沼气干法脱硫装置的设计

1、干法脱硫装置的设计干法脱硫装置的设计 一般原则： 1）沼气干法脱硫装置宜在地上架空布置，且应设置两套，一用一备； 2）沼气气水分离器的入口管内流速宜为 15m/s，沼气出口管内流速宜为 10m/s； 3） 沼气温度低于 10时， 净化设施应有保温防冻和增温措施； 沼气温度大于 35 时，应对沼气进行降温。 4）沼气管道的最低点必须设置沼气凝水器，定期或自动排放管道内的冷凝水。 沼气凝水器直径宜为进气管的 35 倍，高度宜为直径的 1.52.0 倍。 5）经过净化后的沼气质量指标应符合下列要求： 沼气低位发热值大于 18Mj/m3；沼气中硫化氢含量小于 20mg/m3；沼气温度小于 35 沼气中

2、硫化氢的浓度受发酵原料或发酵工艺的影响很大，原料不同，沼气中 硫化氢含量变化也很大，一般在 0.814.5g/m3之间，其中以糖蜜废水及城粪发酵 后，沼气中的硫化含量最高。早期曾有研究人员采用醋酸锌化学分析法，对四个 行业 13 个工厂（场）进行的现场测定，其结果如下表所示 表 41 不同原料所产沼气中的 H2S 的含量 行业 单位数最低 最高 平均 酒厂 4 0.82 1.08 1.15 食品屠宰场 2 1.6 1.8 1.7 禽畜场 5 0.028 4.5 1.79 城粪处理厂 2 1.5 14.5 7.95 对于脱硫装置的设计，根据当前大中型沼气工程的实际情况及 H2S 的浓度 范围采用

3、：一级脱硫：H2S 在 2g/m3以下；二级脱硫：H2S 在 25g/m3；三级脱 硫：H2S 在 5g/m3以上。如果 H2S 在 10g/m3以上，最好先采用湿法粗脱，再用氧 化铁进行精脱。 1）空速的选择 空速是指单位体积脱硫剂每小时能处理沼气量的大小，单 位为 l/h，其表达式为： VSP=Vm/Vt (4-4) 式中 VSP沼气空速（l/h） ； Vm沼气小时流量（m3/h） ； Vt 脱硫剂体积（m3） 。 从上式中不难看出，空速是表示脱硫剂性能的重要参数之一。不同的脱硫剂 因其活性不同，在选择空速时应根据沼气中 H2S 的浓度、操作温度、脱硫工作 区高度等因素进行综合考虑。 空速

4、值选得越高，则沼气与脱硫剂的接触时间也越短，即接触时间 t j为空 速的倒数： t j=1/ VSP (4-5) 式中 t j接触时间（s） 在常温常压下，氧化铁脱硫剂在处理沼气中的 H2S 浓度小于 3g/m3时，取 t j为 100 秒，相当空速 36l/h；若 H2S 含量在 48g/m 3，则 t j约为 450 秒，相当 空速为 8l/h。若沼气中含少量氧气时，空速可适当提高，一般常温常压下取空速 为 2050l/h 之间。 近年来，随着科技的发展，新型高效脱硫剂层出不穷，新型高效脱硫剂具有 脱硫精度高：进口 H2S 为 10000 ppm 时，出口 H2S0.1ppm； 反应速度快

5、：气 空速可大于 1000h-1（液空速为 5h-1），线速度可达 0.10.3m/s； 工作硫容大： 一次性脱除 H2S 硫容可达 20%； 强度和耐水性好： 水煮 24h 或浸泡 30 天不粉化， 12MPa 压力下急骤充压、卸压进行 100 次冲击试验后，强度无变化；适用温度 范围广等特点。一些高效脱硫剂空速可达 2000 h-1，工作硫容达到 30%。 2）线速的选择 线速是指沼气通过脱硫剂床高与接触时间之比： Us=Hch/ t j (4-6) 式中 Us线速度（mm/s） Hch床高（mm） t j 接触时间（s） 沼气通过脱硫塔的线速，是设计该装置尺寸的一个关键性参数。线速取得太

6、 低，沼气呈现滞留状态；随着线速的增加，气流进入湍流区，能在更大程度上减 少气膜厚度，从而增加了脱硫剂的活性。当用 TTL 型脱硫剂时，可选线速在 1040mm/s。 3）床层高度确定：床高高度与脱硫剂的利用率密切相关。短而粗的脱硫塔 床层低，虽然阻力较小，但因脱硫剂的“饱和度”小，使脱硫剂利用率低。当采用 分层装填时，有利于克服由于偏流或局部短路而引起的“早泄”现象，改善并提高 脱硫效果。床层高度超过 1.5m 以上时，可采用双层。 4）床层高度和塔径比的关系：氧化铁脱硫是一个化学吸附过程，在吸附的 各个时期，脱硫床层可分为备用区、工作区和饱和区。工作区是指床层内执行脱 硫职能的部位。工作区

7、的高低与脱硫剂的活性、空速有关。根据 TTL 型脱硫剂 的试验结果，在空速为 50l/h 以下，H2S 浓度为 13g/m3时，脱硫剂床层高度为 塔径 34 倍。 5）脱硫剂的更换时间：脱硫剂的使用周期和更换时间是与脱硫剂的技术性 能，即工作硫容及填装量成正比，与沼气中 H2S 浓度及日处理气量成反比。对 于中小型沼气工程，既要考虑脱硫设备的大小及所占场地，又要考虑到频繁地更 换脱硫剂给运行带来的不便，一般取脱硫剂的更换期为 6 个月较适宜。通过下式 可计算出脱硫剂的装填量： G= s tCV 1000 (4-7) 式中 G脱硫剂装填量（kg） ； t 脱硫剂使用时间（d） ； s 脱硫剂饱和

8、硫容（%） ； C沼气中H2S含量（g/m3） ； V日处理沼气量（m3/d） 。 设脱硫剂使用时间t180d，脱硫剂饱和硫容s20，沼气中H2S含量C 8 g/m3，日处理沼气量V1247m3/d，代入式（49） ，得 G= s tCV 1000 2 . 01000 12478180 8978.4 kg W701氧化铁精脱硫剂的堆密度为0.700.85 g/ml之间，本设计取堆密度为 0.8 g/ml，则脱硫剂的总体积为 Vt/G (4-8) 8978.4/80011.223m3， 根据4.2.1.1、4.2.1.2的要求，设脱硫塔床层的总高度为Hch，沼气空速VSP 200h 1，选择线速度 Us0.2m/s，根据式(4-5)，可知t j18s；根据式(4-6)可 知 HchUs t j (4-9) 0.2183.6m 本设计采取三级串联的方式，则每级中脱硫剂的体积为 VnVt/311.223/33.741m3 (4-10) 设脱硫塔的直径为D，则 Vn 4 2 D Hch (4-11) 3.741 4 2 D 3.6 D1.15m，