厭氧消化裝置剛產出的沼氣是含飽和水蒸氣的混合氣體，除含有氣體燃料CH4和惰性氣體CO2外，還含有一定比例的H2S、H2O，少量的NH3，H2、N2、O2、CO和鹵化烴。沼氣的凈化是指沼氣中CH4之外其他氣體的去除。 

一  沼氣凈化機理 

概括起來，目前沼氣凈化的機理有三大類，即化學吸收、物理提純和生物脫除。 

（1）化學吸收。一種化學吸收機理是采用胺、堿、醇等復合溶液吸收劑，利用酸堿中和反應吸收沼氣中的CO2、H2S等酸性物質，同時也能吸收NH3等易溶于水、醇的氣體。另一種化學吸收機理是采用干化學物質（如Fe2O3）作為吸收劑吸收雜質氣體。化學吸收的吸收劑都可以通過裝置的自凈系統和再生系統釋放出各種雜質和氣體得到再生循環使用。 

（2）物理提純。通過此機理凈化沼氣的主要是變壓吸附法。利用吸附劑在不同壓力條件下對不同氣體吸附力不同的原理來分離沼氣中的不同組份。沼氣中的H2O、CO2、H2S等吸附容量較大的強吸附組分在一定壓力下被吸附劑吸附停留在床層中，而較小吸附容量的弱吸附組分N2、CH4 等從床層出口輸出，從而實現了對沼氣的凈化。 

（3）生物脫除。在一定的條件下利用微生物生長繁殖需要沼氣中某些雜質氣體作為營養物質，從而實現對沼氣的凈化。 

現階段，物理化學法已被廣泛地應用且積累了豐富的經驗。但該方法存在運行費用高、投資大、再生困難、產生二次污染等缺點。生物法具有不需催化劑和氧化劑、不需處理化學污泥、少污染、低能耗、高效率、可回收單質硫等優點，正在成為沼氣脫硫領域的發展趨勢。 

二  沼氣凈化方法 

沼氣凈化的程度取決于沼氣的用途。沼氣供熱需要脫H2S、H2O，沼氣發電需要脫H2S、H2O、有機鹵化物，沼氣作汽車燃料需要脫H2S、H2O、有機鹵化物、CO2，沼氣并入天然氣網需要脫H2S、H2O、有機鹵化物、CO2以及金屬。沼氣中不同組分脫除的具體方法見表1。 

三  常用的沼氣凈化技術 

不管是什么用途，沼氣中的H2O 和H2S都要脫除。本文就沼氣脫H2O和脫H2S常用的技術詳述如下。 

（1）脫H2O 

脫H2O是因為導氣管中如果積累了水會溶解H2S腐蝕管道，此外當沼氣被加壓儲存時，沼氣中的水會凝結凍壞儲氣罐。發酵裝置出來的沼氣中所含的水分形式是飽和水蒸氣，一般采用冷分離法將其除去。通過調整壓力引起混合氣體溫度發生變化，使水蒸氣從氣態冷凝為液態的水后，將其從沼氣中脫除。此法經濟簡單，被大多數沼氣工程所采用。 

沼氣冷卻的方式有自然降溫及機械脫水兩種。冷卻溫度還要考慮下一步脫硫過程中不同脫硫劑對水分量的要求，根據脫硫劑的水分合理量進行適當的初步冷卻。 

在沼氣輸送過程中，還有一部分水要析出。為了避免析出的水分腐蝕或堵塞管道，常在管路的最低處安裝集水器，定期排除集水器中的水。 

（2）脫H2S 

脫H2S是為了避免H2S腐蝕設備、H2S中毒和如果沼氣燃燒H2S被氧化成SO2或SO3造成更大的危害。 

總結出來的8種H2S脫除方法可以分為物理提純、化學凈化和生物吸收。現就3種機理中常用的方法分析如下。 

① 活性炭吸附工藝。在變壓吸附系統中H2S可以通過用KI浸泡過的活性炭去除。此過程中，H2S被轉化為單質S和H2O，單質S就被活性炭吸收了。在連續運行的情況下，系統要包含兩個吸附裝置。如果活性炭上H2S的濃度超過3ppm，需要進行再生。 

② 氧化鐵吸收工藝。通過氧化鐵來吸收沼氣中的H2S，此工藝的脫硫原理如下：

此反應是放熱反應，最低溫度要求12℃，最佳反應溫度為25℃～50℃。所以，實際工程運營中，需要加熱來達到最佳反應溫度。另外，H2S的脫除是通過在活性氧化鐵表面的水膜中離解成H+和S2+后，再進行化學反應。因為此反應需要一定量的水，一般要將脫硫劑的水分含量控制在10%～15%。所以沼氣在前面的脫水過程中溫度不能太低，水分不能脫除得太多，但也應避免生成的冷凝水使球狀氧化鐵粘在一起，減少了反應表面，從而影響脫硫效果。 

此法的脫硫工藝中產生的硫化鐵可以被空氣氧化再生，生成氧化鐵和單質S。此工藝的反應原理如下，

從反應式可以看出，再生過程中會放出大量的熱，因此常常會發生自燃。為防止脫硫劑自燃，一般需要對卸除的廢脫硫劑噴灑少量水。另外，在經過很多次重復使用后，氧化鐵的表面上會覆蓋一層硫單質，所以就需要更換氧化鐵。通常一個裝置中要配有兩個反應床，一個進行脫硫時，另一個可以進行再生。 

在目前的畜禽養殖場沼氣工程中，氧化鐵吸收工藝被稱為干法脫硫。另外有一種常用的濕法脫硫。濕法脫硫的脫硫劑多用濃度為2%～3%的碳酸鈉溶液。此兩方法的脫硫劑都可以再生。 

③ 生物脫硫法。該法是利用無色硫細菌，如氧化硫硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌等，在一定的溫度、濕度和微氧的條件下，將H2S氧化成單質S或H2SO3。脫硫機理為：①H2S氣體溶解，即由氣相轉化為液相；②溶解后的H2S被微生物吸收，轉移至微生物體內；③進入微生物細胞內的H2S作為營養物被微生物分解、轉化和利用，從而達到去除H2S的目的。其反應方程式如下： 

2H2S+3O2→2H2SO3

2H2S+ O2→2S+2H2O

大部分的硫氧化細菌都屬于硫桿菌屬。硫桿菌隨處可見，用來脫除H2S并不需要接種。另外，大多硫桿菌是自養的，厭氧消化物的表面可以提供給它們一個生長所需的微觀好氧環境和必需的營養。所以，運用生物法脫硫，直接往厭氧消化罐或儲氣罐中通入一定量的O2或空氣并保持一定時間即可，方法比較簡單。適當的溫度、反應時間和空氣量可以使沼氣中的H2S含量減少至50ppm。 

在實際運用中，沼氣中通入O2或空氣的量根據沼氣中H2S的含量確定，一般為2％～6％的空氣。對于不同甲烷含量的沼氣，空氣中的爆炸范圍不同，所以必需采取一定的安全措施避免沼氣中通入過量的空氣引起爆炸。同時，生物脫硫也存在過程不容易控制、脫除出來的單質S容易堵塞填料及損害曝氣頭等缺點。 

四  脫硫方案選擇 

沼氣工程在實際運行中，多采用化學法或生物法脫除沼氣中的H2S。兩種脫硫方法的對比可得出以下結論。小型沼氣工程采用化學脫硫法比較實用；大中型沼氣工程更應采用生物脫硫法；工程上采用生物——化學聯合工藝處理高H2S濃度的沼氣是一種行之有效的方案。