一种沼气原位脱硫工艺中脱硫剂加入量的确定方法
【专利摘要】本发明公开了一种沼气原位脱硫工艺中脱硫剂加入量的确定方法。该方法包括如下步骤：将脱硫剂的加入量标记为C，以浓度表示，则按照下式计算得到脱硫剂的加入量：C＝C1+C2；式中，C1表示与沼气中硫化氢减少量反应的硫化剂的浓度；所述硫化氢减少量为不添加脱硫剂时产生的沼气中硫化氢的浓度与沼气中硫化氢的目标浓度之差；C2表示为达到沼气中硫化氢的目标浓度需要添加的脱硫剂的浓度。本发明提供的脱硫剂加入量的确定方法操作简单，准确度高，能够较为精准的确定沼气原位脱硫剂的加入量，既降低了沼气工程脱硫工艺的运行成本，也避免了化学物质添加过量带来的污染问题，该方法在沼气工程中具有广阔的应用前景。
【专利说明】一种沼气原位脱硫工艺中脱硫剂加入量的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种沼气原位脱硫工艺中脱硫剂加入量的确定方法，属于生物能源技 术领域。
【背景技术】
[0002] 沼气是一种重要的生物质能，是生物质在厌氧条件下经微生物发酵生成的一种可 燃性气体，主要组分是甲烷和二氧化碳，同时含有少量的硫化氢等。沼气中硫化氢的浓度取 决于发酵原料的种类，原料不同，所产沼气中硫化氢的浓度也不相同，如垃圾填埋沼气一般 硫化氢浓度较低，畜禽粪便沼气硫化氢浓度较高。硫化氢会腐蚀压缩机、储气罐以及发动机 等设备，也会对后续加工过程造成很大的危害，而且硫化氢燃烧生成二氧化硫，严重污染环 境，所以通常在净化前期去除。
[0003] 沼气原位脱硫工艺是将脱硫剂直接加入到发酵装置中，抑制发酵过程硫化氢的形 成，或与发酵产生的硫化氢形成硫化物沉淀，随出料排出，从而达到脱除沼气中硫化氢的目 的。沼气原位脱硫具有操作简单、投资成本低等优点，非常适宜于高浓度硫化氢的脱除，但 此工艺存在脱硫剂加入量难以确定的问题，加入量过少，则脱硫精度低，加入量过多，则运 行成本增加，甚至会对微生物的厌氧发酵过程产生抑制。
[0004] 沼气原位脱硫剂加入量的确定是原位脱硫工艺的重点，目前尚无公开报道的沼气 原位脱硫剂加入量的确定方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种沼气原位脱硫工艺中脱硫剂加入量的确定方法，本发明 提供的确定方法可更加精准的指导沼气原位脱硫工艺，既适合在实验室的小规模发酵罐中 应用，也可推广至大型工业发酵装置。
[0006] 本发明提供的一种沼气原位脱硫工艺中脱硫剂加入量的确定方法，包括如下步 骤：
[0007] 将脱硫剂的加入量标记为C，以浓度表示，则按照下式计算得到脱硫剂的加入量：
[0008] C = C1+C2 ；
[0009] 式中，C1表示与沼气中硫化氢减少量反应的脱硫剂的浓度；所述硫化氢减少量为 不添加脱硫剂时产生的沼气中硫化氢的浓度与沼气中硫化氢的目标浓度之差；
[0010] C2表示为达到沼气中硫化氢的目标浓度需要添加的脱硫剂的浓度，具体按照如下 方法计算得到：
[0011] 1)分别向产沼气的发酵液中添加所述脱硫剂，配制至少3种不同脱硫剂浓度的发 酵液，进行平行产沼气实验，记录每个平行实验产生的沼气中硫化氢的浓度，并根据不添加 脱硫剂时产生的沼气中硫化氢的浓度与添加所述脱硫剂时产生的沼气中硫化氢的浓度之 差，计算得到与硫化氢反应的所述脱硫剂的用量；根据所述脱硫剂的初始加入量与与硫化 氢反应的所述脱硫剂的用量之差，即得到发酵液中脱硫剂的浓度；
[0012] 根据发酵液中脱硫剂的浓度与沼气中硫化氢的浓度之间的关系，制作发酵液中脱 硫剂的浓度与沼气中硫化氢的浓度之间的关系曲线；
[0013] 发酵液中脱硫剂的初始浓度为0?32mol/m3 ;
[0014] 2)根据所述关系曲线和沼气中硫化氢的目标浓度，得到发酵液中脱硫剂的添加 量，即为C2。
[0015] 上述确定方法中，所述脱硫剂可为铁系化合物；所述铁系化合物可为氢氧化铁、氯 化亚铁和氯化铁中至少一种；所述脱硫剂的选择可根据具体的发酵底物和接种物。
[0016] 上述确定方法中，所述与沼气中硫化氢减少量反应的脱硫剂的浓度根据脱硫剂的 成分经确定的反应比例关系得到；
[0017] 上述确定方法，步骤1)中，所述脱硫剂可为氯化铁，可分别配制5?7种不同脱硫 剂初始浓度的发酵液，具体可配制7种不同脱硫剂初始浓度的发酵液；
[0018] 所述脱硫剂可为氢氧化铁，可分别配制5?7种不同脱硫剂初始浓度的发酵液，具 体可配制6种不同脱硫剂初始浓度的发酵液。
[0019] 上述确定方法，步骤1)中，所述向发酵液中添加的脱硫剂浓度即发酵液中脱硫剂 的初始浓度可为0?32mol/m 3,具体可为0?32mol/m3或0?16mol/m3。
[0020] 上述确定方法，步骤1)中，所述脱硫剂的浓度与沼气中硫化氢的浓度之间的关系 曲线中所述脱硫剂的浓度与所述沼气中硫化氢的浓度均指发酵稳定阶段的浓度。
[0021] 上述确定方法，步骤2)中，对于某确定的脱硫规格（硫化氢浓度），根据所述脱硫 剂的浓度与沼气中硫化氢的浓度之间的关系曲线，对应一个发酵液中脱硫剂浓度，即为C2。
[0022] 上述确定方法中，产沼气的发酵底物可为农林废弃物、工业废水、有机垃圾和畜禽 粪便中任一种。
[0023] 在实际应用中，根据上述确定方法结合脱硫效果，可对脱硫剂的加入量进行微调。
[0024] 本发明的有益效果：沼气原位脱硫技术具有操作简单、投资成本低等优点，非常适 宜于高浓度硫化氢的脱除，但此工艺存在脱硫精度低、运行费用较高、脱硫剂加入量难以确 定的问题；本发明提供的脱硫剂加入量的确定方法操作简单，准确度高，能够较为精准的确 定沼气原位脱硫剂的加入量，既降低了沼气工程脱硫工艺的运行成本，也避免了化学物质 添加过量带来的污染问题，该方法在沼气工程中具有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为实施例1中发酵液中的FeCl3浓度与沼气中H2S浓度的关系图。
[0026] 图2为实施例2中发酵液中的Fe (0H) 3浓度与沼气中H2S浓度关系图。
[0027] 图3为实施例3中放大体系5L发酵罐中的H2S浓度随时间的变化图。
【具体实施方式】
[0028] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0029] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0030] 以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。
[0031] 下述实施例中均采用Agilent 7890A-S⑶气相色谱仪分析沼气中H2S浓度，使用 色谱标准气对色谱进行标定，定性和定量方法为外标法，气相色谱的检测条件如下：
[0032] 色谱柱：GS-GASPR0 型（60mX0. 320mm);
[0033] 载气：氦气；
[0034] 压力：0· IMPa ;
[0035] 色谱柱初温60°C，保留3min，10°C /min升温至200°C，保留15min ;流速为1. 5mL/ min,分流比为20 :1 ;
[0036] 进样口温度250°C，隔垫吹扫流量为3mL/min，定量阀或手动进样，进样量0. lmL ;
[0037] 检测器温度250°C，燃烧塔温度为800°C，臭氧发生器中的空气流速为60mL/min， 氢气流速为40mL/min。
[0038] 实施例1、以FeCl3为脱硫剂的血清瓶鸡粪发酵沼气原位脱硫实验
[0039] 以鸡粪为发酵原料，用沼液、水配制TS浓度（总固含量）7.0%，沼液浓度35%的 发酵液。取7支50mL血清瓶作为发酵装置，每个血清瓶中加入25mL的上述发酵液，并分别 编号为A1至A7。其中，A1不加入FeCl 3，作空白实验；A2至A7的FeCl3初始加入量分别为 0. 05mol、0. lmol、0. 2mol、0. 3mol、0. 4mol和0. 8mol，将血清瓶放入恒温振荡器，设定温度 37°C，转速130r/min，进行发酵实验，发酵周期为16天，实验过程中记录沼气产气量和硫化 氢浓度。
[0040] 对发酵稳定阶段进行分析，A2至A7中发酵液中FeCl3浓度和气相中硫化氢浓度如 表1所示。
[0041] 表1中，FeCl3浓度由下述方法得到：根据A1产生的沼气中硫化氢的浓度分别与 A2和A7产生的沼气中硫化氢的浓度之差，计算得到A2和A7各组中与硫化氢反应的FeCl3 的用量；A2和A7各组中FeCl3的初始加入量减去与硫化氢反应的FeCl3的用量，除以发酵 液的体积即为FeCl 3浓度。
[0042] 表1 FeCl3浓度和H2S浓度
[0043]
[0044]
【权利要求】
1. 一种沼气原位脱硫工艺中脱硫剂加入量的确定方法，包括如下步骤： 将脱硫剂的加入量标记为C，以浓度表示，则按照下式计算得到脱硫剂的加入量： C = C1+C2 ； 式中，C1表示与沼气中硫化氢减少量反应的硫化剂的浓度；所述硫化氢减少量为不添 加脱硫剂时产生的沼气中硫化氢的浓度与沼气中硫化氢的目标浓度之差； C2表示为达到沼气中硫化氢的目标浓度需要添加的脱硫剂的浓度，具体按照如下方法 计算得到： 1) 分别向产沼气的发酵液中添加所述脱硫剂，配制至少3种不同脱硫剂浓度的发酵 液，进行平行产沼气实验，记录每个平行实验产生的沼气中硫化氢的浓度，并根据不添加脱 硫剂时产生的沼气中硫化氢的浓度与添加所述脱硫剂时产生的沼气中硫化氢的浓度之差， 计算得到与硫化氢反应的所述脱硫剂的用量；根据所述脱硫剂的初始加入量与与硫化氢反 应的所述脱硫剂的用量之差，即得到发酵液中脱硫剂的浓度； 根据发酵液中脱硫剂的浓度与沼气中硫化氢的浓度之间的关系，制作发酵液中脱硫剂 的浓度与沼气中硫化氢的浓度之间的关系曲线； 发酵液中脱硫剂的初始浓度为〇?32mol/m3 ; 2) 根据所述关系曲线和沼气中硫化氢的目标浓度，得到发酵液中脱硫剂的添加量，即 为C2。
2. 根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于：所述脱硫剂为铁系化合物； 所述铁系化合物为氢氧化铁、氯化亚铁和氯化铁中至少一种。
3. 根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于：所述脱硫剂为氯化铁，分别配制5? 7种不同脱硫剂初始浓度的发酵液。
4. 根据权利要求2所述的确定方法，其特征在于：所述脱硫剂为氢氧化铁，分别配制 5?7种不同脱硫剂初始浓度的发酵液。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的确定方法，其特征在于：产沼气的发酵底物为农 林废弃物、工业废水、有机垃圾和畜禽粪便中任一种。
【文档编号】C10L3/10GK104195183SQ201410383932
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】江皓, 李腾, 周红军 申请人:中国石油大学(北京)