CN108753389A - 一种沼气净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沼气净化方法，涉及沼气净化领域，其净化方法包括：水冷却，以清理沼气中的水蒸气、泡沫和其他污物；水洗脱硫，除二氧化碳增氧；气水分离，以降低沼气中的含水量；除雾分离，进一步降低沼气中的含水量；干法脱硫，实现沼气脱硫；存储加压，以克服沼气在输送过程中的阻力和损失；除雾分离，降低沼气含水量，以降低沼气在终端使用过程中的腐蚀性。本发明提供的沼气净化方法工艺流程简单，操作稳定，无副作用，脱硫除酸性气体二氧化碳增氧效率高，从而降低沼气净化处理运行费用和投资费用。

Description

一种沼气净化方法
技术领域
本发明涉及沼气净化领域，尤其涉及一种沼气净化方法。
背景技术
沼气是一种可燃混合气体，其成分的含量硫化氢(H2S)的浓度受发酵原料的种类和相对含量或发酵时间、工艺、条件、阶段的不同影响而变化很大(硫化氢从几百毫克/立方米到几万毫克/立方米)。蛋白质的含量的多少也直接影响沼气中氨及硫化氢的含量。
蛋白质是由许多氨基酸分子所组成。蛋白质必须水解至氨基酸。在厌氧微生物作用下氨基酸的分解过程，参与合成作用。除脱氨基产生氨。脱去硫，产生有臭气，易中毒，无色气体的硫化氢。而氨基酸分解时所产生的有机酸类变成细胞的碳水化合物，才能渗入微生物细胞内，转化而生成甲烷(CH4)约占50％～75％,二氧化碳(CO2)约占25％～50％，还有少量的氢(H2)，一氧化碳(CO)，氮(N2)，氧(O2)等气体和水。
沼气中硫化氢(H2S)含量200mg/m3～8000mg/m3之间，蛋白质含量较高的原料发酵时沼气中的硫化氢含量就较高(6000mg/m3～28000mg/m3)，糖密酒精发酵时沼气中的硫化氢含量为最高30000mg/m3～60000mg/m3。
酿造用原料，小麦、玉米、高粱等都是含蛋白质高的原料。瓜干木薯为原料生产酒精的酿造废水，厌氧发酵产生的沼气硫化氢含量低200mg/m3～500mg/m3无需脱硫，直接发电或送入锅炉中燃烧和民用。
由于酿造废水是酸性，在厌氧发酵过程中产生的二氧化碳(CO2)为酸性气体，它的存在给脱硫，除二氧化碳带来了不利影响。
沼气中的二氧化碳不应高于44％～50％，较高时，脱硫能力下降。过高也说明发酵液酸性增大，硫增高，厌氧发酵出现不正常，导致沼气不纯。在燃烧过程中火焰发红，有刺鼻的气味和眼睛流水，致使燃烧值和效率低，影响发电。锅炉燃烧和民用，腐蚀机械设备，对输送沼气管道和民用也不利。
含硫化氢高的沼气作为发电机的燃料，燃烧所产生的废气将会侵蚀发电机和使用寿命减短，腐蚀余热回收等设备，产生有毒气体二氧化硫，污染环境。
传统沼气净化：沼气流经脱硫塔内，进入颗粒状的氧化铁脱硫剂中化学反应进行脱硫，它适用于日常处理量小，含硫量低的沼气净化，能达到很好地净化效果。具有工艺简单，成熟可靠等优点。缺点是，其净化系统设备笨重，更换脱硫剂费工费时。二氧化碳含量在44％～50％，硫化氢含量达8000mg/m3以上，很难达到脱硫除二氧化碳标准要求。废脱硫剂难以再次利用，污染环境。
为了克服传统沼气净化系统设备笨重，且当二氧化碳含量在44％～50％，硫化氢含量达8000mg/m3以上时，难以达到净化效果的问题，本发明致力于提供一种新的沼气净化方法。该沼气净化方法操作简单方便，不污染环境，技术先进可靠，高效低阻，微机控制，投资费用低，工艺流程简单，操作稳定，无副作用，脱硫除酸性气体二氧化碳增氧效率高，从而降低沼气净化处理运行费用和投资费用。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种沼气净化方法，简化工艺流程，减少环境污染并提高沼气净化效率，从而降低沼气净化处理运行费用和投资费用。
为实现上述目的，本发明提供了一种沼气净化方法，包括步骤1：水冷却，以清理沼气从厌氧微生物发酵过程中带出的水蒸气、泡沫和其他污物；步骤2：水洗脱硫，除二氧化碳增氧，应用水吸附和吸收硫化氢及二氧化碳的方法，同时又达到增氧作用；步骤3：气水分离，以降低沼气中的含水量；步骤4：除雾分离，以进一步降低沼气中的含水量；步骤5：干法脱硫，沼气通过脱硫剂发生化学反应，以实现脱硫；步骤6：存储加压，以克服沼气在输送过程中的阻力和损失；步骤7：除雾分离，再次降低沼气含水量，以降低沼气在终端使用过程中的腐蚀性。
进一步地，所述步骤1中水冷却温度控制在15～25℃。
进一步地，所述步骤1和所述步骤2之间应进行水封阻火，以防止回火。
进一步地，所述步骤2的水洗脱硫中，水是以喷射的方式往下分布淋滴，气是从底部均匀散布。
进一步地，所述步骤3的气水分离完成后，沼气中含水量约为20％～30％。
进一步地，所述步骤4的除雾分离完成后，沼气中含水量约为10％～15％。
进一步地，所述步骤5的干法脱硫中所述脱硫剂为三氧化二铁。
进一步地，所述步骤5中所述沼气通过所述脱硫剂之前再次进行脱水。
进一步地，所述三氧化二铁为颗粒状。
进一步地，所述步骤6的存储加压，其压力范围为4000～7000Pa。
本发明所述一种沼气净化方法，通过水冷却、水洗脱硫、气水分离、除雾分离、干法脱硫、存储加压、再次除雾分离等工艺过程，实现沼气的脱水除硫净化。此工艺方法适用于含硫化氢，二氧化碳高的大中型沼气工程，其整个工艺流程简单，操作稳定，且具有如下技术优点：
(1)水洗脱硫除二氧化碳增氧，水溶液无毒，进入好氧微生物生化处理达标排放；
(2)干法氧化铁脱硫剂，在脱硫除二氧化碳的同时，能和沼气中的氧(2.0～3.0％)进行连续循环再生反应，不影响正常脱硫。
以下将结合附图对本发明的构思、具体组成及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一较佳实施例的沼气净化工艺流程图。
具体实施方式
下面实施例是对本发明做进一步地详细说明，实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式和操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示，本发明实施例中的沼气净化方法，其整个沼气净化流程包含以下步骤。对应每一步骤，本发明还提供了一种实现该工艺方法的装置设备，各装置工艺及特点如下所述。
步骤1水冷却，以清理沼气从厌氧微生物发酵过程中带出的水蒸气、泡沫和其他污物。
沼气在进入脱硫系统前经过水冷却进行清理沼气从厌氧微生物发酵过程中带出的水蒸气、少量泡沫和其他污物(也就是常说的雾沫夹带)。
本实施例中所述的厌氧微生物发酵过程在厌氧微生物发酵装置中发生，水冷却过程在水冷却器中完成。初步冷却用生产纯净水的废水(水温15～25℃)冷却，使雾状水和水滴从水冷却器的冷凝管壁周围和空间中淋滴下来进行低温气液两相分离。
步骤2湿法水洗脱硫，除二氧化碳增氧，应用水吸附和吸收硫化氢及二氧化碳的方法，同时又达到增氧作用。
湿法水洗脱硫，除二氧化碳增氧，适用于处理沼气量大，含硫化氢、二氧化碳高的气体净化工程。它是一种应用水吸附和吸收硫化氢及二氧化碳的方法，同时又达到增氧作用。湿法水洗脱硫，除二氧化碳增氧，最佳温度为10～30℃，不仅能充分发挥脱硫除二氧化碳增氧最大化，还能不污染环境，高效低阻，投资费用低，工艺流程简单，操作稳定。
水洗脱硫，除酸性二氧化碳增氧是一个化学、物理吸附、吸收和溶解过程，产生污染的水，进入好氧微生物处理后，达标排放。沼气在水洗脱硫，除二氧化碳增氧过程中，要注意控制水流量，流量大沼气阻力大，浪费水，流量小达不到脱硫，除二氧化碳增氧效率，采用自动变频调速控制水流量。
本实施例中在水洗塔中实现脱硫增氧。水洗塔属于气、液接触式净化沼气，它是在塔内按照一定距离和比例设置三块塔板，水是以喷射的方式往下分布淋滴。气是从底部均匀散布，穿过塔板上的液层往上进行传质去除、净化脱硫除二氧化碳增氧过程。从上述水冷却脱水分离后的沼气进入到水洗塔中水洗脱硫，系统中设置水封阻火器进行水封阻火。水封阻火器起逆止阀作用，防止回火。
水通过布水装置连续的，均匀的喷洒，淋到塔板装置上，在重力作用下，以水膜和水滴的形式向下渗流，使硫化氢，酸性气体二氧化碳和水，及水中的氧接触，溶合，离解又能被进一步吸收，氧化。氧化是借助水中载氧体的催化作用，把被吸收的硫化氢氧化为单质硫和氢硫酸，溶解于水中。水经管道，阀门流出塔外，进入好氧，进行好氧微生物和氧化处理，使水中的硫化氢、单质硫、氢硫酸和其它物质，得到很好地处理，达标排放，不污染环境。
蛋白质含量较高的原料(小麦、玉米、高粱等)生产酒精废水厌氧发酵产生沼气(甲烷气)成份分析比对表1：
序号 气体名称 未经水洗塔气体 水洗塔水洗气体
1 甲烷(CH4)％ 50～57 68～72
2 二氧化碳(CO2)％ 35～45 23～30
3 硫化氢(H2S)mg/m3 25000～35000 1000～5000
4 氧(O2)％ 0.1～0.5 2.0～3.0
从表1看湿法水洗脱硫结果数据，硫化氢含量高于发电锅炉助燃和民用标准规定要求(硫化氢标准规定的浓度50mg/m3)，只能再次采用干法脱硫(采用颗粒状的氧化铁脱硫剂进行再次脱硫达到标准规定要求)。
步骤3气水分离，以降低沼气中的含水量。
沼气经过(20--25℃充氧、曝气的水，水内含氧量在3％～5％，pH7.3～8.0)，水洗脱硫，除二氧化碳，增氧后，含水量约为25％～35％。进行气水分离后，沼气中的含水量约为20％～30％。
本实施例中气水分离为沼气在气水分离器内旋转上升后实现初步脱水，气水分离器内产生的分离水都聚集在底部，通过排污阀定时对外排放。
步骤4除雾分离，以进一步降低沼气中的含水量。
沼气经气水分离后含水量还有20％～30％，氧化铁脱硫剂在运行中最佳含水量为10％～15％，只有在这样的条件下氧化铁脱硫剂才有较高的活性。除雾分离的作用就是将沼气中的水20％～30％，分离到氧化铁脱硫剂所需的含水量10％～15％。
本实施例中为了达到沼气脱水工艺要求，通过在除雾分离器内安装填料(陶瓷环形填料和不锈钢金属网)，把气液两相分散成许多细小的雾状水和液滴，连续接触成大的水滴沿填料表面下流，气体沿填料空隙上升，在填料表面的液层与气体的界面上进行传质过程，使气液很好的进行分离。除雾分离器内安装的填料空隙率大，气体阻力小，不被气体、液体腐蚀。
步骤5干法脱硫，沼气通过脱硫剂发生化学反应，以实现脱硫。
沼气进行干法脱硫前再次脱水，后进入颗粒状的氧化铁脱硫剂中的三氧化二铁与沼气中的硫化氢发生化学反应，生成三硫化二铁，去除硫化氢。在发生化学反应的同时，又和沼气中的氧(2.0～3.0％)发生热反应，使三硫化二铁被再次生成三氧化二铁，又具备了脱除硫化氢的能力，且在热反应的过程中不影响正常脱硫。
本实施例中干法脱硫通过干法脱硫器装置来实现。干法脱硫器高4.6m，直径2m，内部设计安装填料要求：先装填料层、陶瓷圆球(直径18mm)，高400mm，后装三层颗粒状氧化铁脱硫剂，每层高500mm，脱硫塔底部留高600mm的空间，外排填料层陶瓷圆球分离的水和液滴，脱硫塔顶部留600mm的空间作反应缓冲空间，其他层与层之间留500mm作反应后空间。脱硫剂在脱硫塔内和沼气中的氧实现连续再生反应(也就是我们常说的脱硫剂再生反应)，就是这样反应再生，脱硫剂使用一定时间后也需要更换。
硫化氢(H2S)浓度多少对脱硫剂影响不大，因为脱硫剂是多孔孔隙结构，脱硫反应是在毛细孔的表面上进行，使脱硫效率达到较高水平，只是脱硫剂使用时间长短不一。
脱硫剂使用时间长短，根据脱硫器的大小，装载脱硫剂多少，日沼气流量大小和沼气中的硫化氢含量多少而定(做到定时测试分析沼气中的硫化氢含量)。
沼气经过湿法水洗脱硫后又经过干法氧化铁脱硫，最终硫化氢含量如表2在30mg/m3--150mg/m3基本上达到发电锅炉助燃和民用标准规定要求。
湿法水洗沼气(甲烷气)脱硫与干法氧化铁脱硫成份分析比对表2
序号 气体名称 水洗塔水洗脱硫气体 经过氧化铁脱硫气体
1 甲烷(CH4)％ 68～72 70～75
2 二氧化碳(CO2)％ 23～30 18～25
3 硫化氢(H2S)mg/m3 1000～5000 30～150
4 氧(O2)％ 2.0～3.0 0.1～0.3
步骤6存储加压，以克服沼气在输送过程中的阻力和损失。
本实施例中，通过采用低压外导架直升式单节湿式储气柜来存储沼气，每一个容积容量1000m3，压力控制在4000～7000Pa，以克服送至发电、锅炉助燃和民用管道的阻力和损失。
步骤7除雾分离，再次降低沼气含水量，以降低沼气在终端使用过程中的腐蚀性。
沼气在干法脱硫运行过程中和沼气中的氧发生化学反应产生热量生成雾点和雾状水，遇冷后形成冷凝水，所以需再次进行除雾分离。
本实施例中，从沼气存储柜中出来的沼气经除雾分离装置实现除雾分离进一步降低沼气含水量，进行分离后输入到气体流量计，分别计量，发电，锅炉助燃和民用。除雾分离装置，也起到阻火器作用。
本实施例中，还提供了一种管道阻火器装置，管道阻火器也叫储罐防爆波纹阻火器，在沼气净化系统系统中管道阻火器起防爆与防止回火作用。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种沼气净化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：水冷却，以清理沼气从厌氧微生物发酵过程中带出的水蒸气、泡沫和其他污物；
步骤2：水洗脱硫，除二氧化碳增氧，应用水吸附和吸收硫化氢及二氧化碳的方法，同时又达到增氧作用；
步骤3：气水分离，以降低沼气中的含水量；
步骤4：除雾分离，以进一步降低沼气中的含水量；
步骤5：干法脱硫，沼气通过脱硫剂发生化学反应，以实现脱硫；
步骤6：存储加压，以克服沼气在输送过程中的阻力和损失；
步骤7：除雾分离，再次降低沼气含水量，以降低沼气在终端使用过程中的腐蚀性。
2.如权利要求1所述沼气净化方法，其特征在于，所述步骤1中水冷却温度控制在15～25℃。
3.如权利要求1所述沼气净化方法，其特征在于，所述步骤1和所述步骤2之间应进行水封阻火，以防止回火。
4.如权利要求1所述沼气净化方法，其特征在于，所述步骤2的水洗脱硫中，水是以喷射的方式往下分布淋滴，气是从底部均匀散布。
5.如权利要求1所述沼气净化方法，其特征在于，所述步骤3的气水分离完成后，沼气中含水量约为20％～30％。
6.如权利要求1所述沼气净化方法，其特征在于，所述步骤4的除雾分离完成后，沼气中含水量约为10％～15％。
7.如权利要求1所述沼气净化方法，其特征在于，所述步骤5的干法脱硫中所述脱硫剂为三氧化二铁。
8.如权利要求7所述沼气净化方法，其特征在于，所述步骤5中所述沼气通过所述脱硫剂之前再次进行脱水。
9.如权利要求7所述沼气净化方法，其特征在于，所述三氧化二铁为颗粒状。
10.如权利要求1所述沼气净化方法，其特征在于，所述步骤6的存储加压，其压力范围为4000～7000Pa。
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