CN210261116U - 一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于地热蒸汽回收硫技术，具体涉及一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统，包括地热发电系统和气体分离回收系统，所述地热发电系统包括地热产生井、汽水分离器、汽轮机、电动机、凝汽器、地热尾水过滤器、地热回灌井，所述气体分离回收系统包括真空泵、多孔介质反应器、硫冷凝器、固态硫储罐、硫化氢膜分离器、氢气膜分离器、氢气储罐、尾气净化排放装置，本实用新型将硫化氢伴生气依次通过多孔介质反应器、硫冷凝器、硫化氢膜分离器回收固体硫，再将余气经过氢气膜反应器，吸收氢气，剩余的尾气通过尾气净化排放装置净化后排出。

Description

一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统

技术领域

本实用新型属于地热蒸汽回收硫技术，具体涉及一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统。

背景技术

地热资源是一种可再生的清洁能源，自1904年意大利的第一台试验性地热发电机组诞生以来，特别是20世纪80年代后能源和环保逐步受到重视后，地热发电规模在全球范围内也增长显著。根据2015年世界地热大会资料，截至当年全球地热发电装机12.6GWe，预测到2020年将增长至21.4GWe。

世界范围内地热资源丰富，地热田蒸汽或汽水混合物流体是当前地热发电的主要热源。但是，据日本、美国、意大利、肯尼亚、印度尼西亚等众多地热发电站运行报告，地热蒸汽或地热水中通常含有硫化氢伴生气体，其在占比3-10％体积分数的不凝结气体中的体积含量高达10-40％，一方面硫化氢气体不溶于水，其在凝汽器中堆积容易引起真空恶化，影响发电效率；另一方面，硫化氢为有毒气体，不但会引起金属材料的腐蚀，其直接排放至大气中还会引起局部浓度超标，存在安全隐患。

目前地热发电站除了针对硫化氢建立必要的监测和预防体系外，也从理论上研究尝试了一些处理措施，例如注入过氧化物或次氯酸盐等氧化剂，或使用胺与其反应进行脱除，或注入三嗪类产品，或使用铁离子溶液等。但已有技术或者存在较强的腐蚀性的，并可能导致其它问题，或者需要较大的资金投入，大大降低地热发电站的盈利能力。

随着材料科学的不断发展，蓄热能力强、透气性能好、耐热耐酸、成本低廉的多孔材料不断出现，为超绝热燃烧技术在硫化氢分解的应用提供了条件。硫化氢的分解反应2H2S→S2↓+2H2为吸热反应，当温度高于1000K时才能发生。超绝热分解法使用多孔介质通过硫化氢的部分氧化为其分解提供能量，主反应为2H2S+O2→2S+2H2O和2H2S+3O2→2SO2+2H2O，温度能够维持在1400K以上，使硫化氢的燃烧温度超过绝热燃烧温度，避免了外加热源的引入，极大地降低了热分解能耗，并伴随反应2H2S+SO2→3S+2H2O，且氧化和分解过程均可以实现自维持。此外，超绝热分解过程还具有NOx、CO、SO2排放量小的优点。由于分解产物氢气和单质硫均有较高的工业价值，且依靠硫化氢自身部分氧化提供反应条件，几乎不消耗外界能量，因此可用于地热蒸汽田硫化氢伴生气的高附加值利用，但这类硫化氢地热伴生气的处理方式尚未被提出。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统。

本实用新型的技术方案是：

一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统，

包括地热发电系统和气体分离回收系统，所述地热发电系统包括地热产生井、汽水分离器、汽轮机、电动机、凝汽器、地热尾水过滤器、地热回灌井，所述地热生产井通过地热水供水管道与汽水分离器进水口连接，所述汽水分离器蒸汽出口通过蒸汽出气管道与汽轮机、凝汽器依次连接，所述汽轮机还与发电机连接，所述凝汽器冷却水进出口通过第一冷却水供回水管道与冷却塔连接，所述汽水分离器凝结水出口通过地热水回水管道与地热尾水过滤器连接，所述地热尾水过滤器与地热回灌井连接，所述凝汽器排水口通过凝结水出水管道连接至地热水回水管道上，所述地热水供水管道上设置有潜水泵，在地热尾水过滤器与地热回灌井之间的管道上设置有回灌加压泵；

所述气体分离回收系统包括真空泵、多孔介质反应器、硫冷凝器、固态硫储罐、硫化氢膜分离器、氢气膜分离器、氢气储罐、尾气净化排放装置，所述凝汽器抽真空口通过硫化氢进入管道依次连接真空泵、多孔介质反应器进气口，所述硫化氢进入管道上并联有空气进入管，该空气进入管端部与引风机连接，所述多孔介质反应器出气口通过硫化氢出气管道与硫冷凝器、硫化氢膜分离器、氢气膜反应器、尾气净化排放装置依次连接，所述硫冷凝器的熔融硫出口通过管道与固态硫储罐连接，所述硫化氢膜分离器的硫化氢气体出口通过硫化氢气体回流管道连接至真空泵上，所述氢气膜分离器的氢气气体出口通过管道与氢气储罐连接，所述冷却塔通过第二冷却水供回水管道与硫冷凝器冷却水进出口连接。

优选的，所述地热水供水管道、蒸汽出气管道、第一冷却水供回水管道、地热水回水管道以及凝结水出水管道上均设置有阀门，所述第一冷却水供回水管道上设置有冷却水泵，该冷却水泵位于其中的回水管道上；

所述硫化氢进入管道、空气进入管、硫化氢出气管道、在硫冷凝器与态硫储罐之间的管道上、硫化氢气体回流管道、在氢气膜分离器与氢气储罐之间的管道上以及第二冷却水供回水管道上均设有阀门。

优选的，在氢气膜反应器与尾气净化排放装置之间设置有样气检测装置，该样气检测装置与引风机的阀门开度连锁。

优选的，所述多孔介质反应器包括装置外壳、气体入口管、气体出口管、气体出口套筒、均流装置以及多孔介质反应器本体，所述多孔介质反应器本体位于装置外壳内，且与装置外壳间隔距离，所述气体入口管插入气体出口套筒内，穿过多孔介质反应器本体反应高温区，伸入底部，气体出口套筒与气体出口管连接，所述均流装置位于多孔介质反应器本体的空腔内，且均流装置与气体出口套筒互通，所述气体出口套筒位于空腔的中心位置，所述气体出口套筒侧壁开有条形孔。

本实用新型的有益效果：本实用新型将地热发电系统和硫化氢伴生气收集系统结合起来，一方面满足了发电机运作供电的效果，另一方面将硫化氢伴生气依次通过多孔介质反应器、硫冷凝器、硫化氢膜分离器回收固体硫，再将余气经过氢气膜反应器，吸收氢气，剩余的尾气通过尾气净化排放装置净化后排出。本实用新型中硫冷凝器连接着固态硫储罐，用于回收固体硫；氢气膜反应器连接着氢气储罐，用于吸收氢气。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中多孔介质反应器的结构示意图。

其中，1、地热生产井；2、汽水分离器；3、汽轮机；4、电动机；5、凝汽器；6、地热尾水过滤器；7、地热回灌井；8、冷却塔；9、真空泵；10、引风机；11、多孔介质反应器；12、硫冷凝器；13、固态硫储罐；14、硫化氢膜分离器；15、氢气膜分离器；16、氢气储罐；17、尾气净化排放装置；18、冷却水泵；19、潜水泵；20、回灌加压泵；

110、装置外壳；111、气体入口管；112、气体出口管；113、气体出口套筒；114、均流装置；115、多孔介质反应器本体。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1所示，本实用新型具体公开了一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统，包括地热发电系统和气体分离回收系统，所述地热发电系统包括地热产生井1、汽水分离器2、汽轮机3、电动机4、凝汽器5、地热尾水过滤器6、地热回灌井7，所述地热生产井1通过地热水供水管道与汽水分离器2进水口连接，所述汽水分离器蒸汽出口通过蒸汽出气管道与汽轮机、凝汽器依次连接，所述汽轮机还与发电机连接，所述凝汽器5冷却水进出口通过第一冷却水供回水管道与冷却塔8连接，所述汽水分离器2凝结水出口通过地热水回水管道与地热尾水过滤器6连接，所述地热尾水过滤器6与地热回灌井7连接，所述凝汽器5排水口通过凝结水出水管道连接至地热水回水管道上，所述地热水供水管道上设置有潜水泵19，在地热尾水过滤器6与地热回灌井7之间的管道上设置有回灌加压泵20；所述气体分离回收系统包括真空泵9、多孔介质反应器11、硫冷凝器12、固态硫储罐13、硫化氢膜分离器14、氢气膜分离器15、氢气储罐16、尾气净化排放装置17，所述凝汽器5抽真空口通过硫化氢进入管道依次连接真空泵9、多孔介质反应器11进气口，所述硫化氢进入管道上并联有空气进入管，该空气进入管端部与引风机10连接，所述多孔介质反应器11出气口通过硫化氢出气管道与硫冷凝器12、硫化氢膜分离器14、氢气膜反应器15、尾气净化排放装置17依次连接，所述硫冷凝器12的熔融硫出口通过管道与固态硫储罐13连接，所述硫化氢膜分离器14的硫化氢气体出口通过硫化氢气体回流管道连接至真空泵9上，所述氢气膜分离器15的氢气气体出口通过管道与氢气储罐连16接，所述冷却塔8通过第二冷却水供回水管道与硫冷凝器12冷却水进出口连接。

其中，在地热水供水管道、蒸汽出气管道、第一冷却水供回水管道、地热水回水管道、凝结水出水管道、硫化氢进入管道、空气进入管、硫化氢出气管道、在硫冷凝器12与固态硫储罐13之间的管道上、硫化氢气体回流管道、在氢气膜分离器15与氢气储罐16之间的管道上以及第二冷却水供回水管道上均设置有阀门，且在第一冷却水供回水管道上设置有冷却水泵18，该冷却水泵18位于其中的回水管道上。

在氢气膜反应器15与尾气净化排放装置17之间设置有样气检测装置，该样气检测装置与引风机10的阀门开度连锁，根据检测样气中的二氧化硫浓度，进而调整过量空气系数。

地热生产井1采出的地热蒸汽或汽水混合物流体经过汽水分离器2实现相态分离，水蒸气和含硫化氢等成分的伴生气送入汽轮机3做功并带动发电机4发电后，进入凝汽器5，被冷却水泵18从冷却塔8抽取的一路循环冷却水冷却成液体，与汽水分离器2的排水混合后经过地热尾水过滤回灌装置6过滤后，送入地热回灌井7内。

如图2所示，所述多孔介质反应器包括装置外壳110、气体入口管111、气体出口管112、气体出口套筒113、均流装置114以及多孔介质反应器本体115，所述多孔介质反应器本体115位于装置外壳110内，且与装置外壳110间隔距离，所述气体入口管111插入气体出口套筒112内，可以利用出口气体的余热加热反应气体，有利于反应气体的着火，同时也能提高反应温度，有利于反应的稳定进行。

所述气体入口管111穿过多孔介质反应器本体115反应高温区，伸入底部，气体出口套筒113与气体出口管112连接，所述均流装置114位于多孔介质反应器本体115的空腔内，且均流装置114与气体出口套筒113互通，均流装置114可以保证反应装置各处的压力分布均匀，从而保证气体流速能够在反应装置的多个多孔介质器壁面上均匀分配，所述均流装置114上可以开孔；所述气体出口套113筒位于腔室的中心位置，所述气体出口套筒113侧壁开有条形孔。

上述的多孔介质反应器本体115内的多孔介质材料选择蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷及金属丝网其中一种或多个组合。

水蒸气和含硫化氢等成分的伴生气送入汽轮机3做功带动发电机4发电后送入凝汽器5中，被冷却水冷却成液体，硫化氢等不凝结伴生气体富集在凝汽器5内，由真空泵9抽出，并与引风机10吸入的空气一同经气体入口管进入多孔介质反应器11后，被气体出口套管113内的高温气体预热，然后在装置外壳110与多孔介质反应器本体之间，进一步的均匀分配在多孔介质反应器本体内着火燃烧发生氧化反应，使的反应器内产生能够维持硫化氢分解的高温条件，硫化氢在空腔的高温区开始分解反应，生成氢气、熔融单质硫和二氧化硫，再经过气体出口套筒113，然后通过气体出口管112排出，反应产物与未反应的硫化氢及其他气体一同被送入硫冷凝器12，在冷却水泵18从冷却塔8抽取的另一路循环冷却水冷却作用下分离出的单质硫存入固态硫储罐13，气体物质被送入硫化氢膜分离器14，硫化氢膜分离器14分离出的未反应硫化氢气体被再次通过真空泵送入多孔介质反应器11内进行反应，其余气体进入氢气膜反应器15，氢气膜反应器15分离出的高纯度氢气被收集在氢气储罐16内，其余气体送至尾气净化排放装置17内，剩余的二氧化硫等气体被吸收净化后尾气排放至空气中。

所述硫冷凝器12的冷却流体可以选择有加热需求的流体替代，以回收燃烧反应热量。

本实用新型中的氢气膜分离器的具体结构在专利号CN201220177927.8中有详细介绍到，这里就不进行阐述。

本实用新型将地热发电系统和硫化氢伴生气收集系统结合起来，一方面满足了发电机运作供电的效果，另一方面将硫化氢伴生气依次通过多孔介质反应器11、硫冷凝器12、硫化氢膜分离器14回收固体硫，再将余气经过氢气膜反应器15，吸收氢气，剩余的尾气通过尾气净化排放装置17净化后排出。本实用新型中硫冷凝器12连接着固态硫储罐13，用于回收固体硫；氢气膜反应器15连接着氢气储罐16，用于吸收氢气。

本实用新型中的气体分离回收系统除适用于所述地热发电基本热力系统外，同样适用于地热单级闪蒸、双级闪蒸、闪蒸-双工质循环、全流地热发电等各种包括地热流体分离或相变形成蒸汽后进入发电机组凝汽器的系统。本实用新型中的气体分离回收系统可以作为独立子系统用于其它含有硫化氢气体需要脱除的系统。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统，包括地热发电系统和气体分离回收系统，其特征在于，所述地热发电系统包括地热产生井、汽水分离器、汽轮机、电动机、凝汽器、地热尾水过滤器、地热回灌井，所述地热生产井通过地热水供水管道与汽水分离器进水口连接，所述汽水分离器蒸汽出口通过蒸汽出气管道与汽轮机、凝汽器依次连接，所述汽轮机还与发电机连接，所述凝汽器冷却水进出口通过第一冷却水供回水管道与冷却塔连接，所述汽水分离器凝结水出口通过地热水回水管道与地热尾水过滤器连接，所述地热尾水过滤器与地热回灌井连接，所述凝汽器排水口通过凝结水出水管道连接至地热水回水管道上，所述地热水供水管道上设置有潜水泵，在地热尾水过滤器与地热回灌井之间的管道上设置有回灌加压泵；

所述气体分离回收系统包括真空泵、多孔介质反应器、硫冷凝器、固态硫储罐、硫化氢膜分离器、氢气膜分离器、氢气储罐、尾气净化排放装置，所述凝汽器抽真空口通过硫化氢进入管道依次连接真空泵、多孔介质反应器进气口，所述硫化氢进入管道上并联有空气进入管，该空气进入管端部与引风机连接，所述多孔介质反应器出气口通过硫化氢出气管道与硫冷凝器、硫化氢膜分离器、氢气膜反应器、尾气净化排放装置依次连接，所述硫冷凝器的熔融硫出口通过管道与固态硫储罐连接，所述硫化氢膜分离器的硫化氢气体出口通过硫化氢气体回流管道连接至真空泵上，所述氢气膜分离器的氢气气体出口通过管道与氢气储罐连接，所述冷却塔通过第二冷却水供回水管道与硫冷凝器冷却水进出口连接。

2.根据权利要求1所述的地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统，其特征在于，所述地热水供水管道、蒸汽出气管道、第一冷却水供回水管道、地热水回水管道以及凝结水出水管道上均设置有阀门，所述第一冷却水供回水管道上设置有冷却水泵，该冷却水泵位于其中的回水管道上；

所述硫化氢进入管道、空气进入管、硫化氢出气管道、在硫冷凝器与态硫储罐之间的管道上、硫化氢气体回流管道、在氢气膜分离器与氢气储罐之间的管道上以及第二冷却水供回水管道上均设有阀门。

3.根据权利要求1所述的地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统，其特征在于，在氢气膜反应器与尾气净化排放装置之间设置有样气检测装置，该样气检测装置与引风机的阀门开度连锁。

4.根据权利要求1所述的地热蒸汽田硫化氢伴生气高附加值利用系统，其特征在于，所述多孔介质反应器包括装置外壳、气体入口管、气体出口管、气体出口套筒、均流装置以及多孔介质反应器本体，所述多孔介质反应器本体位于装置外壳内，且与装置外壳间隔距离，所述气体入口管插入气体出口套筒内，穿过多孔介质反应器本体反应高温区，伸入底部，气体出口套筒与气体出口管连接，所述均流装置位于多孔介质反应器本体的空腔内，且均流装置与气体出口套筒互通，所述气体出口套筒位于空腔的中心位置，所述气体出口套筒侧壁开有条形孔。

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