣，具有重要的戰(zhàn)略意義，

2 沼氣脫硫吸附分離工藝研究

目前已經(jīng)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(shí)驗(yàn)[1-3]以及模擬[4-7]兩個角度進(jìn)行闡述。Truong等人從實(shí)驗(yàn)角度利用反應(yīng)吸附技術(shù)從垃圾填埋場或厭氧消化池生產(chǎn)的沼氣中去除H2S。發(fā)現(xiàn)吸附劑的性質(zhì)、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(dá)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(tuán)對二元混合氣體中，如H2S-CH4、HZS-C02等二元?dú)怏w吸附分離的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度為303K時(shí)，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?dú)怏w的分離存在最優(yōu)孔尺寸，值為0. 81 m。進(jìn)一步在最優(yōu)孑L尺寸處研究壓力和溫度的影響，發(fā)現(xiàn)壓力對H2 S/CO2、H2 S/CH4二元?dú)怏w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(jié)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(zhì)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(jié)果顯示親水性沸石更利于H2 S吸附，F(xiàn)AU，NAY是吸附劑最好的選擇，優(yōu)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(wěn)定金屬一有機(jī)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(jié)構(gòu)特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)親疏水改性官能團(tuán)如- COOH、-CH3等以及小孔作用的出現(xiàn)是影響選擇性的關(guān)鍵因素[7]。曹達(dá)鵬等人對碳納米管表面進(jìn)行官能團(tuán)羰基修飾，官能團(tuán)密度增加時(shí)，H2S- CH4的吸附選擇性會成倍的增加[6]。在實(shí)驗(yàn)上，Hafez Maghsoudi等人以高二氧化硅CHA型沸石膜為吸附劑同時(shí)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(zhì)。Saeid Ye ganegi等人用GCMC探究受限狹縫孑L內(nèi)三元組分H2S/CO2/CH4酸性氣體的吸附分離，發(fā)現(xiàn)受限狹縫孔內(nèi)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(jié)構(gòu)，官能團(tuán)修飾都是影響H：S脫除率的重要因素。

3 結(jié)論

有關(guān)以分子篩、金屬有機(jī)骨架化合物、碳質(zhì)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(xiàn)

[1]Truong I_V， Abatzoglou N. A HzS reactive adsorption process forthe purification of biogas prior to its use as a bioenergy vector [J].Biomass and Bioenergy， 2005， 29（2） ：142-151.

[2]Nagl G. Controlling HzS emissions [J]. Chemical Engineering，1997， 104（3） ：125～31.

[3]Feng WG， Kwon S， Borguet E， et al. Adsorption of hydrogensulfide onto activated carbon fibers： Effect of pore structure andsurface chemistry [J]. Environmental Science &Technology，2005 . 39（24） ： 9744-9749.

[4]Qiao ZW， Ren SH， Zhou J. Molecular Simulations of Adsorptionand Separation of H2S and N2 Mixture by Single Wall CarbonNanotubes [Jl. Chemical Journal of Chinese Universities - Chi-nese， 2012（33） ： 800一805.

[5]Gholampour F， Yeganegi S. Molecular simulation study on the ad-sorption and separation of acidic gases in a model nanoporous car-bon [J]. Chemical Engineering Science， 2014 （117） ： 426-435.

[6]Wang WJ， Peng X， Cao DP. Capture of Trace Sulfur Gases fromBinary Mixtures by Single- Walled Carbon Nanotube Arrays： AMolecular Simulation Study [Jl. Environmental Science&Technology， 2011， 45（ 11） ： 4832-4838.

[7]Xu H， Tong MM， Wu D， et al. Computational Study of Metal-Organic Frameworks for Removing HzS from Natural Gas [J].ActaPhysico- ChimicaSinica， 2015 ， 31 （ 1） ： 41- U290.

作者簡介：李珅亮（ 1992-），男，助理工程師，研究方向?yàn)榛ぁh(huán)保。