沼气净化技术

污泥厌氧消化技术专题交流 名称 沼气净化技术 脱硫 脱水 过滤 报告人 方克华日期 2011年01月18日 技术交流内容 1 沼气脱硫部分2 沼气脱水部分3 沼气过滤部分4 结论 沼气净化技术背景 目前污泥厌氧消化产沼气发电技术将成为未来污泥处理的发展趋势 沼气是一种混合气体 主要含CH4和CO2 但还有少量的水汽 H2S和NH3 痕量的H2 N2 O2 CO和卤化烃等杂质 这些杂质影响了沼气的回收利用 沼气中的H2S是一种可燃性无色气体 常温下为无色有臭鸡蛋气味的气体 有毒 密度比空气大 能溶于水 1 2 6 其水溶液叫氢硫酸 具有腐蚀性 会腐蚀压缩机 金属管道 气体储柜和发电机等设备 严重影响沼气发电利用率 国内有污水处理厂污泥厌氧消化系统由于脱硫系统运行不稳定 严重腐蚀发电系统 造成产生的沼气无法有效利用 而且硫化氢燃烧后生成的二氧化硫 会造成环境污染及影响人的身体健康 因此在沼气利用前必须对沼气进行净化 因此 为实现沼气的环保 高值 高效利用 沼气净化技术显得尤为重要 某工程沼气净化 储存和压送工艺流程 储气罐 考虑产气量和用气量经常不平衡 所以必须设置储气罐进行调节 水封罐 为了调整和稳定沼气压力 本工程在储气罐前后沼气管道上均设置水封罐 同时兼作排除冷凝水作用 压缩机 满足沼气热水锅炉和沼气发动机的进口气压和气量的要求 沼气脱硫 沼气中的硫化氢对于管道和设备具有很强的腐蚀作用 同时其在燃烧时将产生二氧化硫等有害气体污染环境 因此 规范中规定硫化氢含量必须低于20mg m3 如果沼气中二氧化硫含量超过规范中规定的标准 必须要进行脱硫处理 目前沼气脱硫常用的方法有干式脱硫和湿式脱硫 生物脱硫等 1 干法脱硫具有工艺简单 成熟可靠 造价低等优点 常用于低含硫气体的处理 干法脱硫剂有活性炭 氧化锌 氧化锰及氧化铁等 从运转时间 使用温度 公害 价格等综合考虑 目前采用最多的脱硫剂是氧化铁 工程设计中 常采用干法氧化铁脱硫塔脱硫 含有硫化氢的粗气通过脱硫剂时 硫化氢和活性氧化铁接触 生成硫化铁和亚硫化铁 这种含铁的硫化物与空气中的氧接触 再转化为氧化铁和单体硫 脱硫反应式如下 脱硫 Fe2O33H2O 3H2S Fe2S3 6H2OFe2O33H2O 3H2S 2FeS S 6H2O脱硫剂工作一定时间后 其活性会逐渐下降 脱硫效果逐渐变差 当脱硫装置出口沼气中H2S的含量超过20mg m3时 就需要对脱硫剂进行处理 当脱硫剂中硫未达到30 时 脱硫剂可进行再生 若脱硫剂硫容超过30 时 就要更新脱硫剂 再生反应式如下 2Fe2S3 3O2 2Fe2O3 6S4FeS 3O2 2Fe2O3 4S脱硫剂的再生反应可进行多次 直到脱硫剂微孔大部分被硫堵塞而失活为止 如在脱硫装置内进行再生 必须严格控制再生条件 压力必须为常压 床层温度必须控制在30 60 严格控制超温 否则会引起单质S升华和自燃 水分含量必须控制在使用条件下的35 pH值则必须控制在8 10的范围内 为提高再生效果 可以在脱硫装置下部进气口处 定时加入适量的浓NH3 H2O 造成弱碱性的再生环境 当观察到脱硫剂由黑褐色转为红棕色时 再生即完成 塔内装有中央为圆孔的吊筐 叠置起来的吊筐在净化塔中心形成的圆柱形沼气通道 如图上箭头所表示的方向 沼气由塔底进入中心通道 并均匀分布进入各个吊筐中 通过脱硫剂层后进入吊筐与塔壁形成的空隙内 而由塔侧壁排出 气体以正常的速度通过脱硫剂时 每米厚脱硫剂的阻力为1226 2452Pa 沼气与脱硫剂接触时间 一般取50 300S 脱硫后沼气中含硫化氢量应降低10 20mg m3 脱硫器的直径D 一般按H D 2 3值选取 脱硫器其它尺寸 按图2标注尺寸关系计算 脱硫剂宜分层安装 要求再生或更换方便 颗粒状脱硫剂是相互转换使用 新鲜脱硫剂首先装入第3塔 然后由第3塔排出 经过活化萃取后 依次再装入第2塔和第1塔 脱硫剂从第1塔排出 再采用过氯乙烯萃取脱硫剂中的硫元素 将处理过的脱硫剂 转换到第2塔循环使用 装置中约80 的脱硫剂要经过萃取 各塔内脱硫剂经过活化萃取过筛后要损失掉一部分 只能用新鲜脱硫剂来补充 连续脱硫装置节约了脱硫的处理费用 并实现工艺过程的连续性 当脱硫器出口沼气中H2S含量超过使用要求指标时 即使脱硫剂中硫化铁含量未到30 也应进行脱硫剂的再生 再生过程要控制好床层温度 一般为30 70 最高不能超过90 对于吸附硫量较小的情况 一般采用空气再生 当床层温度升高过快时 则用关小空气进气阀来控制温度 对于含硫量大的情况 则要采取强制通气再生 再生过程所需时间取决于吸硫量的多少 吸硫量多 再生过程长 否则再生过程短 再生一般为2 3次 待床层温度不再上升 而进口和出口空气中的含氧量基本相等时 则表明再生过程结束 2 湿式脱硫法湿法脱硫的流程复杂 投资大 适合于气体处理量大和硫化氢含量高的工程 在湿式脱硫法中一般使用碱性液体来吸收硫化氢 消化的沼气从底部进入塔中 与吸收剂逆流接触反应 然后从塔顶部排除 反应如下 2NaOH H2SNa2S 2H2ONaOH H2SNaHS H2O实际运行中 湿法脱硫碱液的吸收受到流速 流量 温度等因素的影响 H2S的溶解度很可能达不到100 脱硫时易形成NaHS 而非Na2S NaHS再生时会与O2反应生成硫酸盐和硫代硫酸盐 有害物质在吸收液中富集 并使溶液的吸收能力降低 从而需不定期的排除脱硫循环液 浪费了大量的原辅材料 也可能带来二次环境污染 3 生物脱硫技术生物脱硫是利用发酵液中的各种微生物如 脱氮硫杆菌 氧化硫硫杆菌 氧化亚铁硫杆菌 排硫硫杆菌 丝状硫细菌 氏硫菌属 辨硫菌属 发硫菌属等 在微氧条件下将H2S氧化成单质S和H2SO4 其反应式如下 2H2S O22S 2H2O2S 3O2 2H2O2H2SO4硫磺氧化细菌亦可以简单写为 H2S 2O2H2SO4 从沼气发酵罐内导出的气体进入生物脱硫塔 同时从发酵罐内抽出部分发酵液 用泵将发酵液从生物脱硫塔的底部抽到顶部进行淋洒 发酵液的作用有两个 1 发酵液当中含有很多微生物 与沼气中的H2S作用后 能够生成含有S单质的细菌 存在于生物脱硫塔内部的填充层里 这种细菌是好氧性细菌 因此 在进行生物脱硫前 沼气应预先通过鼓风机注入微量的空气 O2 使其处于好氧状态 如果没有与H2S相遇 可以消耗自身成为H2SO4 通过发酵液的循环而排放出去 2 由于污泥经过发酵后 水溶液中含有大量的氨类物质 能够除去发酵气体中大约40 左右的CO2 同时还可以与生成的H2SO4反应生成 NH4 2SO4 肥料成分 发酵液经过循环后 当其pH值达到5以下时 就基本上失去了脱硫的作用 需要重新更换 原来的废水则流到调整槽等待好氧处理 生物脱硫技术必须具备几个条件 第一 具有可靠的效率 第二 所需的营养物质少 第三 生物量中的单质硫容易分离出来 4 其它脱硫方法此外 还有萘醌氧化脱硫技术 HAPS氧化脱硫技术 PDS脱硫技术和生物脱硫技术等方法可应用到沼气去除H2S中 某试验采用PDS 钛箐钴磺酸盐系化合物的混合物 法应用于某污水处理厂消化沼气脱硫的研究与试验 证明了该方法的有效性及可行性 脱硫效率高达90 以上 平均脱硫效率为95 脱硫后消化沼气中H2S的浓度均远远低于发动机对燃气中要求的H2S的浓度标准 目前 PDS法虽然解决了氰化氢中毒问题 但由于所用催化剂PDS需要合成 脱硫成本相应要高 限制了PDS法脱硫技术的推广应用 大连夏家河污泥处理厂脱硫系统 沼气脱水 脱水是因为导气管中如果积累了水会溶解硫化氢而腐蚀管道 此外当沼气被加压储存时 为了防止因为凝结水而冻坏储气罐 也必须对水进行去除 不同的温度下沼气中饱和水蒸汽的含量不同 在35 时水的含量接近5 在输入天然气网前沼气中的水必须去除 针对不同的净化工艺 在各个阶段有不同的方法 在压缩之前需除去冷凝水 这样 在洗涤去除CO2和H2S工艺中就不需要再对气体进行干燥 在吸收净化工艺之前也常常需要对气体进行干燥 1 冷凝法即在热交换系统中通过冷却器冷却气体而除去冷凝水 这种方法由于是在热交换器的表层冷却 通常比露点低0 5 1 为了取得更低的露点 必须在冷凝之前先压缩气体 然后再释放到需要的压力 A 介质入口或出口 B 介质入口或出口 C 冷却水入口 D 冷却水出口 E 放空口 脱水装置原理图 1 堵板 2 出气管3 筒体 4 平置 5 竖置 6 封头 7 排水管 8 进气管 为了使沼气的气液两相达到工艺指的分离要求 常在塔内安装水平及竖直滤网 当沼气以一定的压力从装置上部以切线方式进入后 沼气在离心力作用下进行旋转 然后依次经过水平滤网及竖直滤网 促使沼气中的水蒸气与沼气分离 而后器内的水滴 沿内壁向下流动 而积存于装置底部并定期排除 2 吸附法吸附干燥是指通过硅胶 氧化铝或氧化镁等干燥剂来吸收气体中的水分 待干燥的气体通过吸附床中的干燥剂被干燥 通常使用两套装置 当一个工作的时候 另外一个可以再生 干燥剂的再生可以通过两种途 一种是可以用一部分 3 8 的高压干燥气体再生干燥剂 这部分气体可以重新回流至压缩机入口 另外一种是在常压下 用空气和真空泵来再生干燥剂 此法会把空气混入沼气中 一般不会用 2 吸收法水可以被乙二醇 三乙二醇和吸水性的盐吸收 有许多种盐都有不同的吸水性 通常在干燥吸附塔中填充上小颗粒盐 待干燥气体从底部通入 被水溶解了的饱和盐溶液积累在吸收塔的底部 通过阀门排出 然后换上新盐颗粒 盐一般不用再生 在一般工业应用干燥器中 不同的盐露点通常在10 15 之间 沼气过滤 消化池输出的沼气中常夹带固体杂质 而且含湿量很高 沼气中的固体杂质易堵塞管道和附件 沼气中的水蒸汽易冷却成冷凝水 缩小管道有效流通面积 有工程设置砾石过滤器去除沼气中的固体杂质和水分 结论 沼气中的H2S的密度比空气大 能溶于水 1 2 6 其水溶液叫氢硫酸 具有腐蚀性 会腐蚀压缩机 金属管道 气体储柜和发动机等设备 严重影响沼气发电利用率 常用脱硫方法有干式 常用于低含硫气体的处理 湿式 适合于气体处理量大和硫化氢含量高的工程 生物脱硫 有很好发展前景 脱水是因为导气管中如果积累了水会溶解硫化氢而腐蚀管道 此外当沼气被加压储存时 为了防止因为凝结水而冻坏储气罐 也必须对水进行去除 常用的方法有冷凝法 吸附法 吸收法 消化池输出的沼气中常夹带固体杂质 因此需要进行过滤 一般采用砾石过滤器去除 大连东泰夏家河污泥处理厂参与单位 安阳艾尔旺新能源环境有限公司 大连利浦环境能源工程技术有限公司规模 600吨 日工艺技术 厌氧消化案例说明 国内第一座以BOT方式建设的污泥处理厂 项目于2007年开建 2009年4月正式投产运行 2009年12月沼气脱碳及天然气并网一次试车成功 日处理城市污泥600吨 项目占地2 47公顷 将大连市中心城区污水处理厂产生的脱水污泥进行集中化的厌氧消化处理 沼气经提纯处理后 可日供生物燃气 天然气品质 16500立方米 同时每年生产6万吨腐殖土 可作为园林绿化营养土或填埋场覆盖土 小红门污水处理厂污泥消化处理工程参与单位 小红门污水处理厂规模 800吨 日工艺技术 浓缩脱水厌氧消化案例说明 小红门厂污泥处理工艺采用浓缩 消化 脱水工艺 其中污泥消化工艺于08年11月份竣工 正式投入运行 污泥通过中温厌氧消化达到了稳定化 资源化 减量化 通过相关工艺的调控 消化池稳定运行 产生的沼气中甲烷含量稳定 具备点燃条件后 成功的调试沼气拖动鼓风机 实现了能源的再生利用 从而大大的节省了电力的消耗 09年小红门厂共计产生沼气368 7万立方米 09年3月沼气拖动鼓风机正式运行 截止09年底 共计节省电量355 9万度 折合节省金额为2