CN104804790A - 具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，包括秸秆储存仓、快速降解罐、水解罐、独立换热器、CSTR一体化反应器、沼气纯化装置、叶面肥仓、沼液暂存池、固液分离器、有机肥仓；所述沼气纯化装置包括脱硫装置、脱碳装置、脱水装置、压缩机、储气罐、管道和阀门；脱硫装置采用喷淋碱性溶液的方法去除沼气中的H2S，通过气体均匀分布器和液体均匀分布器分别扩散沼气和碱性溶液，并通过两级反应板，使沼气中的H2S气体充分与碱性溶液反应，脱碳装置可有效使CO2气体充分与碱性溶液相接触，同时利用传感器和电控阀实时提供新的碱性溶液，保证碱性溶液的浓度，以保证持续较高的脱碳效率。
Description
技术领域
本发明属于沼气处理设备技术领域，特别涉及一种具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统。
背景技术
进入20世纪70年代以来，随着全球性石油危机的冲击和环保意识的提高，世界各国越来越重视开发和高效转换生物质能源，纷纷制定了发展研究计划。美国的能源农场、日本的阳光计划，印度的绿色能源工程和巴西的酒精能源计划都是针对生物质研究开发的专项支持，我国在2006年启动了“十一五”国家科技支撑计划“农林生物质工程”重大项目。目前生物质能源利用量占世界总能源的14％，相当于12.57亿吨石油。据联合国环境规划署报道，世界上种植的各类谷物每年可以提供秸秆17亿吨。2008年，我国年可收集农作物秸秆资源量为6.87亿吨，因此中国农作物秸秆产天然气的潜力巨大。
但现有技术在秸秆产沼气过程中技术不成熟，普遍存在产气量低，沼气纯度不高等问题，阻碍了秸秆产沼气的资源化利用。
沼气的成分一般有甲烷、二氧化碳、氧气、氮气、一氧化碳、氢气、水和硫化氢等其它气体组成。沼气的纯化工艺主要保留其可燃和助燃成分甲烷、氧气、一氧化碳和氢气，对沼气中的H2S，H2O，CO2和其它杂质进行去除。
由于碳酸钠溶液呈碱性，能吸收酸性气体，而且由于弱酸性的缓冲作用，在吸收酸性气体时，pH值不会很快发生变化，保证了系统的操作稳定性。此溶液对H2S吸收的化学反应方程式为：Na2CO3+H2S＝NaHCO3+NaHS。在采用碱性溶液法去除H2S的工艺中，碱性溶液和H2S反应，会降低碱性溶液的浓度，从而使吸收效率降低；工业中利用碱性溶液法去除H2S，一种是直接将气体通入碱性溶液中，另一种是采用喷淋的方法，前一种方法浪费碱性溶液，而后一种方法普遍存在的问题是喷淋雾液与H2S气体不能有效的充分接触，导致脱硫率较低。
沼气中的脱碳方法主要是液体吸收法和固体吸附法，液体吸收法分为两大类：一类是物理吸收法，即利用CO2能溶于某些液体的这一特性将其从混合物中分离出来，不同的溶剂吸收CO2的能力不同，最终达到的纯化度也不一样，但一般都比化学吸收的纯化度低。另一类是化学吸收法，根据CO2是酸性气体的特性，利用碱性吸收剂与CO2进行化学反应来去除。化学吸收法在不太高的压力下就可将气体中的CO2精制到很高的程度。但当用化学吸收时，当化学吸收剂完全反应完后就不再具有吸收CO2的特性，所以化学吸收剂的吸收能力是有限的。
在采用碱性溶液法去除CO2的工艺中，通常直接将气体通入碱性溶液中，存在CO2气体不能有效的充分与碱性溶液接触问题，导致脱硫率较低；同时，碱性溶液和CO2反应，会降低碱性溶液的浓度，从而使吸收效率降低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统。该系统中的沼气纯化装置可有效使喷淋碱性雾液与H2S气体充分接触，提高脱硫效率和脱硫溶液的利用率；同时，可有效使CO2气体充分与碱性溶液相接触，同时利用传感器和电控阀实时提供新的碱性溶液，保证碱性溶液的浓度，以保证持续较高的脱碳效率。该系统生产方便、操作性强、有效的实现了秸秆的资源化利用，实现了变废为宝，绿色循环经济。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，包括秸秆储存仓、快速降解罐、水解罐、独立换热器、CSTR一体化反应器、沼气纯化装置、叶面肥仓、沼液暂存池、固液分离器、有机肥仓；秸秆储存仓连接快速降解罐；快速降解罐通过管道与水解罐连接；水解罐通过管道与独立换热器连接；独立换热器分别通过管道与CSTR一体化反应器和固液分离器连接；CSTR一体化反应器通过管道与沼气纯化装置连接；固液分离器通过管道与沼液暂存池连接；固液分离器通过管道与有机肥仓连接；沼液暂存池分别通过管道与水解罐和叶面肥仓连接；
所述沼气纯化装置包括脱硫装置、脱碳装置、脱水装置、压缩机、储气罐，以及管道和阀门。
所述脱硫装置包括脱硫塔、第一碱性溶液罐、以及电控阀和管道；脱硫塔设置有脱硫塔进气口、脱硫塔出气口、脱硫塔进液口和脱硫塔出液口；所述脱硫塔进气口设置在脱硫塔的底端，脱硫塔进气口设置有第五阀门，脱硫塔进气口高出脱硫塔的底面，且脱硫塔进气口的正上方设置有伞罩，以防止喷淋产生的液体进入进气口；所述脱硫塔出气口设置在脱硫塔的顶端，在脱硫塔出气口处设置有第一气体检测传感器，用于检测H2S气体的浓度；所述脱硫塔进液口设置在脱硫塔的顶端，脱硫塔进液口处设置有喷头，喷头通过管道与第一碱性溶液罐相联通，在喷头与第一碱性溶液罐相联通的管道上设置有第一电控阀，用于控制调节碱性溶液的流量；所述脱硫塔出液口设置在脱硫塔的底端，脱硫塔出液口设置有第四电控阀；在脱硫塔的内部从下至上依次设置有气体均匀分布器、第一级反应板、第二级反应板和液体均匀分布器；所述气体均匀分布器为平板结构，其上均匀分布有第一通孔，通过第一通孔可以使进气口进来的沼气均匀扩散到脱硫塔内部；所述液体均匀分布器为平板结构，其上均匀分布有第二通孔，液体均匀分布器设置有圆形侧壁，液体均匀分布器下表面为平面，液体均匀分布器上表面从中心向圆周具有一定斜度(斜度范围为：与水平方向夹角10-25度)，喷淋液体时，液体可从中心位置扩散至四周，并透过第二通孔，从而达到均匀扩散液体的目的。
所述脱碳装置包括脱碳罐、第二碱性溶液罐、废液收集罐，以及电控阀和管道；脱碳罐的罐体直径从下至上为渐扩结构，脱碳罐设置有脱碳罐进气口、脱碳罐出气口、脱碳罐进液口和脱碳罐出液口；所述脱碳罐进气口设置在脱碳罐的顶端，沼气从脱碳罐进气口进入脱碳罐内部；所述脱碳罐出气口设置在脱碳罐的顶端，在脱碳罐出气口处设置有第二气体检测传感器，用于检测二氧化碳气体的浓度；所述脱碳罐进液口通过管道与第二碱性溶液罐相联通，在脱碳罐进液口与第二碱性溶液罐相联通的管道上设置有第二电控阀，用于控制调节碱性溶液的流量；所述脱碳罐出液口设置在脱碳罐的底端，脱碳罐出液口通过管道与废液收集罐相连，在脱碳罐出液口与废液收集罐相连的管道上设置有第三电控阀；脱碳罐的内部设置有气体分散装置，所述气体分散装置由气体分散装置主气管和气体分散装置分气管组成，气体分散装置分气管呈圆形均匀分布且与气体分散装置主气管相联通，气体分散装置主气管与脱碳罐进气口相联通，通过气体分散装置可以使从脱碳罐进气口进来的沼气均匀扩散到脱碳罐内部的溶液中；脱碳罐的内部还设置有搅拌装置，搅拌装置由转轴和搅拌桨叶组成，通过搅拌装置可进一步细化溶液中的沼气气泡，使沼气中的CO2气体充分与碱性溶液相接触。
脱硫塔出气口通过管道与脱碳罐进气口联通，在脱硫塔出气口与脱碳罐进气口联通的管道上设置有第一阀门；脱碳罐出气口通过管道与脱水装置进气口联通，在脱碳罐出气口与脱水装置联通的管道上设置有第二阀门；脱水装置出气口通过管道与压缩机联通，在脱水装置出气口与压缩机联通的管道上设置有第三阀门；压缩机通过管道与储气罐联通，在压缩机与储气罐联通的管道上设置有第四阀门。
在上述技术方案中，所述第一通孔的孔直径为3-5mm，孔间距为5--10mm。所述第二通孔的孔直径为5-8mm，孔间距为8--15mm。所述第一气体检测传感器通过检测H2S气体的浓度，可实时调节电控阀的流量以保证有适量的碱性溶液与H2S气体充分反应。所述气体分散装置分气管的孔直径为3-5mm，气体分散装置分气管的间距为8--15mm。所述气体分散装置分气管的长度为100--200mm。所述脱碳罐的罐体直径从下至上为渐扩结构，可以使沼气气泡上升过程中充分扩散，充分与碱性溶液相接触。通过第二气体检测传感器通过检测CO2气体的浓度，可实时调节第二电控阀和第三电控阀的流量提供新的碱性溶液，以保证有适量浓度的碱性溶液与CO2气体充分反应，从而保证持续高效的脱碳效率。
该系统生产方便、操作性强、有效的实现了秸秆的资源化利用，实现了变废为宝，绿色循环经济。尤其是利用该系统中的沼气纯化装置可有效使喷淋碱性雾液与H2S气体充分接触，提高脱硫效率和脱硫溶液的利用率；同时，该装置可有效使CO2气体充分与碱性溶液相接触，同时利用传感器和电控阀实时提供新的碱性溶液，保证碱性溶液的浓度，以保证持续较高的脱碳效率。
附图说明
图1是本发明中的沼气纯化装置的结构示意图，
图2是本发明的脱硫装置中的液体均匀分布器的结构示意图，
图3是图2的俯视图，
图4是本发明的脱硫装置中的气体均匀分布器的俯视图，
图5是本发明的脱碳装置中的气体分散装置的结构示意图，
图6是图5的仰视图，
图7是本发明的结构示意图。
图中：a为秸秆储存仓，b为快速降解罐，c为水解罐，d为独立换热器，e为CSTR一体化反应器，f为沼气纯化装置，g为叶面肥仓，h为沼液暂存池，i为固液分离器，j为有机肥仓，1为第一碱性溶液罐，2为第一电控阀，3为第一阀门，4为第二碱性溶液罐，5为第二电控阀，6为脱碳罐进气口，7为脱碳罐出气口，8为第二气体检测传感器，9为脱水装置进气口，10为第二阀门，11为脱水装置，12为储气罐，13为第四阀门，14为压缩机，15为第三阀门，16为废液收集罐，17为第三电控阀，18为脱碳罐出液口，19为转轴，20为搅拌桨叶，21为脱碳罐，22为气体分散装置，22-1为气体分散装置主气管，22-2为气体分散装置分气管，23为脱碳罐进液口，24为第一气体检测传感器，25为脱硫塔出气口，26为脱硫塔，27为脱硫塔出液口，28为第四电控阀，29为第五阀门，30为脱硫塔进气口，31为伞罩，32为气体均匀分布器，32-1为第一通孔，33为第一级反应板，34为第二级反应板，35为液体均匀分布器，35-1为侧壁，35-2为第二通孔，35-3为液体均匀分布器上表面，36为喷头，37为脱硫塔进液口。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
如附图7所示，一种具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，包括秸秆储存仓a、快速降解罐b、水解罐c、独立换热器d、CSTR一体化反应器e、沼气纯化装置f、叶面肥仓g、沼液暂存池h、固液分离器i、有机肥仓j；秸秆储存仓连接快速降解罐；快速降解罐通过管道与水解罐连接；水解罐通过管道与独立换热器连接；独立换热器分别通过管道与CSTR一体化反应器和固液分离器连接；CSTR一体化反应器通过管道与沼气纯化装置连接；固液分离器通过管道与沼液暂存池连接；固液分离器通过管道与有机肥仓连接；沼液暂存池分别通过管道与水解罐和叶面肥仓连接；
如附图1所示，所述沼气纯化装置包括脱硫装置、脱碳装置、脱水装置、压缩机、储气罐，以及管道和阀门。
所述脱硫装置包括脱硫塔、第一碱性溶液罐、以及电控阀和管道；脱硫塔26设置有脱硫塔进气口30、脱硫塔出气口25、脱硫塔进液口37和脱硫塔出液口27；所述脱硫塔进气口设置在脱硫塔的底端，脱硫塔进气口设置有第五阀门29，脱硫塔进气口高出脱硫塔的底面，且脱硫塔进气口的正上方设置有伞罩31，以防止喷淋产生的液体进入进气口；所述脱硫塔出气口设置在脱硫塔的顶端，在脱硫塔出气口处设置有第一气体检测传感器24，用于检测H2S气体的浓度；所述脱硫塔进液口设置在脱硫塔的顶端，脱硫塔进液口处设置有喷头36，喷头通过管道与第一碱性溶液罐1相联通，在喷头与第一碱性溶液罐相联通的管道上设置有第一电控阀2，用于控制调节碱性溶液的流量；所述脱硫塔出液口设置在脱硫塔的底端，脱硫塔出液口设置有第四电控阀28；
在脱硫塔的内部从下至上依次设置有气体均匀分布器32、第一级反应板33、第二级反应板34和液体均匀分布器35；参见附图4，所述气体均匀分布器为平板结构，其上均匀分布有第一通孔32-1，通过第一通孔可以使进气口进来的沼气均匀扩散到脱硫塔内部；参见图2和图3，所述液体均匀分布器为平板结构，其上均匀分布有第二通孔35-2，液体均匀分布器设置有圆形侧壁35-1，液体均匀分布器下表面为平面，液体均匀分布器上表面35-3从中心向圆周具有一定斜度(斜度范围为：与水平方向夹角10-25度)，喷淋液体时，液体可从中心位置扩散至四周，并透过第二通孔，从而达到均匀扩散液体的目的。
所述第一通孔的孔直径为3-5mm，孔间距为5--10mm。所述第二通孔的孔直径为5-8mm，孔间距为8--15mm。通过第一气体检测传感器通过检测H2S气体的浓度，可实时调节电控阀的流量以保证有适量的碱性溶液与H2S气体充分反应。
所述脱碳装置包括脱碳罐21、第二碱性溶液罐4、废液收集罐16，以及电控阀和管道；脱碳罐21的罐体直径从下至上为渐扩结构，脱碳罐设置有脱碳罐进气口6、脱碳罐出气口7、脱碳罐进液口23和脱碳罐出液口18；所述脱碳罐进气口设置在脱碳罐的顶端，沼气从脱碳罐进气口进入脱碳罐内部；所述脱碳罐出气口设置在脱碳罐的顶端，在脱碳罐出气口处设置有第二气体检测传感器8，用于检测二氧化碳气体的浓度；所述脱碳罐进液口通过管道与第二碱性溶液罐4相联通，在脱碳罐进液口与第二碱性溶液罐相联通的管道上设置有第二电控阀5，用于控制调节碱性溶液的流量；所述脱碳罐出液口18设置在脱碳罐的底端，脱碳罐出液口通过管道与废液收集罐16相连，在脱碳罐出液口与废液收集罐相连的管道上设置有第三电控阀17；
脱碳罐的内部设置有气体分散装置22，参见图5和图6，所述气体分散装置由气体分散装置主气管22-1和气体分散装置分气管22-2组成，气体分散装置分气管呈圆形均匀分布且与气体分散装置主气管相联通，气体分散装置主气管与脱碳罐进气口相联通，通过气体分散装置可以使从脱碳罐进气口进来的沼气均匀扩散到脱碳罐内部的溶液中；
脱碳罐的内部还设置有搅拌装置，搅拌装置由转轴19和搅拌桨叶20组成，通过搅拌装置可进一步细化溶液中的沼气气泡，使沼气中的CO2气体充分与碱性溶液相接触。
所述气体分散装置分气管的孔直径为3-5mm，气体分散装置分气管的间距为8--15mm。所述气体分散装置分气管的长度为100--200mm。所述脱碳罐的罐体直径从下至上为渐扩结构，可以使沼气气泡上升过程中充分扩散，充分与碱性溶液相接触。
所述第二气体检测传感器通过检测CO2气体的浓度，可实时调节第二电控阀5和第三电控阀17的流量提供新的碱性溶液，以保证有适量浓度的碱性溶液与CO2气体充分反应，从而保证持续高效的脱碳效率。
脱硫塔出气口25通过管道与脱碳罐进气口6联通，在脱硫塔出气口与脱碳罐进气口联通的管道上设置有第一阀门3；脱碳罐出气口7通过管道与脱水装置进气口9联通，在脱碳罐出气口与脱水装置联通的管道上设置有第二阀门10；脱水装置出气口通过管道与压缩机14联通，在脱水装置出气口与压缩机联通的管道上设置有第三阀门15；压缩机通过管道与储气罐12联通，在压缩机与储气罐联通的管道上设置有第四阀门13。
该系统生产方便、操作性强、有效的实现了秸秆的资源化利用，实现了变废为宝，绿色循环经济。尤其是利用该系统中的沼气纯化装置可有效使喷淋碱性雾液与H2S气体充分接触，提高脱硫效率和脱硫溶液的利用率；同时，该装置可有效使CO2气体充分与碱性溶液相接触，同时利用传感器和电控阀实时提供新的碱性溶液，保证碱性溶液的浓度，以保证持续较高的脱碳效率。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，其特征在于：
包括秸秆储存仓、快速降解罐、水解罐、独立换热器、CSTR一体化反应器、沼气纯化装置、叶面肥仓、沼液暂存池、固液分离器、有机肥仓；秸秆储存仓连接快速降解罐；快速降解罐通过管道与水解罐连接；水解罐通过管道与独立换热器连接；独立换热器分别通过管道与CSTR一体化反应器和固液分离器连接；CSTR一体化反应器通过管道与沼气纯化装置连接；固液分离器通过管道与沼液暂存池连接；固液分离器通过管道与有机肥仓连接；沼液暂存池分别通过管道与水解罐和叶面肥仓连接；
所述沼气纯化装置包括脱硫装置、脱碳装置、脱水装置、压缩机、储气罐、管道和阀门；
所述脱硫装置包括脱硫塔、第一碱性溶液罐、电控阀和管道；脱硫塔设置有脱硫塔进气口、脱硫塔出气口、脱硫塔进液口和脱硫塔出液口；所述脱硫塔进气口设置在脱硫塔的底端，脱硫塔进气口设置有第五阀门，脱硫塔进气口高出脱硫塔的底面，且脱硫塔进气口的正上方设置有伞罩；所述脱硫塔出气口设置在脱硫塔的顶端，在脱硫塔出气口处设置有第一气体检测传感器；所述脱硫塔进液口设置在脱硫塔的顶端，脱硫塔进液口处设置有喷头，喷头通过管道与第一碱性溶液罐相联通，在喷头与第一碱性溶液罐相联通的管道上设置有第一电控阀；所述脱硫塔出液口设置在脱硫塔的底端，脱硫塔出液口设置有第四电控阀；
脱硫塔的内部从下至上依次设置有气体均匀分布器、第一级反应板、第二级反应板和液体均匀分布器；所述气体均匀分布器为平板结构，其上均匀分布有第一通孔；所述液体均匀分布器为平板结构，其上均匀分布有第二通孔，液体均匀分布器设置有圆形侧壁，液体均匀分布器下表面为平面，液体均匀分布器上表面从中心向圆周具有斜度；
所述脱碳装置包括脱碳罐、第二碱性溶液罐、废液收集罐、电控阀和管道；脱碳罐的罐体直径从下至上为渐扩结构，脱碳罐设置有脱碳罐进气口、脱碳罐出气口、脱碳罐进液口和脱碳罐出液口；所述脱碳罐进气口设置在脱碳罐的顶端；所述脱碳罐出气口设置在脱碳罐的顶端，在脱碳罐出气口处设置有第二气体检测传感器；所述脱碳罐进液口通过管道与第二碱性溶液罐相联通，在脱碳罐进液口与第二碱性溶液罐相联通的管道上设置有第二电控阀；所述脱碳罐出液口设置在脱碳罐的底端，脱碳罐出液口通过管道与废液收集罐相连，在脱碳罐出液口与废液收集罐相连的管道上设置有第三电控阀；
脱碳罐的内部设置有气体分散装置，所述气体分散装置由气体分散装置主气管和气体分散装置分气管组成，气体分散装置分气管呈圆形均匀分布且与气体分散装置主气管相联通，气体分散装置主气管与脱碳罐进气口相联通；脱碳罐的内部还设置有搅拌装置，搅拌装置由转轴和搅拌桨叶组成；
脱硫塔出气口通过管道与脱碳罐进气口联通，在脱硫塔出气口与脱碳罐进气口联通的管道上设置有第一阀门；脱碳罐出气口通过管道与脱水装置进气口联通，在脱碳罐出气口与脱水装置进气口联通的管道上设置有第二阀门；脱水装置出气口通过管道与压缩机联通，在脱水装置出气口与压缩机联通的管道上设置有第三阀门；压缩机通过管道与储气罐联通，在压缩机与储气罐联通的管道上设置有第四阀门。
2.根据权利要求1所述的具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，其特征在于：所述第一通孔的孔直径为3-5mm，孔间距为5--10mm。
3.根据权利要求1所述的具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，其特征在于：所述第二通孔的孔直径为5-8mm，孔间距为8--15mm。
4.根据权利要求1所述的具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，其特征在于：所述液体均匀分布器上表面斜度范围为：与水平方向夹角10--25度。
5.根据权利要求1所述的具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，其特征在于：所述气体分散装置分气管的孔直径为3-5mm。
6.根据权利要求1所述的具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，其特征在于：所述气体分散装置分气管的间距为8--15mm。
7.根据权利要求1所述的具有高效脱硫脱碳功能的秸秆产沼气资源化处理系统，其特征在于：所述气体分散装置分气管的长度为100--200mm。
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