CN105733719B - 一种适用于天然气生物脱硫的曝气装置和生物反应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于天然气生物脱硫的曝气装置和生物反应系统，属于天然气净化装置领域。所述用于天然气生物脱硫的曝气装置包括：进气主管，用于与供气设备连接；与进气主管连通的分布管，该分布管与所述进气主管垂直；以及与分布管连通的多个分布支管，每个分布支管与所述分布管垂直，并且与所述分布管处于同一平面内；包裹于所述分布支管上的弹性曝气膜，在所述弹性曝气膜上有多个曝气孔，所述曝气装置曝气孔在曝气时处于打开状态，在不曝气或者曝气压力不足时处于关闭状态。所述生物反应系统包括生物反应池及位于生物反应池内部的上述曝气装置。本发明可以有效解决天然气生物脱硫含硫富液再生过程中固体颗粒堵塞进气管道的问题。

Description

一种适用于天然气生物脱硫的曝气装置和生物反应系统
技术领域
本发明涉及一种曝气装置和生物反应系统，尤其涉及一种适用于天然气生物脱硫的曝气装置和生物反应系统，属于天然气净化装置领域。
背景技术
曝气装置广泛应用于生物发酵、污水处理等各个领域。曝气装置在天然气生物脱硫含硫富液再生过程中的作用主要体现在以下两个方面：一方面将空气鼓入生物反应器中，空气中的氧气为硫杆菌提供好氧环境，氧化硫化物，生成单质硫，形成脱硫效果。主要反应式如下：
HS–+1/2O2→S+OH–
HS–+2O2→SO4 2–+H+
另一方面，鼓入空气使反应液搅拌混合均匀。
目前的曝气装置按充氧方式可分为鼓风曝气和机械曝气。
鼓风曝气系统一般由空压机、管道、空气扩散装置组成，空气扩散装置有多种形式，如微气泡、中气泡、大气泡等类型，效率以微孔扩散装置最高，多是用多孔性材料如刚玉、粗瓷等掺以适当的粘合剂烧结而成。而机械曝气无论是设计、制造、安装，还是现场的使用与维护都较复杂，投资和成本较高，运用并不广泛。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：对于生物脱硫曝气装置而言，曝气装置容易被堵塞。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种可以避免被堵塞的曝气装置。具体而言，包括以下的技术方案：
一种适用于天然气生物脱硫的曝气装置，包括：
进气主管，用于与供气设备连接；
与进气主管连通的分布管，该分布管与所述进气主管垂直；
以及与分布管连通的多个分布支管，每个分布支管与所述分布管垂直，并且与所述分布管处于同一平面内；
该曝气装置还包括包裹于所述分布支管上的弹性曝气膜，在所述弹性曝气膜上有多个曝气孔，所述曝气孔在曝气时处于打开状态，在不曝气或者曝气压力不足时处于关闭状态。
优选地，所述进气主管为中心线竖直向下的进气主管。
优选地，所述弹性曝气膜为橡胶材料的曝气膜。
优选地，所述多个曝气孔均匀分布在所述弹性曝气膜上。
优选地，所述曝气孔的孔径为80-100微米。
优选地，所述曝气孔的分布密度为20000-25000个/平方米。
优选地，所述分布管为两端封闭的直管。
优选地，所述分布管为两端封闭的圆弧形管。
优选地，所述分布管的中部与所述进气主管底部连通。
优选地，所述分布支管的数量为16根以上。
优选地，所述多个分布支管为平行排列。
优选地，所述分布支管间的距离为15～25厘米。
优选地，所述曝气装置还包括曝气泵，所述曝气泵的出气口与所述进气主管连通。
另外，本发明还提供了一种可以避免被堵塞的生物反应系统。具体而言，包括以下的技术方案：
一种生物反应系统，包括：
生物反应池和所述可以避免被堵塞的曝气装置。所述曝气装置位于所述生物反应池的内部；且所述曝气装置的进气主管的中心线垂直于所述生物反应池的顶部平面，并且贯通所述生物反应池的顶部平面的中心。
优选地，所述曝气装置的进气主管的底端靠近所述生物反应池的底部。
优选地，所述曝气装置的进气主管的底端与所述生物反应池的底部的距离为80cm以下。
优选地，所述曝气装置的分布管长度略小于所述生物反应池直径。
优选地，所述曝气装置的分布支管的长度最长略小于所述生物反应池半径。
本发明提供的可以避免被堵塞的曝气装置以及生物反应系统带来的有益效果是：
1、由于分布支管上的曝气膜具有弹性，因此曝气孔在曝气时处于打开状态，在不曝气或者曝气压力不足时处于关闭状态，有效解决了天然气生物脱硫含硫富液再生过程中固体颗粒堵塞进气管道的问题。同时还可以防止液体倒灌。
2、曝气孔在曝气膜上均匀分布，使气体以微小气泡均匀分布在生物反应器中，提高空气利用率。
3、该装置结构简单，便于安装，使用寿命长，能够有效降低成本。
附图说明
图1为实施方式1的曝气装置的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为实施方式2的生物反应系统的结构示意图；
图4为图3的俯视图；
图5为实施方式3的曝气装置的结构示意图；
图6为实施方式4的生物反应系统的结构示意图。
附图标记分别表示：1、进气主管，2、分布管，3、分布支管，4、曝气膜，5、生物反应池。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施方式1
本发明的第一种实施方式为一种适用于天然气生物脱硫的曝气装置。如图1、图2所示，图1为实施方式1的曝气装置的结构示意图；图2为图1的俯视图。该装置包括：进气主管1，用于与供气设备连接；与进气主管1连通的分布管2，该分布管与所述进气主管垂直；与分布管连通的多个分布支管3，每个分布支管与所述分布管垂直，并且与所述分布管处于同一平面内；包裹于所述分布支管上的弹性曝气膜4，在所述弹性曝气膜4上有多个曝气孔，所述曝气孔在曝气时处于打开状态，在不曝气或者曝气压力不足时处于关闭状态。
该曝气装置的工作原理是，来自于曝气泵(图1中未示出)的压缩空气，依次进入进气主管1，与进气主管1连通的分布管2，与分布管连通的多个分布支管3，然后所述压缩空气从分布支管3上的曝气孔出来，通过弹性曝气膜4上曝气孔，为生物反应池供给空气。弹性曝气膜4由于具有弹性，所以在曝气时处于打开状态，可以为压缩空气提供出口，在不曝气或者曝气压力不足时处于关闭状态，可以阻止生物反应池中的污水等回流到曝气装置中，而且还可以阻止生物反应池中的污水堵塞曝气孔，影响曝气效率。综合来说，不论在曝气时或者不曝气时或者曝气压力不足时，本发明的曝气装置都可以避免生物反应池中的污水等回流到曝气装置中，也可以避免曝气孔被阻塞而影响工作效率。
在本实施方式的曝气装置中，分布支管3上设置有曝气孔或者气体出口，该分布支管3上的曝气孔或者气体出口将来自于曝气泵的压缩空气输送至弹性曝气膜4的曝气孔中，从而为生物反应池提供空气。
在上述的曝气装置中，所述弹性曝气膜4的材料并没有特别的限制，只要相对于塑料和钢材等材料具有一定的弹性即可。最主要的是在曝气时，所述弹性曝气膜4的曝气孔能够处于开放状态，在不曝气或者曝气压力不足时，所述弹性曝气膜4的曝气孔能够处于闭合状态即可。另外，所述弹性曝气膜4的材料优选为橡胶。之所以选用橡胶，是因为橡胶的回弹性能好，可以保证曝气膜在经过多次开启-关闭的过程后仍具有良好性能，减少曝气膜的更换次数。选择橡胶的另一个原因是橡胶的耐腐蚀性能好，可以在脱硫溶液的碱性环境中长期保持优良性能。
在上述的曝气装置中，所述多个曝气孔均匀分布在所述弹性曝气膜4上，孔径为80微米，分布密度为20000个/平方米。这个数值是根据天然气生物脱硫富液再生的特点设计的。这样的设计可以保证气体以微小气泡均匀分布在生物反应池当中，避免较大直径的气泡产生，提高空气的利用率，有效防止天然气生物脱硫含硫富液再生过程中固体颗粒堵塞进气管道。
在上述的曝气装置中，所述分布管2的形状可以为直管也可以为圆弧形管。如图1所示，本实施方式中采用直管。将其两端封闭是为了使气体都通过所述分布支管3上的曝气膜上的曝气孔进入生物反应池中，以确保气体均匀鼓入。
在上述的曝气装置中，所述分布管2的中部与所述进气主管1底部连通。这样的设计可以使整个装置在使用过程中平稳运行。为了进一步实现平稳运行，所述分布支管3等间距平行排列。所述分布管2和多根所述分布管3组合之后，形成对称的图形，其中以分布管2为对称轴。这样的设置，可以使得曝气装置能够处于平衡状态。
在上述的曝气装置中，所述分布支管3是平行排列的，且数量为20根，20根分布支管可以使再生塔截面上均匀曝气。
在上述的曝气装置中，所述各个分布支管间的距离为20厘米，这个数值是由脱硫富液的性质和预期再生效果确定的。在本实施方式中，所用脱硫溶液为碳酸钠与碳酸氢钠缓冲体系，预计硫磺生成率达到85％以上，因此将分布支管的间距设为该数值。
在上述的曝气装置中，进气主管1、分布管2以及分布支管3的材料并没有特殊限定，只要不与脱硫富液发生反应，能够保持稳定即可，
在上述的曝气装置中，所述的分布支管由同一规格的塑料管制成，之所以选择塑料是是因为塑料成本低、易清洗、耐腐蚀、易于更换。
在上述的曝气装置中，所述进气主管1与分布管2之间、分布管2与分布支管3之间都是通过螺纹连通的。这样的连接方式便于组装、拆卸、清洗。
在上述的曝气装置中，所述进气主管1、分布管2以及分布支管3的直径由本领域的技术人员根据实际情况确定。
在上述的曝气装置中，还包括曝气泵，所述曝气泵的出气口与所述进气主管连通。本领域的技术人员可以根据实际情况选择曝气泵的型号、功率等。
实施方式2
本发明的第二种实施方式为一种适用于天然气生物脱硫的生物反应系统。如图3、图4所示。图3为实施方式2的生物反应系统的结构示意图，图4为图3的俯视图。该生物反应系统包括生物反应池5和实施方式1所述的曝气装置，所述曝气装置的进气主管1的中心线垂直于所述生物反应池5的顶部平面，并且贯通所述生物反应池的顶部平面的中心。
该生物反应系统在工作时，含有硫化氢的脱硫富液从上游单元进入生物反应池内，脱硫微生物利用从实施方式1所述的曝气装置鼓入的空气对脱硫富液进行再生。实施方式1所述的曝气装置除了为脱硫微生物提供氧气外，还起到了搅拌混合的作用，使所述生物反应池中的脱硫富液与空气充分接触，提高脱硫效率。
在上述的生物反应系统中，所述的生物反应池由本领域技术人员根据实际情况选择。本实施例中所用生物反应池内径为2.8米。
在上述的生物反应系统中，所述曝气装置的进气主管1的底端与所述生物反应池5的底部的距离为30厘米。进气主管1的底端与所述生物反应池5的底部的距离由脱硫富液的固体颗粒沉降高度以及曝气孔气流速度确定。同时，这样的距离可以使反应液搅拌混合均匀，使富液中的硫化氢与脱硫微生物充分接触，防止硫沉积在反应池底部，提高脱硫效率。
在上述的生物反应系统中，所述曝气装置的分布管2长度为2.6米。这个长度由所述生物反应池的内径决定。分布管长度略小于反应器内径即可。
在上述的生物反应系统中，分布支管的长度也由所述生物反应池的内径决定。所有分布支管构成的平面的面积略小于所述生物反应器内横截面面积即可。
实施方式3
图5为本发明第三种实施方式的曝气装置的结构示意图。如图5所示，第三种实施方式与上述第一种实施方式的区别在于，气体分布管2的形状为两个相连的半圆，即圆弧所对应的圆心角的角度为180°。上述圆弧的圆心角不限于180°，可以根据脱硫富液的性质和对硫磺产率的需求进行调整，例如，圆心角的角度还可以为150°、160°、170°、190°、200°。结合图3和图5可以看出，生物反应池5的内径是一定的，采用圆弧形的分布管5可以增加分布支管3的数量，从而提高曝气效率。实施方式1中，直形的分布管2使得分布支管3处于同一个平面内，而圆弧形的分布管2使分布支管3不在同一个平面内，增加了曝气的面积，提高脱硫富液再生效果。
实施方式4
图6为本发明第四种实施方式的生物反应系统的结构示意图。如图6所示，第四种实施方式与上述第二种实施方式的区别在于，所述曝气装置的进气主管1的底端位于所述生物反应池5的中部。与实施方式2相比，本实施例中由于所述曝气装置的进气主管1的底端与所述生物反应池5的距离较远，使得位于生物反应池5底部的脱硫富液不能与空气充分接触，生成的硫磺也沉积在所述反应池底部，影响脱硫效果。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种适用于天然气生物脱硫的曝气装置，包括：
进气主管，用于与供气设备连接；
与进气主管连通的分布管，该分布管与所述进气主管垂直；以及
与分布管连通的多个分布支管，每个分布支管与所述分布管垂直；
其特征在于，
该曝气装置还包括包裹于所述分布支管上的弹性曝气膜，在所述弹性曝气膜上有多个曝气孔，所述曝气孔在曝气时处于打开状态，在不曝气或者曝气压力不足时处于关闭状态；
所述分布管为两端封闭的圆弧形管。
2.根据权利要求1所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述进气主管为中心线竖直向下的进气主管。
3.根据权利要求1所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述弹性曝气膜为橡胶材料的曝气膜。
4.根据权利要求1或3所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述多个曝气孔均匀分布在所述弹性曝气膜上。
5.根据权利要求1所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述曝气孔的孔径为80-100微米。
6.根据权利要求5所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述曝气孔的分布密度为20000-25000个/平方米。
7.根据权利要求1所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述分布管的中部与所述进气主管底部连通。
8.根据权利要求1所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述分布支管的数量为16根以上。
9.根据权利要求1所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述多个分布支管为平行排列。
10.根据权利要求9所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述分布支管间的距离为15～25厘米。
11.根据权利要求1所述的适用于天然气生物脱硫的曝气装置，其特征在于，所述曝气装置还包括曝气泵，所述曝气泵的出气口与所述进气主管连通。
12.一种生物反应系统，包括：
生物反应池；
权利要求1-11任一项所述的曝气装置，所述曝气装置位于所述生物反应池的内部；
其特征在于，所述曝气装置的进气主管的中心线垂直于所述生物反应池的顶部平面，并且贯通所述生物反应池的顶部平面的中心。
13.根据权利要求12所述的生物反应系统，其特征在于，所述曝气装置的进气主管的底端靠近所述生物反应池的底部。
14.根据权利要求13所述的生物反应系统，其特征在于，所述曝气装置的进气主管的底端与所述生物反应池的底部的距离为80cm以下。
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