[发明专利]一种基于纳米零价铁的沼气干式脱硫方法

说明书

本发明属于能源与环境技术领域，涉及一种基于纳米零价铁的沼气干式脱硫方法。将沼气通入装填有纳米零价铁的填充柱，控制填充柱温度为170℃~300℃，即可高效去除沼气中的硫化氢。本发明基于纳米零价铁的沼气干式脱硫方法，具有工艺简单、硫化氢去除效率高、硫容大等优点。

技术领域

本发明属于能源与环境技术领域，涉及一种基于纳米零价铁的沼气干式脱硫方法。

背景技术

沼气是一种潜力巨大的清洁可再生能源，其的资源化利用对环境、健康、经济和节约能源均有裨益。沼气的主要成分为甲烷和二氧化碳，其利用途径多元，如热量和蒸汽的生产、电力/热电联产，或者作为车用燃料。在所有利用方式中，沼气都必须根据其进一步利用目的去除杂质，如硫化物。

沼气中的硫化物会腐蚀内燃机并缩短其寿命，也会减少金属管道、气罐、压缩机等寿命。H₂S不仅危害人体健康，而且容易转换为SO₂和H₂SO₄，加剧对机械设备的腐蚀。对于沼气热电联产，可接受的H₂S含量大约为100~500 mg/m³，具体要求与选择的设备有关。而当用作车辆燃料时，需要进一步将H₂S含量降低至5 mg/m³。当注入民用天然气管道系统时，H₂S浓度要求≤6~20 mg/m³。此外，H₂S还具有恶臭阈值极低（0.7 μg/ m3），并对哺乳动物和水栖物种表现出高毒性。

纳米零价铁（nZVI），由于它具有粒径小，比表面积大，以及快速污染物转化的高活性，已广泛地用于处理有毒有害污染物。纳米零价铁颗粒对污染物的具体去除机理（之间具有相联性）包括吸附、铁溶解、铁共沉淀，同时伴随氧化或还原，这些反应的机制还受到吸附或沉淀到纳米零价铁颗粒表面的有机或无机物质的影响。

目前纳米零价铁用于脱硫的研究，都聚焦于水环境中。如发明人发表的论文Theuse of the core-shell structure of zero-valent iron nanoparticles (NZVI) forlong-term removal of sulphide in sludge during anaerobic digestion.Environmental Science: Processes Impacts, 2015, 17(12), 2013-2021，以及Sheng-Hsun Chaung等发表论文Nanoscale Zero-Valent Iron for Sulfide Removalfrom Digested Piggery Wastewater. Journal of Nanomaterials, 2014, 1-10。纳米零价铁在水环境中可高效去除硫化物，其原理在于：纳米零价铁在水环境中经历表面羟基化，在聚合物表面和单个粒子之间形成一个薄的表面层（厚度约2~4 nm），该表面层主要成分为氧化铁（或非晶氧化物），表面化学计量比接近FeOOH，可以与硫化物高效反应。但采用纳米零价铁进行湿法脱硫，存在带入水蒸气、废水处理以及纳米零价铁再生难等问题。

在干法脱硫中，传统技术常采用氧化铁、氢氧化铁、活性炭等脱除沼气中的硫化氢，但存在去除效率低或者硫容偏低等问题。目前尚无纳米零价铁干法脱除硫化氢的报道，而普通铁粉在500℃以下的脱硫效率极低，没有应用价值。目前我国沼气利用仍处于初步阶段，深度净化技术缺乏，特别是在硫化氢去除方面，迫切寻求效率高、硫容量大的新型脱硫技术，为沼气的深度利用提供技术支撑。

发明内容

本发明提出一种基于纳米零价铁的沼气干式脱硫方法，该方法应用了纳米零价铁所具有的纳米尺寸结构，在特定温度条件下剧烈降低铁-硫化物反应的活化能，显著增强了硫化氢对零价铁颗粒的攻击性，可在低温（300℃）条件下高效去除硫化氢，具有工艺简单、硫容大等优点。

本发明的目的在于提供一种基于纳米零价铁的沼气干式脱硫方法。