[实用新型]一种基于纳米材料的低温脱硫装置

说明书

本实用新型公开基于纳米材料的低温脱硫装置，包括竖直设置的脱硫管和多个滤芯单元，所述滤芯单元的形状与外径和所述脱硫管的形状与内径相同，所述滤芯单元竖直排列于所述脱硫管内，所述滤芯单元的上下两端透气，滤芯单元内填充有纳米脱硫材料和石英砂的混合物，所述脱硫管外侧设置有温度控制装置。该实用新型可适用于纳米材料的脱硫工艺，可以高效去除沼气中的硫化氢，并且具有结构简单、操作和维护方便等优点。

技术领域

本发明属于能源与环境技术领域，具体涉及一种基于纳米材料的低温脱硫装置。

背景技术

沼气是一种宝贵的清洁可再生能源。它来源广泛，主要包括城市生活垃圾（Municipal solid waste，MSW）填埋场，污水污泥厌氧消化和农业废弃物（如畜禽粪便）厌氧消化等。沼气主要成分是CH₄（50~75%）和CO₂（25~45%），此外，还含有少量的水蒸气（2~7%）、N₂（<2%）、O₂（<2%）、H₂S（<1%）、H₂（<1%）和NH₃（<1%）等。沼气的热值一般介于15~30 MJ/m³，资源化利用途径多元，可用作热电联产（CHP），压缩天然气，车辆燃料，或高级含氧燃料（如合成甲醇和二甲醚）等。在沼气所有利用途径中，均必须首先去除其杂质，如硫化氢。沼气中H₂S是一种剧毒气体，在有氧和湿热环境下易腐蚀金属管道、缩短内燃机、压缩机的寿命，以及转化为具有强腐蚀性且污染环境的H₂SO₄及SOx等。 针对不同用途，H₂S含量应满足不同的标准。如：用于热电联产应将H₂S含量控制在100～500 mg/Nm³以下；用于车辆燃料应将H₂S含量控制在5 mg/Nm³以下；用于管道民用天然气应将H₂S含量控制在6 mg/Nm³以下。

沼气脱硫技术可包括原位脱硫法和异位脱硫法。其中原位脱硫技术，诸如在填埋场中嵌入功能覆盖层（垃圾生物覆盖土（Waste biocover soil，WBS）、铁氧化合物）等；向厌氧消化反应器通入氧气（或空气）实现微氧或适度氧化；以及作者前期研究的在厌氧消化体系中添加纳米零价铁、水合铁氧化物等原位固硫组分等。原位脱硫技术虽可一定程度上降低沼气中H₂S浓度，但仍不可避免地需要进一步处理，以满足沼气综合利用工艺的要求。

利用纳米材料（如纳米零价铁或纳米铁氧化物）进行沼气脱硫，具有广阔的应用前景。如申请人前期研究发现，纳米零价铁（zero-valent iron nanoparticles, NZVI）在250^oC反应温度下，硫化氢的去除能力达490 mg H₂S/ g NZVI。（Performance evaluationof zero-valent iron nanoparticles (NZVI) for high-concentration H₂S removalfrom biogas at different temperatures [J]. RSC Advances, 2018, 8(25):13798-13805）。但是，常规的脱硫装置无法满足纳米材料的脱硫工艺。一方面在于，很多纳米材料需要更高的反应温度（如150~300^oC），室温条件下很难取得优异的脱硫性能；另一方面，纳米材料的颗粒尺寸极小，与常规的脱硫剂不同，无法采用传统脱硫剂填充单元。因此，必须针对纳米材料开发出适用的脱硫装置。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提出一种基于纳米材料的低温脱硫装置。

本实用新型采用以下技术方案：