一种沼气脱硫装置的制作方法

本实用新型涉及沼气脱硫技术领域。

背景技术：

沼气作为一种新兴能源其应用越来越广泛，在我国环保标准中严格规定，利用沼气能源时，沼气气体中H₂S 含量不得超过20mg/m³。无论在工业或民用气体中，都必须尽可能的除去H₂S。沼气从厌氧发酵装置产出时，特别是在中温或高温发酵时，携带有大量的H₂S。由于沼气中还有大量的水蒸汽存在，水与沼气中的H₂S 共同作用，加速了金属管道、阀门和流量计的腐蚀和堵塞。另外，H₂S 燃烧后生成的SO₂，与燃烧产物中的水蒸气结合成亚硫酸，使设备的金属表面产生腐蚀，并且还会造成对大气环境的污染，影响人体健康。因此，在使用沼气之前，必须脱除其中的H₂S。

餐厨垃圾，包括家庭、学校、食堂及餐饮行业等产生的食物加工下脚料(厨余)和食用残余(泔脚)，是居民在生活消费过程中形成的生活废物，是食物垃圾中最主要的一种，极易腐烂变质，散发恶臭，传播细菌和病毒。其成分复杂，主要包括米和面粉类食物残余、蔬菜、动植物油、肉骨等，从化学组成上来看，含有淀粉、纤维素、蛋白质、脂类和无机盐。餐厨垃圾具有显著的危害和资源的二重性，其特点可归纳为: 有机物含量高，蛋白质、纤维素、淀粉、脂肪等丰富；含水率高，可达80% - 95%；盐分含量高，部分地区含辣椒、醋酸高；富含氮、磷、钾、钙及各种微量元素；存在有病原菌、病原微生物；易腐烂、变质、发臭、滋生蚊。其性状和气味都会对环境卫生造成恶劣影响，且容易滋生病菌等微生物并富集霉菌毒素等有害物质。我国餐厨垃圾数量十分巨大，并呈快速上升趋势。餐厨垃圾的无害化处理难度相对较高，由于其中蛋白质等含硫物质含量较高，其产生气体中硫化氢、二氧化硫等含硫化合物含量也较高。

干法脱除沼气气体中硫化氢（H₂S）的设备基本原理是以O₂使H₂S 氧化成硫或硫氧化物的一种方法，也可称为干式氧化法。生物脱硫，又称生物催化脱硫(简称BDS)，生物脱硫（BDS）是利用微生物或它所含的酶催化含硫化合物（H₂S、有机硫）、将其所含的硫积放出来（转化为SO₂或单质S）的过程。

生物脱硫具有成本低、处理范围广的特点，但由于脱硫菌生长易受到生长环境的影响且具有一定的处理容量，实际脱硫效果并不稳定。

技术实现要素：

本实用新型提供一种沼气脱硫装置，具有脱硫效果好、运行成本低的特点。

本实用新型提供的一种沼气脱硫装置，包括：

连通上一道工序，使未脱硫沼气进入本装置的进气管1；

用于检测进入进气管1的沼气含硫化合物含量的检测仪；

用于处理含高浓度含硫化合物的沼气的生物脱硫塔3；

用于处理含低浓度含硫化合物的沼气的干法脱硫塔4；

用于控制沼气流动的电气控制阀；

用于通过沼气的通气管道；

所述检测仪包括用于检测通过所述进气管1的沼气含硫化合物含量的第一检测仪21和用于检测所述生物脱硫塔4中流出沼气含硫化合物含量的第二检测仪22；

所述电气控制阀包括控制所述进气管1与所述生物脱硫塔3之间气体流动的第一电气控制阀51、控制所述进气管1与所述干法脱硫塔4之间气体流动的第二电气控制阀52和控制所述生物脱硫塔4与所述干法脱硫塔4之间气体流动的第三电气控制阀53；

所述进气管（1）通过通气管道与所述生物脱硫塔（3）进气口连通，所述进气管（1）通过通气管道与所述干法脱硫塔（4）进气口连通，所述生物脱硫塔（3）出气口与所述干法脱硫塔（4）进气口连通。

进一步地，前述的一种沼气脱硫装置中，还包括通过所述检测仪2反馈信息控制所述电气控制阀开闭的自动控制系统6。

进一步地，前述的一种沼气脱硫装置中，所述生物脱硫塔3为喷淋式填料塔。

进一步地，前述的一种沼气脱硫装置中，所述生物脱硫塔3为主体由玻璃钢制造，塔内有防腐格栅及支撑梁，外侧有聚胺脂或毡类保温层，保温层外面设有有彩钢板保护层，彩钢板保护层外涂刷有UV防护漆。

进一步地，前述的一种沼气脱硫装置中，所述干法脱硫塔4为填料塔，填料为氧化铁。

进一步地，前述的一种沼气脱硫装置中，所述进气管1前端还包括洗涤塔和换热器。

本实用新型所述技术方案所产生的有益效果为：

本实用新型提供的一种沼气脱硫装置采用生物脱硫和干法脱硫相结合的方式，在控制成本的同时取得了较好的脱硫效果，脱硫后沼气中含硫化合物含量不超过10mg/m³，沼气品质明显提高；同时采用自动控制系统，能够根据实际情况灵活的控制脱硫方式，实现了资源的优化配置，最大限度地节省材料人工，降低了运营成本，具有较好的经济效果。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的平面布置示意图；

图2是本实用新型生物脱硫塔结构图；

图3是本实用新型干法脱硫塔结构图。

上述附图中标记对应关系为：

1进气管；

21第一检测仪；22第二检测仪；

3生物脱硫塔；

4干法脱硫塔；

51第一电气控制阀；52第二电气控制阀；53第三电气控制阀；

6自动控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参考附图1，本实用新型提供的一种沼气脱硫装置，包括：

连通上一道工序，使未脱硫沼气进入本装置的进气管1；

用于检测进入进气管1的沼气含硫化合物含量的检测仪，所述的含硫化合物主要指硫化氢；

用于处理含高浓度含硫化合物的沼气的生物脱硫塔3；

用于处理含低浓度含硫化合物的沼气的干法脱硫塔4；

用于控制沼气流动的电气控制阀；

用于通过沼气的通气管道；

所述检测仪包括用于检测通过所述进气管1的沼气含硫化合物含量的第一检测仪21和用于检测所述生物脱硫塔4中流出沼气含硫化合物含量的第二检测仪22，所述检测仪可采用首科自控的“CEMS烟气监测系统”；

所述电气控制阀包括控制所述进气管1与所述生物脱硫塔3之间气体流动的第一电气控制阀51、控制所述进气管1与所述干法脱硫塔4之间气体流动的第二电气控制阀52和控制所述生物脱硫塔4与所述干法脱硫塔4之间气体流动的第三电气控制阀53。

前述的一种沼气脱硫装置中，还包括通过所述检测仪2反馈信息控制所述电气控制阀开闭的自动控制系统6。所述的自动控制系统6分别连通所述检测仪和所述电气控制阀，所述的自动控制系统6可以采用英国“阿道斯”自动控制系统；

前述的一种沼气脱硫装置中，所述进气管1通过通气管道与所述生物脱硫塔3进气口连通，所述进气管1通过通气管道与所述干法脱硫塔4进气口连通，所述生物脱硫塔3出气口与所述干法脱硫塔4进气口连通。

参考附图2，前述的一种沼气脱硫装置中，所述生物脱硫塔3为喷淋式填料塔。

前述的一种沼气脱硫装置中，所述生物脱硫塔3为主体由玻璃钢制造，塔内有防腐格栅及支撑梁，外侧有聚胺脂或毡类保温层，保温层外面设有有彩钢板保护层，彩钢板保护层外涂刷有UV防护漆。

参考附图3，前述的一种沼气脱硫装置中，所述干法脱硫塔4为填料塔，填料为氧化铁。

前述的一种沼气脱硫装置中，所述进气管1前端还包括洗涤塔和换热器。其作用是减少沼气中固体物质和降低沼气温度，防止对设备、填料、脱硫菌群造成损害。

在本实用新型的一种实施例中，进气管上装有第一检测仪21，且进气管末端分为两条支管，一条支管连通生物脱硫塔3，且其上设有第一电气控制阀51，另一条支管连通干法脱硫塔4，且其上设有第二电气控制阀52，另外生物脱硫塔3和干法脱硫塔4之间又由通气管道连通，所述通气管道上设有第三电气控制阀53，生物脱硫塔3顶部出气口处设有第二检测仪22。

实际工作时，沼气进入进气管1后经第一检测仪21检测，经自动控制系统6分析和控制，采用以下两种脱硫方式：若其中含硫化合物含量或沼气流量较小，则打开第一电气控制阀51，使沼气直接进入生物脱硫塔3进行脱硫；若其中含硫化合物含量或沼气流量较大，则根据分析结果打开第一电气控制阀51和第一电气控制阀51，使沼气按一定比例分别进入生物脱硫塔3和干法脱硫塔4进行脱硫。在此过程中，生物脱硫塔3脱硫后的沼气经第二检测仪22检测，若其中含硫化合物含量合格，则直接通过生物脱硫塔3的塔顶的通气管道进入下一装置或工序；若其中含硫化合物含量不合格，则打开第三电气控制阀53，使沼气再通过干法脱硫塔4进行脱硫，脱硫后直接通过干法脱硫塔4的塔顶的通气管道进入下一装置或工序。

所述的含硫化合物含量或沼气流量较大或较小的判断标准是由自动控制系统6根据生物脱硫塔3的实际脱硫能力及其他因素确定的，但经过脱硫净化的商品沼气气体中硫化氢含量不得超过20mg/m³，经本实用新型提供的装置脱硫后沼气中含硫化合物含量不超过10mg/m³。

本实用新型的另一种实施例是针对餐厨垃圾产生沼气脱硫处理的沼气脱硫装置。由于餐厨垃圾的无害化处理难度相对较高，采用生物分解的方法进行处理会将其危害降到最低。

由于厌氧发酵沼气成分复杂，故对来气先进行洗涤，设洗涤塔一座。洗涤塔内装填料，微压损设计，采用冷水喷淋，降低沼气中的固体杂质含量。沼气经洗涤后进入生物脱硫系统。洗涤塔配洗涤循环泵两台，一备一用。循环水管路上设管道过滤器，对杂质进行拦截。当过滤器前后压差达到一定值时，停机清洗或更换过滤器滤芯。洗涤采用采用自来水，闭式循环。在排污时进行补水。同时，鉴于前段采用高温厌氧发酵，来气的温度较高（58℃），故设置换热器一台，用于将来气温度冷却至35℃左右。采用制冷机组进行冷却。

从洗涤塔出来的沼气进入生物脱硫塔3。生物脱硫塔3主体由玻璃钢制造。塔内有防腐格栅及支撑梁，可承受填料的重量，外层有聚胺脂或毡类保温层，保温外面再有彩钢板保护层，彩钢板保护层外再刷UV防护漆。本实施例采用碱性溶液来脱除沼气中H₂S。为了降低碱液的用量，脱硫系统采用循环水再生设计，设有生物再生池。碱性循环水由循环泵送到脱硫塔上部喷淋，在重力的作用下流经塔内填料表面，增加循环水的停留时间，充分吸收沼气中的H₂S，然后从脱硫塔底部回流到再生池，再生后进入下一次循环。脱硫塔上下设有压力表，指示脱硫塔压损变化。本实施例设脱硫塔一个，设循环水泵2台，一用一备。

碱液从脱硫塔重力流入再生池中。在再生池底部设有曝气装置。提供循环水再生所需适当的氧气。曝气系统设有在线计量检测装置，控制曝气风机的流量，严格控制溶解氧的含量。在适宜的温度、溶解氧、营养及pH等环境下，脱硫菌将循环水中的硫化物氧化成单质硫，再生池与沉淀池有连通管路，单质硫随管路进入沉淀池。沉淀后的循环水经对流泵打入再生池。沉淀池底部有排污口，可将沉淀下来的硫泥排至集水井。硫泥是批次出料，每天排一至二次。

生物脱硫菌的生长和脱硫过程需要适宜的温度，本实施例采用热水加热的方式为生物脱硫菌提供适宜的温度环境。再生池内安装温度传感器，经PLC自动控制再生池中水的温度。加热热水来自厌氧发酵加热系统的尾水，进水温度为51℃，直通式。流量不超过0.5t/h。在夏季时，热水会少用或者不用（用自来水补水），冬季时，热水直通。

生物脱硫菌生长需要一定的营养元素，营养物质添加系统可自动将营养液加到再生池，加药量由计量泵进行精确控制。本方案营养液系统设置1套加药计量泵。

虽然反应条件严格控制，但再生池的反应过程仍有2~3%左右的单质硫被氧化成硫酸、亚硫酸等，使系统循环水的PH值下降，必须通过添加一定量的碱液来维持系统的最佳PH范围。本技术方案的碱液添加系统可根据循环水PH值的变化自动增加碱液进行调整，使溶液的PH值稳定在最佳反应区间。碱液添加由计量泵控制。

含有单质硫的浑浊液经沉淀池的排出口，经硫泥泵的作用打到板框压滤机进行单质硫回收。单质硫理论产量约185kg/d（干重）,含固率为15-20%。

本实施例要求不产生负压，工作条件按照生物脱硫系统进口压力控制值为500-2500pa，增压风机出口升压能力不小于5000kpa；生物脱硫系统依据自带PLC控制程序，实时调节增压风机的工作状态，使厌氧系统、生物脱硫系统沼气流量匹配，实现沼气各系统互不影响，确保各系统安全正常运行。本项目采用罗茨风机进行加压，其额定处理能力为1100Nm3/h。罗茨风机采用变频调节，配7.5kW防爆电机。罗茨风机一用一备。

自动控制系统6位于生物脱硫塔3的自控装置用于给设备供电及系统的自动运行控制。自控装置通常包括PLC系统及各种仪表，就地仪表也可给PLC系统的程序设计提供依据。本项目自控程度可达到自动运行、故障报警等控制要求。系统配有停电保护及双电源转换系统，保证电网停电工厂备用电源启动后，脱硫系统能正常安全运行。

系统或设备远离甲烷泄漏点超过4.5m，均为非防爆，包括水泵/暴气风机等。在4.5m的水平距离内的，采用防爆。对于防爆设备，其配置满足《爆炸危险性环境电力装置设计规范》（GB50058-2014）。

自动控制系统6采用西门子S7-1200作为PLC控制，所有元件适应 PLC检测控制的要求，生物脱硫塔的自动运行功能通过现场控制柜完成，控制柜可以实现手动按键控制以及PLC远程控制，具有现场/远程切换开关。控制柜可向上层控制系统传输系统运行状态信号，例如系统开关状态、故障状态、PH值、空气量、循环液流量、温度、液位报警信号等。正常运行无需人工看守。反应液投加、废液排放、空气定量添加等，都能通过控制系统自动控制。主要运行参数如PH值、高低液位、循环液流量、温度、沼气流量等指示信号，可输出到上级控制单元。

本实用新型提供的一种沼气脱硫装置采用生物脱硫和干法脱硫相结合的方式，在控制成本的同时取得了较好的脱硫效果，脱硫后沼气中含硫化合物含量不超过10mg/m³，沼气品质明显提高；同时采用自动控制系统，能够根据实际情况灵活的控制脱硫方式，实现了资源的优化配置，最大限度地节省材料人工，降低了运营成本，具有较好的经济效果。

本文中应用了具体个例对本实用新型整体和生物脱硫塔及自动控制系统的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。