CN111623360A - 一种沼气工厂尾气处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种沼气工厂尾气处理系统，所述系统包括依次连接的氧化燃烧装置、第一余热回收装置、脱硫装置、第二余热回收装置以及脱硝装置和第三余热回收装置。所述尾气处理系统陶瓷纤维滤管的使用寿命可长达7～10年，由于装置系统在有氮氧化物和硫氧化物的工段是高温工作，因此避免了冷凝导致的设备腐蚀。

Description

一种沼气工厂尾气处理系统
技术领域
本发明属于尾气处理领域，涉及一种沼气工厂尾气处理系统。
背景技术
随着社会大众对环保要求的日益提高，对绿色可再生能源需求的提升，并得益于国家能源政策的推动。生物质能已经成为了一个重要的补充能源，其中，沼气提纯生产生物天然气将获得巨大发展。然而这些提纯工厂在运行的过程中时常遇到臭味的处理和提纯工艺尾气的处理问题。这一问题不解决，将遭遇在沼气的环保处理中引入新的污染以及温室气体(尾气中甲烷的温室气体效应是同等质量下二氧化碳的25倍)的尴尬。这种提纯工艺尾气对于目前受到青睐的两种普遍采用的提纯技术：变压吸附(PSA)技术和膜(Membrane)技术而言，必须得到处理。
目前的提纯工艺尾气处理方法很多是通过烟囱将尾气进行高空排放，利用自然稀释扩散的方式来解决尾气及其中有害物质的排放，但是随着环保要求的提高和周边公众的民意压力，这种处理方式会越来越难以采用。另一种处理方法是在尾气排放以前采用化学法、生物法、离子法和植物液喷淋法等的一种或几种方法对于臭味物质进行处理。但是单纯采用化学法对臭气处理不彻底且存在化学洗液的二次污染；活性炭吸附法运行成本较高，需要定期处置属于危废的使用后的活性炭；生物法占地面积大，耐负荷冲击能力差；离子法需要定期更换离子管，投资也很大；植物液喷淋法则需要定期更换植物液，工作量大。由于这一类方法的局限性。使得在尾气排放中，使用这类方法及其效果受到一定限制。此外，很多处理厂还将这类尾气，通过燃料助燃或无焰氧化的方式处理，这种处理虽然可以消除臭味，但是对于最终排放烟气中的硫氧化物SOX和氮氧化物NOX仍然没有得到处理。
采用变压吸附技术或膜技术的沼气提纯装置的尾气是富含二氧化碳(CO2，80％到98％)，并含有少量甲烷(CH4，2％到20％)，以及通常是ppm级别的硫化氢(H2S)、挥发性有机物(VOC)和其他恶臭物质，主要有氨(NH3)、三甲胺(C3H9N)、甲硫醇(CH4S)、甲硫醚(C2H6S)、二甲二硫(C2H6S2)、二硫化碳(CS2)和苯乙烯(C8H8)等。这些物质的存在，非但对环境造成了污染，恶臭气味还会造成周边公众的不满和对大众健康的伤害。
CN 210251610 U公开了一种沼气尾气处理装置，涉及沼气装置技术领域。该尾气处理装置，包括过滤塔和脱硫塔，过滤塔内靠近底部焊接有支撑环块，过滤塔内位于支撑环块的顶部设置有直筒。该沼气尾气处理装置，设置的多层过滤网能够对尾气进行多层隔离，采用筒式过滤结构，能够有效的隔离沼气中的粉尘、杂质等物质，拆卸密封盖，通过拉环，将多个过滤网拉出，进行清理，易于使用，脱硫组件内的脱硫剂，采用干法脱硫剂，脱硫效果较高，经过脱硫组件的尾气会与活性炭滚筒接触，驱动电机通过转轴和U形架带动活性炭滚筒转动，对尾气进行二次脱硫，实现彻底的脱硫效果，该装置可以对脱硫组件进行拆卸，对废脱硫剂进行回收，节省成本。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种沼气工厂尾气处理系统，所述尾气处理系统陶瓷纤维滤管的使用寿命可长达7～10年，由于装置系统在有氮氧化物和硫氧化物的工段是高温工作，因此避免了冷凝导致的设备腐蚀和能量损失。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种沼气工厂尾气处理系统，所述系统包括依次连接的氧化燃烧装置、第一余热回收装置、脱硫装置、第二余热回收装置、脱硝装置以及第三余热回收装置。
作为本发明优选的技术方案，所述氧化燃烧装置为氧化炉或蓄热氧化炉。
本发明中，氧化炉TO(Thermal Oxidizer)或RTO蓄热氧化炉(RegenerativeThermal Oxidizer)中，残余的甲烷、VOC和恶臭物质会氧化变成由二氧化碳(CO2)、硫氧化物(SOX)和氮氧化物(NOX)组成的热的烟气。
本发明中，所述氧化炉或蓄热氧化炉上设置有尾气入口、辅助燃料入口以及空气入口。氧化炉或蓄热氧化炉启动点火的时候，通常需要加一定的辅助燃料，辅助燃料通常就地取材，采用沼气或生物天然气，也可以采用其他方便获得的原料：比如LPG、燃料油等。启动以后，利用氧化过程释放出来的热量，就能够维持装置系统持续工作。
作为本发明优选的技术方案，所述氧化燃烧装置与所述第一余热回收装置之间的管路上设置有氧含量测量装置以及温度测量装置。
本发明中，氧化炉或蓄热氧化炉工作时需要处理的尾气和冷空气在炉膛中进行充分的混合，良好的混合可以避免或减少NOX的生成。炉膛内的良好混合和高温可以将H2S、VOC和其他恶臭物质完全燃尽。由于TO/RTO是无焰燃烧，所以原料变化和火焰稳定性对TO/RTO没有什么影响。在装置中通过检测烟气中的氧含量控制过量空气系数，并且根据烟气温度检测确定入口的工艺尾气是否需要经过预热器，以及是否需要注入空气降温或者进行补燃，这样可以确保无焰燃烧的效果。
作为本发明优选的技术方案，所述氧化燃烧装置处理后的烟气温度不高于850℃。
本发明中，由于氧化燃烧装置处理后的烟气温度较高，因此设置第一余热回收装置回收烟气中部分热量。经第一余热回收装置冷却后的烟气温度控制在600℃到650℃之间以保证最佳的脱硫效果。实际的温度并不限于所列举的这两个数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述第一余热回收装置与所述脱硫装置之间设置有脱硫剂添加装置。
优选地，所述脱硫剂包括碳酸氢钠和/或消石灰。
本发明中，所述脱硫装置优选为脱硫反应塔，所述脱硫剂在脱硫反应塔中脱除烟气中的硫氧化物(SOX)。
作为本发明优选的技术方案，所述第二余热回收装置与所述脱硝装置之间设置有脱硝剂添加装置。
优选地，所述脱硝剂包括氨和/或尿素。
作为本发明优选的技术方案，所述脱硝装置为陶瓷纤维滤管除尘器。
作为本发明优选的技术方案，所述陶瓷纤维滤管除尘器中滤筒包括无触媒滤筒或有触媒滤筒。
本发明中，当所述陶瓷纤维滤管除尘器不进行脱硝操作时，可使用无触媒滤筒。
优选地，所述触媒包括锰铁触媒、钒触媒、钛触媒或钨触媒中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：锰铁触媒和钒触媒的组合、钒触媒和钛触媒的组合、钛触媒和钨触媒的组合、钨触媒和锰铁触媒的组合或钒触媒和钨触媒的组合等。
优选地，经过第二余热回收装置控温以后，所述陶瓷纤维滤管除尘器处理烟气的温度为160～400℃，如180℃、200℃、250℃、300℃或350℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，具体选择无触媒、还是有触媒的滤筒，可以根据排放要求和烟气中的杂质组份以及烟气的温度来决定。采用陶瓷纤维滤管的烟气处理系统搭配前段脱硫除酸工艺在降低硫铵盐类生成的同时，碱剂干粉还能保障滤管寿命。陶瓷纤维滤筒在150～250℃状态下即可除尘脱硝，其耐高温和耐腐蚀性以及寿命都比传统的布袋除尘为好。且在滤材的保护下，低温触媒的寿命也得到了进一步的延长。在使用一段时间以后，滤筒可以采用高压脉冲逆洗方法来清洁。
本发明中，所述脱硝剂通过脱硝剂添加装置喷入烟气中，在陶瓷纤维管中，利用触媒与氮氧化物进行反应以达到脱硝的目的。
本发明中，触媒虽然主要起到脱硝作用，但钒基催化剂也可用于脱除二恶英。陶瓷纤维过滤管对于氯化氢、氮氧化物、硫氧化物和二恶英的脱除效率高达95％～99％，粉尘可脱除至小于5mg/m3。
作为本发明优选的技术方案，所述第一余热回收装置、所述第二余热回收装置以及第三余热回收装置所述分别独立地设置为余热锅炉、气水换热器或气气换热器。
作为本发明优选的技术方案，所述系统尾部设置有烟囱，用于排放处理后的烟气。
本发明中，经陶瓷纤维滤管除尘器处理后的烟气温度可达200℃到400℃左右，因此可设置第三余热回收装置对废热进行回收，最后进入烟囱清洁排放。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种沼气工厂尾气处理系统，所述尾气处理系统陶瓷纤维滤管的使用寿命可长达7～10年，由于装置系统在有氮氧化物和硫氧化物的工段是高温工作的，就避免了冷凝导致的设备腐蚀；
(2)本发明提供一种沼气工厂尾气处理系统，所述尾气处理系统通过采用干法脱硫脱硝，避免了湿法脱硫脱硝系统中白烟的产生；
(3)本发明提供一种沼气工厂尾气处理系统，所述尾气处理系统紧凑地实现对尾气的消白、脱硫、脱硝、除二恶英以及除尘，达到“五合一”的环保效果。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的沼气工厂尾气处理系统的结构示意图。
图中：1-氧化燃烧装置，2-第一余热回收装置，3-脱硫装置，4-第二余热回收装置，5-脱硝装置，6-脱硫剂添加装置，7-脱硝剂添加装置，8-第三余热回收装置，9-烟囱，10-氧含量测量装置，11-温度测量装置。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种沼气工厂尾气处理系统，所述处理系统包括依次连接的氧化燃烧装置1、第一余热回收装置2、脱硫装置3、第二余热回收装置4、脱硝装置5、第三余热回收装置8以及烟囱9；
所述氧化燃烧装置1与所述第一余热回收装置2之间依次设置有氧含量测量装置10以及温度测量装置11；
所述第一余热回收装置2与所述脱硫装置3之间设置有脱硫剂添加装置6，所述第二余热回收装置4与所述脱硝装置5之间设置有脱硝剂添加装置7。
实施例2
本实施例提供一种沼气工厂尾气处理方法，所述方法使用实施例1提供的沼气工厂尾气处理系统，其中氧化燃烧装置1为氧化炉，第一余热回收装置2、第二余热回收装置4以及第三余热回收装置8为余热锅炉、气水换热器或气气换热器，脱硫装置3为脱硫反应塔，脱硝装置5为陶瓷纤维滤管除尘器。
所述处理方法包括：
沼气工厂尾气进入氧化炉进行无焰燃烧，氧化炉启动点火时采用沼气作为辅助燃料，氧含量测量装置10以及温度测量装置11对氧化炉处理后的烟气进行监测；氧化炉处理后的烟气进入余热锅炉进行废热回收，同时对烟气降温，降温后的烟气的温度为650℃；降温后的烟气通过脱硫剂添加装置加入脱硫剂碳酸氢钠，并进入脱硫反应塔进行脱硫处理；脱硫后的烟气经余热锅炉降温后，通过脱硝剂添加装置加入脱硝剂液氨，并进入陶瓷纤维滤管除尘器，所述陶瓷纤维滤管除尘器使用的滤管为有触媒滤管，触媒为钒钛钨触媒，处理温度为400℃；脱硝后的烟气进入余热锅炉进行废热回收，并通过烟囱清洁排放。
实施例3
本实施例提供一种沼气工厂尾气处理方法，所述方法使用实施例1提供的沼气工厂尾气处理系统，其中氧化燃烧装置1为蓄热氧化炉，第一余热回收装置2、第二余热回收装置4以及第三余热回收装置8为余热锅炉，脱硫装置3为脱硫反应塔，脱硝装置5为陶瓷纤维滤管除尘器。
所述处理方法包括：
沼气工厂尾气进入蓄热氧化炉进行无焰燃烧，蓄热氧化炉启动点火时采用沼气作为辅助燃料，氧含量测量装置10以及温度测量装置11对蓄热氧化炉处理后的烟气进行监测；蓄热氧化炉处理后的烟气进入余热锅炉进行废热回收，同时对烟气降温，降温后的烟气的温度为600℃；降温后的烟气通过脱硫剂添加装置加入脱硫剂消石灰，并进入脱硫反应塔进行脱硫处理；脱硫后的烟气经余热锅炉降温后，通过脱硝剂添加装置加入脱硝剂尿素，并进入陶瓷纤维滤管除尘器，所述陶瓷纤维滤管除尘器使用的滤管为有触媒滤管，触媒为钒钛触媒，处理温度为300℃；脱硝后的烟气进入余热锅炉进行废热回收，并通过烟囱清洁排放。
实施例4
本实施例提供一种沼气工厂尾气处理方法，所述方法使用实施例1提供的沼气工厂尾气处理系统，其中氧化燃烧装置1为蓄热氧化炉，第一余热回收装置2、第二余热回收装置4以及第三余热回收装置8为余热锅炉，脱硫装置3为脱硫反应塔，脱硝装置5为陶瓷纤维滤管除尘器。
所述处理方法包括：
沼气工厂尾气进入蓄热氧化炉进行无焰燃烧，蓄热氧化炉启动点火时采用沼气作为辅助燃料，氧含量测量装置10以及温度测量装置11对蓄热氧化炉处理后的烟气进行监测；蓄热氧化炉处理后的烟气进入余热锅炉进行废热回收，同时对烟气降温，降温后的烟气的温度为600℃；降温后的烟气通过脱硫剂添加装置加入脱硫剂消石灰，并进入脱硫反应塔进行脱硫处理；脱硫后的烟气经余热锅炉降温后，通过脱硝剂添加装置加入脱硝剂尿素，并进入陶瓷纤维滤管除尘器，所述陶瓷纤维滤管除尘器使用的滤管为有触媒滤管，触媒为锰铁触媒，处理温度为200℃；脱硝后的烟气进入余热锅炉进行废热回收，并通过烟囱清洁排放。此类低温管为防止硫氨的形成对于SOx的脱除效率要求较高。
实施例5
本实施例提供一种沼气工厂尾气处理方法，所述方法使用实施例1提供的沼气工厂尾气处理系统，其中氧化燃烧装置1为蓄热氧化炉，第一余热回收装置2、第二余热回收装置4以及第三余热回收装置8为余热锅炉，脱硫装置3为脱硫反应塔，脱硝装置5为陶瓷纤维滤管除尘器。
所述处理方法包括：
沼气工厂尾气进入蓄热氧化炉进行无焰燃烧，蓄热氧化炉启动点火时采用沼气作为辅助燃料，氧含量测量装置10以及温度测量装置11对蓄热氧化炉处理后的烟气进行监测；蓄热氧化炉处理后的烟气进入余热锅炉进行废热回收，同时对烟气降温，降温后的烟气的温度为600℃；降温后的烟气通过脱硫剂添加装置加入脱硫剂消石灰，并进入脱硫反应塔进行脱硫处理；脱硫后的烟气经余热锅炉降温后，通过脱硝剂添加装置加入脱硝剂尿素，并进入陶瓷纤维滤管除尘器，所述陶瓷纤维滤管除尘器使用的滤管为有触媒滤管，触媒为钒钛触媒，处理温度为160℃；脱硝后的烟气进入余热锅炉进行废热回收，并通过烟囱清洁排放。此类低温管为防止硫氨的形成对于SOx的脱除效率要求较高。
对实施例2-5处理后的尾气中的氯化氢、氮氧化物、硫氧化物和二噁英的脱除效率进行测试，并对颗粒含量进行测试，其结果如表1所示。
本发明具体实施方式中处理的沼气尾气在考虑厂内其他臭味源汇集的时候其组份范围通常可以由以下涵盖：氨(NH3)0.004---38.1mg/m3；三甲胺(C3H8N)0.03---0.23mg/m3；硫化氢(H2S)0.002---35.56mg/m3；甲硫醇(CH4S)0.0025---0.35mg/m3；甲硫醚(C2H6S)0.003---0.28mg/m3；二甲基二硫醚(C2H6S2)0.004---0.825mg/m3；二硫化碳(CS2)0.009---15.34mg/m3；苯乙烯(C8H8)1.5---8.65mg/m3；乙醛(CH3CHO)0.301---10.008mg/m3；乙醇(C2H6O)4.17---584mg/m3；柠檬烯(C10H16)0.036---2.69mg/m3；蒎烷(C10H18)0.019---0.825mg/m3；总的挥发性有机物TVOCs(主要含有萜烯(C5H8)n、脂肪族烃CnH2n+1、芳香烃C9H12、酮RCOR、酯类等)共计3.7---48.9mg/m3。经燃烧处理后高限一般为CO2约98％以上(已经考虑尾气中带来的二氧化碳和甲烷燃烧以后的生成物)；SOx约为50到100ppm；NOx约为200-400ppm。
表1
Figure BDA0002513138400000101
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的氧化燃烧装置、第一余热回收装置、脱硫装置、第二余热回收装置、脱硝装置以及第三余热回收装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧化燃烧装置为氧化炉或蓄热氧化炉。
3.根据权利要求1或2所述的沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述氧化燃烧装置与所述第一余热回收装置之间的管路上设置有氧含量测量装置以及温度测量装置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述氧化燃烧装置处理后的烟气温度不高于850℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述第一余热回收装置与所述脱硫装置之间设置有脱硫剂添加装置；
优选地，所述脱硫剂包括碳酸氢钠和/或消石灰。
6.根据权利要求1-5任一项所述的沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述第二余热回收装置与所述脱硝装置之间设置有脱硝剂添加装置；
优选地，所述脱硝剂包括氨液和/或尿素。
7.根据权利要求1-6任一项所述的沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述脱硝装置为陶瓷纤维滤管除尘器。
8.根据权利要求7所述的沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述陶瓷纤维滤管除尘器中滤筒包括无触媒滤筒或有触媒滤筒；
优选地，所述触媒包括锰铁触媒、钒触媒、钛触媒或钨触媒中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述陶瓷纤维滤管除尘器处理烟气的温度为160～400℃。
9.根据权利要求1-8任一项所述的沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述第一余热回收装置、所述第二余热回收装置以及所述第三余热回收装置分别独立地为余热锅炉、气水换热器或气气换热器。
10.根据权利要求1-9任一项所述的沼气工厂尾气处理系统，其特征在于，所述系统尾部设置有烟囱，用于排放处理后的烟气。
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