CN110055118A - 一种沼气脱硫的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种沼气脱硫的方法及装置，涉及沼气脱硫领域。本发明所述方法为沼气从沼气脱硫罐下部通入，由沼气脱硫罐的下部向上运动，通过泵将过渡金属离子水溶液从氧化还原罐中液输送到沼气脱硫罐的顶部，通过雾化喷头喷出，与沼气在沼气脱硫罐中接触，脱硫后的沼气从沼气脱硫罐上部出气口排出；与沼气反应后的过渡金属离子水溶液从沼气脱硫罐的底部排出，通过管道输送到氧化还原罐中，压缩空气瓶内的富氧空气从氧化还原罐的底部通入，将氧化还原罐内的低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子，再次输送到沼气脱硫罐中使用；硫单质分离器将沼气脱硫罐溶液中的单质硫进行沉积分离提纯，生产硫饼；脱硫过程中产生的水经反渗透膜和阀门排出。本发明提供的沼气脱硫方法，流程工艺简单、易操作、成本低、脱硫率高、运行稳定、无污染物排放，脱除沼气中H2S效率高，可大幅降低沼气脱硫运行成本和投资费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种沼气脱硫的方法及装置，属于沼气脱硫领域。
背景技术
能源是人类社会存在与发展的物质基础；过去多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。然而，人们在物质生活和精神生活不断提高的同时，也越来越感悟到大规模使用化石燃料所带来的严重后果，资源日益枯竭，环境不断恶化，还诱发不少国与国之间、地区之间的政治经济纠纷，甚至冲突和战争。因此，人类必须寻求一种新的、清洁、安全、可靠的可持续能源系统。
生物质能作为世界上一次能源消费中的第四大能源资源，在历史长河中与人类生活密切相关，是唯一可存储和运输的可再生能源，在人类未来的能源系统中也将占有重要地位。因此，改变我国传统的能源生产、消费模式，利用生物质能等清洁可再生能源，对建立可持续发展的能源系统有较大益处。沼气从厌氧发酵装置产出时会携带大量的水分，特别是在采用中温或高温发酵工艺时，沼气具有较高的湿度。当沼气在管路中流动时，由于温度、压力的变化，水蒸气冷凝增加了沼气在管路中流动的阻力，而且由于水蒸气的存在，还降低沼气的热值。而水与沼气中的硫化氢共同作用，更加速了金属管道、阀门及流量计的腐蚀或堵塞。
沼气中的硫化氢燃烧后生成二氧化硫，它与燃烧产物中的水蒸气结合生成亚硫酸，使燃烧设备的低温部位金属表面产生腐蚀，还会造成对大气环境的污染，影响人体健康。利用沼气发电生产时，沼气中的硫化氢、二氧化硫等含硫杂质严重腐蚀柴油机机件。现在，沼气的热能利用设备的品种和数量不断增多，如沼气发电、烧锅炉、干燥、烘烤、暖房、孵化和养蚕等生产领域，并逐步向产品的标准化、系列化和工厂化发展。因此，对沼气进行净化，脱除沼气中的冷凝水、硫化氢和二氧化碳等杂质，使沼气的质量达到使用要求，是十分必要的。
沼气是一种混合气体，其成分不仅取决于发酵原料的种类及其相对含量，而且随着发酵条件及发酵阶段的不同而变化；当沼气消化器出于正常稳定发酵阶段时，沼气的大致成分为甲烷，二氧化碳，此外，还含有少量的一氧化碳、氢、硫化氢、氧和氮等气体。沼气成分中甲烷的最大含量接近70%，最小含量高于50%，其余主要是二氧化碳，其他含量均很小。沼气中硫化氢的含量虽然很少，但对发动机的影响却很大；一般来说，当硫化氢的含量低于0.01%，沼气可不经任何前处理直接进入发动机燃烧而当硫化氢的含量超过0.1%，沼气则必须先经过脱硫处理以降低硫化氢的含量才能进入发动机，否则硫化氢燃烧产物将严重腐蚀发动机零部件，特别是气缸、活塞环和轴瓦等；为了保证发动机能够长期可靠的燃用沼气，应该对沼气进行较严格的脱硫处理；近年来研究人员开发出多种脱出沼气中硫化氢的工艺，如空气氧化法脱硫、干法脱硫和湿法脱硫等，空气氧化法脱硫效率低、干法脱硫运行成本高，湿法脱硫设备投资成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沼气脱硫的方法，该方法不仅可以有效脱出沼气中H2S，还可回收硫饼；该方法设备投资低，占地面积小，吸收剂成本极低，不需要解吸剂，脱出率95~99%，无污染，可产生经济效益，具体包括以下步骤：
（1）沼气从沼气脱硫罐2下部通入，由沼气脱硫罐2的下部向上运动，通过泵6将过渡金属离子水溶液从氧化还原罐5中液输送到沼气脱硫罐2的顶部，通过雾化喷头3喷出，与沼气在沼气脱硫罐2中接触，脱硫后的沼气从沼气脱硫罐2上部出气口排出；
（2）与沼气反应后的过渡金属离子水溶液从沼气脱硫罐2的底部排出，通过管道输送到氧化还原罐5中，压缩空气瓶4内的富氧空气从氧化还原罐5的底部通入，将氧化还原罐5内的低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子，再次输送到沼气脱硫罐2中使用；
（3）硫单质分离器1将沼气脱硫罐2溶液中的单质硫进行沉积分离提纯，生产硫饼；脱硫过程中产生的水经反渗透膜7和阀门8排出。
本发明所述过渡金属离子水溶液中过渡金属离子为具有催化氧化作用的金属离子，优选铜离子、铁离子、钴离子或者镍离子，酸根离子为硫酸根、硝酸根或者卤素阴离子，过渡金属离子水溶液中过渡金属离子质量百分比浓度为15~25%。
优选的，本发明所述整个系统的运行温度为30~45℃。
优选的，本发明所述富氧空气中氧含量25~35%。
优选的，本发明所述：沼气流速为4~40L/s，富氧空气流速1~10L/min，氯化铁溶液循环雾化流量20~200L/min。
本发明的另一目的在于提供所述沼气脱硫的方法所用装置，包括硫单质分离器1、沼气脱硫罐2、雾化喷头3、压缩空气瓶4、氧化还原罐5、泵6、反渗透膜7、阀门8，沼气脱硫罐2顶部设有出气口，沼气脱硫罐2的上端设有雾化喷头3，沼气脱硫罐2的底部与氧化还原罐5的下部连通，氧化还原罐5的中上部与硫单质分离器1连通，硫单质分离器1通过泵6与沼气脱硫罐2上端的雾化喷头3连通，压缩空气瓶4与氧化还原罐5的底部连通；氧化还原罐5的侧壁上设有排水管，排水管上依次设有反渗透膜7和阀门8。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用过渡金属离子催化氧化吸收的方法吸收沼气中的H2S，采用气液逆流吸收，具有湿法脱硫和干法脱硫的脱硫效率和空气氧化法脱硫的低投资成本。
（2）本发明采用富氧压缩空气氧化再生催化氧化后的过渡金属离子，使过渡金属离子酸根盐溶液再生，使整个系统无需加料可循环利用，降低了系统运行成本。
（3）本发明另设单质分离器，将形成的单质硫进行沉积分离提纯，生产硫饼，增加收益，且不产生任何污染和附带环境问题。
附图说明
图1是本发明实施例1的方法示意图。
图中：1-硫单质分离器；2-沼气脱硫罐；3-雾化喷头；4-压缩空气瓶；5-氧化还原罐；6-泵；7-反渗透膜；8-阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，实施例中所用过渡金属离子酸根盐溶液为氯化铁溶液。
本发明实施例中所述沼气脱硫的方法所用装置（如图1所示），包括硫单质分离器1、沼气脱硫罐2、雾化喷头3、压缩空气瓶4、氧化还原罐5、泵6、反渗透膜7、阀门8，沼气脱硫罐2顶部设有出气口，沼气脱硫罐2的上端设有雾化喷头3，沼气脱硫罐2的底部与氧化还原罐5的下部连通，氧化还原罐5的中上部与硫单质分离器1连通，硫单质分离器1通过泵6与沼气脱硫罐2上端的雾化喷头3连通，压缩空气瓶4与氧化还原罐5的底部连通；氧化还原罐5的侧壁上设有排水管，排水管上依次设有反渗透膜7和阀门8。
实施例1
一种沼气脱硫的方法，具体包括以下步骤：
（1）沼气从沼气脱硫罐2下部通入，由沼气脱硫罐2的下部向上运动，通过泵6将过渡金属离子水溶液从氧化还原罐5中液输送到沼气脱硫罐2的顶部，通过雾化喷头3喷出，与沼气在沼气脱硫罐2中接触，脱硫后的沼气从沼气脱硫罐2上部出气口排出；所述过渡金属离子水溶液为氯化铁溶液。
（2）与沼气反应后的过渡金属离子水溶液从沼气脱硫罐2的底部排出，通过管道输送到氧化还原罐5中，压缩空气瓶4内的富氧空气（氧含量25%）从氧化还原罐5的底部通入，将氧化还原罐5内的低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子，再次输送到沼气脱硫罐2中使用；
（3）硫单质分离器1将沼气脱硫罐2溶液中的单质硫进行沉积分离提纯，生产硫饼；脱硫过程中产生的水经反渗透膜7和阀门8排出。
本实施例中沼气的H2S含量为2000mg/m3，系统运行温度30℃，沼气流速4L/s，氯化铁溶液的质量百分比浓度为20%，富氧空气流速1L/min，压缩空气中氧含量28%，氯化铁溶液循环雾化流量20L/min，检测脱硫沼气出口H2S含量为48mg/m3，脱硫效率97.6%。
实施例2
本实施例方法和实施例1相同，不同在于：本实施例所述过渡金属离子水溶液为铜硫酸溶液，其质量百分比浓度为25%；沼气的H2S含量为2000mg/m3，系统运行温度35℃，沼气流速4L/s，富氧空气流速1L/min，压缩空气中氧含量28%，铜硫酸溶液循环雾化流量20L/min，检测脱硫沼气出口H2S含量为48mg/m3，脱硫效率97.6%。
实施例3
本实施例方法和实施例1相同，不同在于：本实施例所述过渡金属离子水溶液为硝酸铜溶液，其质量百分比浓度为25%，沼气的H2S含量为2000mg/m3，系统运行温度40℃，沼气流速4L/s，富氧空气流速1L/min，压缩空气中氧含量28%，硝酸铜溶液循环雾化流量20L/min，检测脱硫沼气出口H2S含量为35mg/m3，脱硫效率98.25%。
实施例4
本实施例方法和实施例1相同，不同在于：本实施例所述过渡金属离子水溶液为硝酸钴溶液，其质量百分比浓度为20%；沼气的H2S含量为2000mg/m3，系统运行温度45℃，沼气流速4L/s，富氧空气流速1L/min，压缩空气中氧含量28%，硝酸钴溶液循环雾化流量20L/min，检测脱硫沼气出口H2S含量为19mg/m3，脱硫效率99.05%。
实施例5
本实施例方法和实施例1相同，不同在于：本实施例所述过渡金属离子水溶液为硝酸镍溶液，其质量百分比浓度为15%；沼气的H2S含量为2000mg/m3，系统运行温度40℃，沼气流速4L/s，富氧空气流速1L/min，压缩空气中氧含量28%，硝酸镍溶液循环雾化流量20L/min，检测脱硫沼气出口H2S含量为61mg/m3，脱硫效率96.95%。
实施例6
本实施例方法和实施例1相同，不同在于：本实施例所述过渡金属离子水溶液为氯化铜溶液，其质量百分比浓度为25%，沼气的H2S含量为2000mg/m3，系统运行温度40℃，沼气流速6L/s，富氧空气流速1L/min，压缩空气中氧含量30%，氯化铜溶液循环雾化流量20L/min，检测脱硫沼气出口H2S含量为15mg/m3，脱硫效率99.25%。
Claims (6)
1.一种沼气脱硫的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）沼气从沼气脱硫罐（2）下部通入，由沼气脱硫罐（2）的下部向上运动，通过泵（6）将过渡金属离子水溶液从氧化还原罐（5）中液输送到沼气脱硫罐（2）的顶部，通过雾化喷头（3）喷出，与沼气在沼气脱硫罐（2）中接触，脱硫后的沼气从沼气脱硫罐（2）上部出气口排出；
（2）与沼气反应后的过渡金属离子水溶液从沼气脱硫罐（2）的底部排出，通过管道输送到氧化还原罐（5）中，压缩空气瓶（4）内的富氧空气从氧化还原罐（5）的底部通入，将氧化还原罐（5）内的低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子，再次输送到沼气脱硫罐（2）中使用；
（3）硫单质分离器（1）将沼气脱硫罐（2）溶液中的单质硫进行沉积分离提纯，生产硫饼；脱硫过程中产生的水经反渗透膜（7）和阀门（8）排出。
2.根据权利要求1所述沼气脱硫的方法，其特征在于：过渡金属离子水溶液中过渡金属离子为铜离子、铁离子、钴离子或者镍离子，酸根离子为硫酸根、硝酸根或者卤素阴离子，过渡金属离子水溶液中过渡金属离子的质量百分比浓度为15~25%。
3.根据权利要求1所述沼气脱硫的方法，其特征在于：整个系统的运行温度为30~45℃。
4.根据权利要求1所述沼气脱硫的方法，其特征在于：富氧空气中氧含量25~35%。
5.根据权利要求1所述沼气脱硫的方法，其特征在于：沼气流速为4~40L/s，富氧空气流速1~10L/min，氯化铁溶液循环雾化流量20~200L/min。
6.权利要求1所述沼气脱硫的方法所用装置，其特征在于：包括硫单质分离器（1）、沼气脱硫罐（2）、雾化喷头（3）、压缩空气瓶（4）、氧化还原罐（5）、泵（6）、反渗透膜（7）、阀门（8），沼气脱硫罐（2）顶部设有出气口，沼气脱硫罐（2）的上端设有雾化喷头（3），沼气脱硫罐（2）的底部与氧化还原罐（5）的下部连通，氧化还原罐（5）的中上部与硫单质分离器（1）连通，硫单质分离器（1）通过泵（6）与沼气脱硫罐（2）上端的雾化喷头（3）连通，压缩空气瓶（4）与氧化还原罐（5）的底部连通；氧化还原罐（5）的侧壁上设有排水管，排水管上依次设有反渗透膜（7）和阀门（8）。
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