CN111013311A - 一种水热废气的深度处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水热废气的深度处理系统，包括废气冷凝器、汽水分离器、沼气增压机、冷干机、碱洗塔和储气柜；所述废气冷凝器与汽水分离器连接，汽水分离器与冷干机连接，所述沼气增压机设置在汽水分离器与冷干机之间，冷干机的出气口与碱洗塔连接，所述碱洗塔与储气柜连接；本发明中废气中硫和硫化物得到有效的分离和回收，使硫化物具备资源化利用的条件；同时，避免了含硫气体对环境空气的污染，提高了环境卫生等级。

Description

一种水热废气的深度处理系统及方法
技术领域
本发明涉及臭气处理技术领域，尤其是一种水热废气的深度处理系统及方法。
背景技术
近年来，在国家节能减排和积极的财政政策作用下，城镇污水处理得到迅速发展，在污水收集处理、出水达标排放后产生的残留物(城市污泥)。污泥含水率为80％左右，主要由低级的有机物如氨基酸、腐植酸、细菌及其代谢产物、多环芳烃、杂环类化合物、有机硫化物、挥发性异臭物、有机氟化物等组成。此外，还含有无机砂和汞、镉、铅等重金属物质。如果污泥不进行适当处置，将导致二次污染，使得污水处理事倍功半。
“水热/热水解”的预处理方式，可以大幅改善污泥流动性，提升其厌氧消化性能、脱水性能，因此，得到了广泛的认可和应用，成为目前污泥处理行业的主流技术。
在污泥水热反应过程中，污泥中蛋白质水解过程中，含有的硫元素也发生了物相转移，由原来的固相分解成了液相和气相中的硫化物等，造成高温闪蒸乏汽/工艺气含有大量硫化氢和有机硫气体；同时，水热反应室在密闭(不供氧气)的反应器内进行，部分大分子有机物会降解产生CH4和CO2，根据原料污泥特性和水热反应条件的不同，水热尾气的组分中，CH4的比例10％～30％，二氧化碳的比例65％～90％，硫化物(主要为H2S、CH4S、C2H6S、C2H6S2)的比例约为1％～1.5％。从废气组分可了解到，水热废气是具有一定的热值(3.6－10.8kj/m3)，可以进一步资源化利用。同时，废气中的硫化物含量很高，具备回收利用的价值，可采用合理的分离方式对硫化物进行回收，具有一定的经济效益。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种水热废气的深度处理系统及方法，用以解决尾气臭味的问题，并且回收水热废气中的硫化物，以及对废气进行再利用。
本方案是这样进行实现的：
一种水热废气的深度处理系统，包括废气冷凝器、汽水分离器、沼气增压机、冷干机、碱洗塔和储气柜；所述废气冷凝器与汽水分离器连接，汽水分离器与冷干机连接，所述沼气增压机设置在汽水分离器与冷干机之间，冷干机的出气口与碱洗塔连接，所述碱洗塔与储气柜连接；
水热废气由未被污泥吸收的蒸汽和不凝气体组成，其初始温度高达100℃左右，因此，需要先通过废气冷凝器和汽水分离器，将废气降温至40～50℃，水热废气在经过废气冷凝器后，去除废气中的水蒸气，以及部分高沸点的臭气(二甲二硫醚，沸点109.6℃；苯乙烯，沸点146℃)，然后进入到汽水分离器中进行处理。
作为优选的，所述废气冷凝器包括循环水回水和循环水上水，循环水回水和循环水上水在废气冷凝器中循环，带走废气中的热量。
作为优选的，所述汽水分离器包括入气口、出气口和出液口，所述入气口、出气口和出液口上均设置有开关阀，开关阀用于控制各个出口的通断，所述在水汽分离器中分离后的冷凝废水有出液口排出。
由水汽分离器出气口输出的混合废气进入到沼气增压机进行增压，然后通入到冷干机中，所述冷干机包括入气口、出气口和出液口，所述混合废气进入到冷干机内进行压缩、液化，压力10～100kpa，冷却温度0～10℃；可以去除甲硫醚(沸点37.3℃)、甲硫醇(沸点5.96℃)、二硫化碳(沸点46.5℃)，上述组分约占废气总量的0.5～1％，冷凝液通过出液口外部排放并储存，硫化物凝液可以作为化工原料进行回收利用，实现化学药剂的回收利用。
经过上述工艺的处理后，废气的主要组分为甲烷、二氧化碳、硫化氢，硫化氢的沸点为－60.4℃；
将冷干机出来后其他通入到碱洗塔中，所述碱洗塔包括废料排离口、入气口、碱液入口、沼气出口；所述混合气体由去气口进入到碱洗塔中，通过碱液泵从碱液入口不断向碱洗塔内注入氢氧化钠溶液，使碱洗持续进行，通过废液排离口将废液进行排出，进过碱洗后沼气通过出气口通入到储气罐中；
在前述的冷却、冷干工序，因为硫化氢的溶解，会部分去除，但绝大部分还残留在废气中。本专利中，碱洗塔采用浓度10％的氢氧化钠溶液作为洗涤剂，可以充分去除废气中的硫化氢和二氧化碳，经碱洗处理之后，水热废气转化为含甲烷95％以上燃气，进入到储气柜内暂存。
作为优选的，沼气经过储气柜后可以接燃气锅炉、燃气发电机、火炬，或作为车用燃气进行使用。
作为优选的，本系统中各个器件的进出气口、进出液体口上均设置有控制阀，控制阀用于调控各自流量。
本方案还提供一种水热废气的深度处理方法，包括以下步骤：
1)将经过水热反应后的废气通入到废气冷凝器和汽水分离器中进行降温、冷凝处理，水热废气由未被污泥吸收的蒸汽和不凝气体组成，其初始温度高达100℃左右，因此，需要先通过废气冷凝器和汽水分离器，将废气降温至40～50℃和汽水分离器，去除废气中的水蒸气，以及部分高沸点的臭气(二甲二硫醚，沸点109.6℃；苯乙烯，沸点146℃)；硫化氢的溶解比例为1：2.6，在冷凝的过程中，会部分溶解于冷凝液；
2)从水汽分离器处理后的废气通过沼气增压机对沼气进行加压，进入到冷干机内进行压缩、液化，压力10～100kpa，冷却温度0～10℃；可以去除甲硫醚(沸点37.3℃)、甲硫醇(沸点5.96℃)、二硫化碳(沸点46.5℃)，上述组分约占废气总量的0.5～1％，对于冷干机流出的冷凝液作为化工原料进行回收利用；
3)经过上述工艺的处理后，废气的主要组分为甲烷、二氧化碳、硫化氢、硫化氢的沸点为－60.4℃；在前述的冷却、冷干工序，因为硫化氢的溶解，会部分去除，但绝大部分还残留在废气中；将由冷干机出来的气体输入到碱洗塔中，碱洗塔采用浓度10％的氢氧化钠溶液作为洗涤剂，可以充分去除废气中的硫化氢和二氧化碳；
4)经碱洗处理之后，水热废气转化为含甲烷95％以上燃气，通入到储气柜内进行储存；
5)储气柜后可以接燃气锅炉、燃气发电机、火炬或作为车用燃气进行使用。
通过本一种水热废气的深度处理方法，使废气中硫和硫化物得到有效的分离和回收，使硫化物具备资源化利用的条件；同时，避免了含硫气体对环境空气的污染，提高了环境卫生等级。
并且经过本方法处理后，得到的产品为高品质的甲烷气体，具有较高的资源化价值。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中废气中硫和硫化物得到有效的分离和回收，使硫化物具备资源化利用的条件；同时，避免了含硫气体对环境空气的污染，提高了环境卫生等级。
2、经过本方法处理后的气体，得到的产品为高品质的甲烷气体，具有较高的资源化价值。
附图说明
图1是本发明整体处理系统示意图；
图2是本发明整体处理流程示意图；
图中标记：1、废气冷凝器；2、汽水分离器；3、沼气增压机；4、冷干机；5、碱洗塔；6、储气柜；7、控制阀。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。
实施例1
如图1～2所示，一种水热废气的深度处理系统，包括废气冷凝器1、汽水分离器2、沼气增压机3、冷干机4、碱洗塔5和储气柜6；所述废气冷凝器1与汽水分离器2连接，汽水分离器2与冷干机4连接，所述沼气增压机3设置在汽水分离器2与冷干机4之间，冷干机4的出气口与碱洗塔5连接，所述碱洗塔5与储气柜6连接；
水热废气由未被污泥吸收的蒸汽和不凝气体组成，其初始温度高达100℃左右，因此，需要先通过废气冷凝器1和汽水分离器2，将废气降温至40～50℃，水热废气在经过废气冷凝器1后，去除废气中的水蒸气，以及部分高沸点的臭气(二甲二硫醚，沸点109.6℃；苯乙烯，沸点146℃)，然后进入到汽水分离器2中进行处理。
所述废气冷凝器1包括循环水回水和循环水上水，循环水回水和循环水上水在废气冷凝器1中循环，带走废气中的热量。
所述汽水分离器2包括入气口、出气口和出液口，所述入气口、出气口和出液口上均设置有开关阀，开关阀用于控制各个出口的通断，所述在水汽分离器中分离后的冷凝废水有出液口排出。
由水汽分离器出气口输出的混合废气进入到沼气增压机3进行增压，然后通入到冷干机4中，所述冷干机4包括入气口、出气口和出液口，所述混合废气进入到冷干机4内进行压缩、液化，压力10～100kpa，冷却温度0～10℃；可以去除甲硫醚(沸点37.3℃)、甲硫醇(沸点5.96℃)、二硫化碳(沸点46.5℃)，上述组分约占废气总量的0.5～1％，冷凝液通过出液口外部排放并储存，硫化物凝液可以作为化工原料进行回收利用，实现化学药剂的回收利用。
经过上述工艺的处理后，废气的主要组分为甲烷、二氧化碳、硫化氢，硫化氢的沸点为－60.4℃；
将冷干机4出来后其他通入到碱洗塔5中，所述碱洗塔5包括废料排离口、入气口、碱液入口、沼气出口；所述混合气体由去气口进入到碱洗塔5中，通过碱液泵从碱液入口不断向碱洗塔5内注入氢氧化钠溶液，使碱洗持续进行，通过废液排离口将废液进行排出，进过碱洗后沼气通过出气口通入到储气罐中；
在前述的冷却、冷干工序，因为硫化氢的溶解，会部分去除，但绝大部分还残留在废气中。本专利中，碱洗塔5采用浓度10％的氢氧化钠溶液作为洗涤剂，可以充分去除废气中的硫化氢和二氧化碳，经碱洗处理之后，水热废气转化为含甲烷95％以上燃气，进入到储气柜6内暂存。
沼气经过储气柜6后可以接燃气锅炉、燃气发电机、火炬，或作为车用燃气进行使用。
本系统中各个器件的进出气口、进出液体口上均设置有控制阀7，控制阀7用于调控各自流量。
本方案还提供一种水热废气的深度处理方法，包括以下步骤：
1)将经过水热反应后的废气通入到废气冷凝器1和汽水分离器2中进行降温、冷凝处理，水热废气由未被污泥吸收的蒸汽和不凝气体组成，其初始温度高达100℃左右，因此，需要先通过废气冷凝器1和汽水分离器2，将废气降温至40～50℃和汽水分离器2，去除废气中的水蒸气，以及部分高沸点的臭气(二甲二硫醚，沸点109.6℃；苯乙烯，沸点146℃)；硫化氢的溶解比例为1：2.6，在冷凝的过程中，会部分溶解于冷凝液；
2)从水汽分离器处理后的废气通过沼气增压机3对沼气进行加压，进入到冷干机4内进行压缩、液化，压力10～100kpa，冷却温度0～10℃；可以去除甲硫醚(沸点37.3℃)、甲硫醇(沸点5.96℃)、二硫化碳(沸点46.5℃)，上述组分约占废气总量的0.5～1％，对于冷干机4流出的冷凝液作为化工原料进行回收利用；
3)经过上述工艺的处理后，废气的主要组分为甲烷、二氧化碳、硫化氢、硫化氢的沸点为－60.4℃；在前述的冷却、冷干工序，因为硫化氢的溶解，会部分去除，但绝大部分还残留在废气中；将由冷干机4出来的气体输入到碱洗塔5中，碱洗塔5采用浓度10％的氢氧化钠溶液作为洗涤剂，可以充分去除废气中的硫化氢和二氧化碳；
4)经碱洗处理之后，水热废气转化为含甲烷95％以上燃气，通入到储气柜6内进行储存；
5)储气柜6后可以接燃气锅炉、燃气发电机、火炬或作为车用燃气进行使用。
通过本一种水热废气的深度处理方法，使废气中硫和硫化物得到有效的分离和回收，使硫化物具备资源化利用的条件；同时，避免了含硫气体对环境空气的污染，提高了环境卫生等级。
并且经过本方法处理后，得到的产品为高品质的甲烷气体，具有较高的资源化价值。
本方案还提供附表《臭气化学性质及分离方式清单》
NO. 中文名称 分子式 分子量 沸点(℃) 分离方式
1 硫化氢 H<sub>2</sub>S 34.08 -60.4 碱洗塔
2 甲硫醚 C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>S 62.13 37.3 冷干机
3 甲硫醇 CH<sub>4</sub>S 48.1 5.96 冷干机
4 二甲二硫醚 C<sub>2</sub>H<sub>6</sub>S<sub>2</sub> 94.2 109.6 板式换热器
5 二硫化碳 CS<sub>2</sub> 76.14 46.5 板式换热器
6 苯乙烯 C<sub>8</sub>H<sub>8</sub> 104.15 146 板式换热器
7 三甲胺 C<sub>3</sub>H<sub>9</sub>N 59.11 2.87 冷干机
8 二氧化碳 CO<sub>2</sub> 44 -56.6 碱洗塔
9 甲烷 CH<sub>4</sub> 16 -161.5 产品气
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水热废气的深度处理系统，其特征在于：包括废气冷凝器、汽水分离器、沼气增压机、冷干机、碱洗塔和储气柜；所述废气冷凝器与汽水分离器连接，汽水分离器与冷干机连接，所述沼气增压机设置在汽水分离器与冷干机之间，冷干机的出气口与碱洗塔连接，所述碱洗塔与储气柜连接。
2.如权利要求1所述的一种水热废气的深度处理系统，其特征在于：所述废气冷凝器包括循环水回水和循环水上水，循环水回水和循环水上水在废气冷凝器中循环；所述汽水分离器包括入气口、出气口和出液口，所述在水汽分离器中分离后的冷凝废水有出液口排出。
3.如权利要求1所述的一种水热废气的深度处理系统，其特征在于：所述冷干机包括入气口、出气口和出液口，硫化物冷凝液通过出液口外部排放并储存。
4.如权利要求1所述的一种水热废气的深度处理系统，其特征在于：所述碱洗塔包括废料排离口、入气口、碱液入口、沼气出口；所述混合气体由去气口进入到碱洗塔中，通过碱液泵从碱液入口不断向碱洗塔内注入氢氧化钠溶液，通过废液排离口将废液进行排出，进过碱洗后沼气通过出气口通入到储气罐中。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种水热废气的深度处理系统，其特征在于：本系统中各个器件的进出气口、进出液体口上均设置有控制阀，控制阀用于调控各自流量。
6.一种水热废气的深度处理方法，其特征在于：包括以下步骤，
1)将经过水热反应后的废气通入到废气冷凝器和汽水分离器中进行降温、冷凝处理，并且硫化氢的溶解比例为1：2.6，在冷凝的过程中，会部分溶解于冷凝液；
2)从水汽分离器处理后的废气通过沼气增压机对沼气进行加压，进入到冷干机内进行压缩、液化，对于冷干机流出的冷凝液作为化工原料进行回收利用；
3)将由冷干机出来的气体输入到碱洗塔中，碱洗塔采用氢氧化钠溶液作为洗涤剂；
4)经碱洗处理之后，通入到储气柜内进行储存；
5)储气柜后可以接燃气锅炉、燃气发电机、火炬或作为车用燃气进行使用。
7.如权利要求6所述的一种水热废气的深度处理方法，其特征在于：所述步骤2)沼气增压机对沼气进行加压的压力为10～100kpa，冷干机对废气冷却温度为0～10℃。
8.如权利要求6或7所述的一种水热废气的深度处理方法，其特征在于：所述步骤3)氢氧化钠溶液浓度为10％。
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