CN111760432A - 一种氧化还原法脱硫工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氧化还原法脱硫工艺及装置，包括除尘箱、以及设置在除尘箱一侧的脱硫箱，除尘箱一侧设置有鼓风机，鼓风机的进风口连通至沼气生产池，鼓风机的出风口连通至除尘箱内，除尘箱底部设置有第一排气管，进气管与第一排气管之间设置有螺旋冷凝管，脱硫箱内侧壁之间可拆卸设置有挡板，脱硫箱一侧设置氧化还原箱，氧化还原箱内设置有对沼气进行脱硫反应的过渡金属离子水溶液，脱硫箱一侧壁设置有排液管，排液管下侧壁连通有喷头，脱硫箱上端侧壁还设置有第二排气管。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硫化氢，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。
Description
技术领域
本发明涉及氧化还原脱硫技术领域，具体为一种氧化还原法脱硫工艺及装置。
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；
沼气是我国目前正在大力开发的新型能源，有机物(工业废水、植物秸杆、动物粪便等)在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、且功能不同的各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等混合性气体：沼气，此过程是一个复杂的生物化学过程，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，沼气的产生会伴随着大量的硫化氢的生成，硫化氢是一种毒性气体，人体吸入后会引起不良反应，严重者会有生命危险，而且在有氧和湿热条件下，硫化氢会腐蚀管道及燃烧设备，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，因此很多研究者都致力于沼气脱硫技术的研究，目前可以进入工业化的技术多为物理方法和化学方法，包括直接气提、氧化和化学沉淀等常规物化工艺，虽然处理效果好，但其能耗、化学药剂和运行成本相对较高，以及存在二次污染的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种氧化还原法脱硫工艺及装置，包括除尘箱、以及设置在除尘箱一侧的脱硫箱，
所述除尘箱一侧设置有鼓风机，所述鼓风机的进风口通过管道连通至沼气生产池，所述鼓风机的出风口通过进气管连通至除尘箱的上侧壁内，所述除尘箱底部一侧壁设置有第一排气管，所述进气管与所述第一排气管之间设置有螺旋冷凝管，所述螺旋冷凝管外表面包裹有冷凝液，
所述第一排气管连通至所述脱硫箱的下端，所述脱硫箱内侧壁之间可拆卸设置有挡板，所述挡板为多孔结构，所述脱硫箱一侧设置氧化还原箱，所述脱硫箱的下端与所述氧化还原箱的下端通过第一出液管连通，所述氧化还原箱内设置有对沼气进行脱硫反应的过渡金属离子水溶液，
所述脱硫箱上端一侧壁设置有排液管，所述排液管通过管道连通至氧化还原箱的底端用于将过渡金属离子水溶液输送至脱硫箱内，所述排液管下侧壁连通有喷头，所述脱硫箱上端侧壁还设置有第二排气管，所述第二排气管的端部设置有第一滤网。
优选的，所述氧化还原箱一侧设置有氧化瓶，所述氧化瓶通过第三排气管连通至氧化还原箱的内部，所述氧化瓶内的氧气将氧化还原箱内的低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子，再次通过排液管输送至脱硫箱中使用。
优选的，所述氧化还原箱底部设置为锥形结构，所述氧化还原箱下端设置有第二出液管，所述第二出液管位于所述氧化还原箱内端处设置有第二滤网。
优选的，所述除尘箱上端铰接设置有箱盖，所述箱盖与所述除尘箱的交接处设置有氟橡胶层，所述氟橡胶层包括上氟橡胶层、下氟橡胶层，所述上氟橡胶层设置在箱盖上，所述下氟橡胶层设置在除尘箱上，所述上氟橡胶层设置有氟橡胶凸起，所述下氟橡胶层设置有与所述氟橡胶凸起相配合的氟橡胶凹槽。
优选的，所述氧化还原箱上端铰接设置有顶盖，所述顶盖上设置有电机，所述电机的输出轴贯穿该所述顶盖固定连接有搅拌轴，所述搅拌轴延伸至所述氧化还原箱的底部，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片。
优选的，所述氧化还原箱的上端侧壁设置有第四排气管，所述第四排气管的端处设置有第三滤网，所述脱硫箱上端一侧壁还设置有抽样管，所述挡板的下表面设置有第四滤网。
优选的，所述进气管、第一出液管、第二出液管、排液管、第一排气管、第二排气管、第三排气管、第四排气管、抽样管上均设置有阀门，所述喷头为高压雾化喷头。
优选的，所述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10～40％，所述氧化瓶内氧气浓度含量为10～50％。
优选的，所述氧化还原箱的下端侧壁铰接设置有箱门，所述箱门上设置有把手，所述把手上设置有防滑纹。
优选的，所述氧化还原箱的上端侧壁还设置有视窗，所述氧化还原箱内侧壁设置有发热管，所述发热管通过导线与所述氧化还原箱外界的温度控制器电连接用以调节氧化还原箱内部温度。
本发明有益效果
(1)本发明当沼气流经过螺旋冷凝管时，冷凝液将沼气中大颗粒物冷凝成雾滴，其中的雾滴和粉尘由于惯性撞击作用而附着于螺旋冷凝管管壁，同时，由于螺旋冷凝管的设置，沼气流经该螺旋冷凝管时被多次改变流动方向而形成旋流，从而发生多次尘液耦合，沼气中的独立粉尘与雾滴发生碰撞而凝并，实现沼气的除雾除尘，有效提高沼气的纯净度。
(2)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硫化氢，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，有效提高过渡金属离子水溶液的利用率，有效提高企业的生产效率，降低企业的生产成本。
(3)本发明初步除尘除水的沼气经第一排气管通入脱硫箱内，沼气上身过程中经过挡板，挡板下表面的第四滤网进一步对沼气进行除尘过滤，氧化还原箱内的过渡金属离子水溶液经排液管通过喷头对沼气进行脱硫，挡板多孔结构减慢沼气的上升速度，使沼气均匀缓慢的通过挡板增加脱硫效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明的氟橡胶层结构示意图。
图3为本发明氧化还原箱结构主视图。
附图标记说明：1、除尘箱；2、鼓风机；3、进气管；4、第一排气管；5、螺旋冷凝管；6、冷凝液；7、脱硫箱；8、挡板；9、第一出液管；10、氧化还原箱；11、排液管；12、喷头；13、第二排气管；14、电机；15、搅拌叶片；16、第二出液管；17、氧化瓶；18、第三排气管；19、第四排气管；20、第一滤网；21、第二滤网；22、第三滤网；23、第四滤网；24、箱盖；25、氟橡胶层；251、上氟橡胶层；252、下氟橡胶层；253、氟橡胶凸起；254、氟橡胶凹槽；26、发热管；27、视窗；28、阀门；29、箱门；30、把手；31、抽样管。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-图3所示，本发明提供了一种氧化还原法脱硫工艺及装置，包括除尘箱1、以及设置在除尘箱1一侧的脱硫箱7，
所述除尘箱1一侧设置有鼓风机2，所述鼓风机2的进风口通过管道连通至沼气生产池，所述鼓风机2的出风口通过进气管3连通至除尘箱1的上侧壁内，所述除尘箱1底部一侧壁设置有第一排气管4，所述进气管3与所述第一排气管4之间设置有螺旋冷凝管5，所述螺旋冷凝管5外表面包裹有冷凝液6，
所述第一排气管4连通至所述脱硫箱7的下端，所述脱硫箱7内侧壁之间可拆卸设置有挡板8，所述挡板8为多孔结构，所述脱硫箱7一侧设置氧化还原箱10，所述脱硫箱7的下端与所述氧化还原箱10的下端通过第一出液管9连通，所述氧化还原箱10内设置有对沼气进行脱硫反应的过渡金属离子水溶液，所述氧化还原箱10底部设置为锥形结构，所述氧化还原箱10下端设置有第二出液管16，所述第二出液管16位于所述氧化还原箱10内端处设置有第二滤网，第二滤网用以过滤并收集沼气脱硫产生的单质硫；在本实施例中，所述沼气中硫化氢的含量为3000mg/m3，所述过渡金属离子水溶液采用氯化铁溶液，其质量百分比浓度为20％，氧化瓶17内的氧含量浓度为25％，所述温度控制器控制发热管26提供30°的环境温度，检测出气管排出沼气的硫化氢含量为85mg/m3，脱硫效率为97.2％；
所述脱硫箱7上端一侧壁设置有排液管11，所述排液管11通过管道连通至氧化还原箱10的底端用于将过渡金属离子水溶液输送至脱硫箱7内，所述排液管11下侧壁连通有喷头12，所述脱硫箱7上端侧壁还设置有第二排气管13，所述第二排气管13的端部设置有第一滤网20，第一滤网20可过滤脱硫后的沼气杂质；
所述氧化还原箱10一侧设置有氧化瓶17，所述氧化瓶17通过第三排气管18连通至氧化还原箱10的内部，所述氧化瓶17内的氧气将氧化还原箱10内的低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子，再次通过排液管11输送至脱硫箱7中使用，有效提高过渡金属离子水溶液的利用率，有效提高企业的生产效率，降低企业的生产成本；
所述除尘箱1上端铰接设置有箱盖24，所述箱盖24与所述除尘箱1的交接处设置有氟橡胶层25，所述氟橡胶层25包括上氟橡胶层251、下氟橡胶层252，所述上氟橡胶层251设置在箱盖24上，所述下氟橡胶层252设置在除尘箱1上，所述上氟橡胶层251设置有氟橡胶凸起253，所述下氟橡胶层252设置有与所述氟橡胶凸起253相配合的氟橡胶凹槽254，箱盖24便于冷凝液6的添加与抽取，氟橡胶层25便于密封箱盖24与除尘箱1，一方面可防止冷凝液6的温度丧失，另一方面可防止外界杂质进入除尘箱1内污染冷凝液6；
所述氧化还原箱10上端铰接设置有顶盖，所述顶盖上设置有电机14，所述电机14的输出轴贯穿该所述顶盖固定连接有搅拌轴，所述搅拌轴延伸至所述氧化还原箱10的底部，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片15，通过设置电机14、搅拌轴、搅拌叶片15，可加快氧气与低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子反应速率，从而提高沼气的脱硫效率；
所述氧化还原箱10的上端侧壁设置有第四排气管19，第四排气管19可排出氧化还原箱10内部空气，防止内部压强过大导致爆炸，所述第四排气管19的端处设置有第三滤网22，第三滤网22可过滤气体中的杂质，防止污染空气，所述脱硫箱7上端侧壁设置有抽样管31，抽样管31可实时抽取脱硫箱7内部沼气的脱硫情况，提高脱硫过程的精准性，所述挡板8的下表面设置有第四滤网23，第四滤网23可过滤经过挡板8的沼气杂质；
所述进气管3、第一出液管9、第二出液管16、排液管11、第一排气管4、第二排气管13、第三排气管18、第四排气管19、抽样管31上均设置有阀门28，阀门28可控制打开与关闭各自管道，提高脱硫过程的精准性与可操控性，所述喷头12为高压雾化喷头；
所述氧化还原箱10的下端侧壁铰接设置有箱门29，所述箱门29上设置有把手30，所述把手30上设置有防滑纹，箱门29一方面便于氧化还原箱10内部设备的维修与更换，另一方面方便取出第二滤网21上的单质硫，把手30便于箱门29的开启与闭合，防滑纹可防止操作人员手部打滑；
所述氧化还原箱10的上端侧壁还设置有视窗27，视窗27便于操作人员实时观察氧化还原箱10内部状况，所述氧化还原箱10内侧壁设置有发热管26，所述发热管26通过导线与所述氧化还原箱10外界的温度控制器电连接用以调节氧化还原箱10内部温度，由于温度不同所导致沼气脱硫的效率不同，设置发热管26并控制其温度，可有效测出不同温度下的沼气脱硫的影响因素，为沼气脱硫提供更多有效的实验数据，从而为企业提供更加精准的沼气脱硫方案。
实施例2
如图1-图3所示，本实施例是在实施例1的基础上做出的进一步优化，具体为，沼气中硫化氢的含量为3000mg/m3，所述过渡金属离子水溶液采用硝酸钴溶液，其质量百分比浓度为20％，氧化瓶17内的氧含量浓度为25％，所述温度控制器控制发热管26提供30°的环境温度，检测出气管排出沼气的硫化氢含量为56mg/m3，脱硫效率为98.1％。
实施例3
如图1-图3所示，本实施例是在实施例1的基础上做出的进一步优化，具体为，沼气中硫化氢的含量为3000mg/m3，所述过渡金属离子水溶液采用硝酸铜溶液，其质量百分比浓度为20％，氧化瓶17内的氧含量浓度为25％，所述温度控制器控制发热管26提供30°的环境温度，检测出气管排出沼气的硫化氢含量为43mg/m3，脱硫效率为98.6％。
实施例4
如图1-图3所示，本实施例是在实施例1的基础上做出的进一步优化，具体为，沼气中硫化氢的含量为3000mg/m3，所述过渡金属离子水溶液采用氯化铁溶液，其质量百分比浓度为20％，氧化瓶17内的氧含量浓度为25％，所述温度控制器控制发热管26提供40°的环境温度，检测出气管排出沼气的硫化氢含量为32mg/m3，脱硫效率为98.9％。
工作原理
本发明为一种氧化还原法脱硫工艺及装置，各部件分布如图1-图3所示，使用时，沼气生产池内的沼气经鼓风机2通过进气管3通入螺旋冷凝管5内，由于螺旋冷凝管5外表面处于冷凝液6中，当沼气流经过螺旋冷凝管5时，冷凝液6将沼气中大颗粒物冷凝成雾滴，其中的雾滴和粉尘由于惯性撞击作用而附着于螺旋冷凝管5管壁，同时，由于螺旋冷凝管5的设置，沼气流经该螺旋冷凝管5时被多次改变流动方向而形成旋流，从而发生多次尘液耦合，沼气中的独立粉尘与雾滴发生碰撞而凝并，实现初步除雾除尘；
初步除尘的沼气经第一排气管4通入脱硫箱7内，沼气上身过程中经过挡板8，挡板8下表面的第四滤网23进一步对沼气进行除尘过滤，氧化还原箱10内的过渡金属离子水溶液经排液管11通过喷头12对沼气进行脱硫，挡板8多孔结构减慢沼气的上升速度，使沼气均匀缓慢的通过挡板8增加脱硫效率；清洗完成后的沼气经抽样管31抽取检测，检测其硫化氢含量在所需范围内后通过第二排气管13排出收集；
脱硫箱7内脱硫过程中的过渡金属离子水溶液通过第一出液管9输送至氧化还原箱10内，氧化瓶17内的氧气将氧化还原箱10内的低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子，再次通过排液管11输送至脱硫箱7中使用，有效提高过渡金属离子水溶液的利用率，有效提高企业的生产效率，降低企业的生产成本。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (10)
1.一种氧化还原法脱硫工艺及装置，包括除尘箱(1)、以及设置在除尘箱(1)一侧的脱硫箱(7)，其特征在于，
所述除尘箱(1)一侧设置有鼓风机(2)，所述鼓风机(2)的进风口通过管道连通至沼气生产池，所述鼓风机(2)的出风口通过进气管(3)连通至除尘箱(1)的上侧壁内，所述除尘箱(1)底部一侧壁设置有第一排气管(4)，所述进气管(3)与所述第一排气管(4)之间设置有螺旋冷凝管(5)，所述螺旋冷凝管(5)外表面包裹有冷凝液(6)，
所述第一排气管(4)连通至所述脱硫箱(7)的下端，所述脱硫箱(7)内侧壁之间可拆卸设置有挡板(8)，所述挡板(8)为多孔结构，所述脱硫箱(7)一侧设置氧化还原箱(10)，所述脱硫箱(7)的下端与所述氧化还原箱(10)的下端通过第一出液管(9)连通，所述氧化还原箱(10)内设置有对沼气进行脱硫反应的过渡金属离子水溶液，
所述脱硫箱(7)上端一侧壁设置有排液管(11)，所述排液管(11)通过管道连通至氧化还原箱(10)的底端用于将过渡金属离子水溶液输送至脱硫箱(7)内，所述排液管(11)下侧壁连通有喷头(12)，所述脱硫箱(7)上端侧壁还设置有第二排气管(13)，所述第二排气管(13)的端部设置有第一滤网(20)。
2.根据权利要求1所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述氧化还原箱(10)一侧设置有氧化瓶(17)，所述氧化瓶(17)通过第三排气管(18)连通至氧化还原箱(10)的内部，所述氧化瓶(17)内的氧气将氧化还原箱(10)内的低价过渡金属离子氧化为高价过渡金属离子，再次通过排液管(11)输送至脱硫箱(7)中使用。
3.根据权利要求2所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述氧化还原箱(10)底部设置为锥形结构，所述氧化还原箱(10)下端设置有第二出液管(16)，所述第二出液管(16)位于所述氧化还原箱(10)内端处设置有第二滤网。
4.根据权利要求1所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述除尘箱(1)上端铰接设置有箱盖(24)，所述箱盖(24)与所述除尘箱(1)的交接处设置有氟橡胶层(25)，所述氟橡胶层(25)包括上氟橡胶层(251)、下氟橡胶层(252)，所述上氟橡胶层(251)设置在箱盖(24)上，所述下氟橡胶层(252)设置在除尘箱(1)上，所述上氟橡胶层(251)设置有氟橡胶凸起(253)，所述下氟橡胶层(252)设置有与所述氟橡胶凸起(253)相配合的氟橡胶凹槽(254)。
5.根据权利要求3所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述氧化还原箱(10)上端铰接设置有顶盖，所述顶盖上设置有电机(14)，所述电机(14)的输出轴贯穿该所述顶盖固定连接有搅拌轴，所述搅拌轴延伸至所述氧化还原箱(10)的底部，所述搅拌轴上设置有搅拌叶片(15)。
6.根据权利要求2所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述氧化还原箱(10)的上端侧壁设置有第四排气管(19)，所述第四排气管(19)的端处设置有第三滤网(22)，所述脱硫箱(7)上端一侧壁还设置有抽样管(31)，所述挡板(8)的下表面设置有第四滤网(23)。
7.根据权利要求6所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述进气管(3)、第一出液管(9)、第二出液管(16)、排液管(11)、第一排气管(4)、第二排气管(13)、第三排气管(18)、第四排气管(19)、抽样管(31)上均设置有阀门(28)，所述喷头(12)为高压雾化喷头。
8.根据权利要求2所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述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10～40％，所述氧化瓶(17)内氧气浓度含量为10～50％。
9.根据权利要求1所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述氧化还原箱(10)的下端侧壁铰接设置有箱门(29)，所述箱门(29)上设置有把手(30)，所述把手(30)上设置有防滑纹。
10.根据权利要求9所述的一种氧化还原法脱硫工艺及装置，其特征在于，
所述氧化还原箱(10)的上端侧壁还设置有视窗(27)，所述氧化还原箱(10)内侧壁设置有发热管(26)，所述发热管(26)通过导线与所述氧化还原箱(10)外界的温度控制器电连接用以调节氧化还原箱(10)内部温度。
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