一种沼气增湿脱硫脱碳的系统及其工作方法与流程

本发明属于沼气除杂提纯技术领域，具体涉及一种沼气增湿脱硫脱碳的系统及其工作方法。

背景技术：

沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用生产的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷和二氧化碳，此外还有少量氢、氮气、一氧化碳、硫化氢和氨等，二氧化碳的体积含量在25％-40％。沼气中硫化氢的浓度受发酵原料或发酵工艺的影响，其含量变化很大，一般在0.8-14.5g/m³，这一数值己经超出了国家标准，因此在使用沼气前，必须首先对沼气进行除杂提纯处理。通过沼气除杂提纯净化不仅能实现能量的回收替代传统能源，还能极大地降低碳排放量对温室效应的影响，具有理想的碳减排效益。

脱硫脱碳是除杂提纯的核心工艺。脱硫是为了避免硫化氢腐蚀压缩机、储气罐及管道、发动机，以及避免造成催化剂中毒；脱碳是因为二氧化碳使沼气的热值、能量密度及燃烧速度降低，以及增大了沼气点火温度；脱水是为了避免水在导气管道中积累后会使溶解硫化氢和氨气等气体而腐蚀压缩机、储气罐及管道、发动机，以及防止沼气在加压储存时冷凝或结冰。

脱除沼气中co2和h2s的方法很多，现有的沼气除杂提纯方法主要是溶剂法脱硫脱碳，采用醇胺类溶剂对天然气中所含的co2和h2s等多种有害组分进行脱除。工业上常用的醇胺主要有乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、二异丙醇胺(dipa)、n-甲基二乙醇胺(mdea)等。溶剂法脱硫脱碳存在无选择性，溶剂易发泡及降解变质，腐蚀性强，蒸汽压高、蒸发损失量大等问题。

膜分离脱硫脱碳技术具有较多优点，但目前尚未在工业上广泛应用。主要原因是复杂的制膜工艺使得生产成本高昂，以及受目前工业生产水平的限制，膜的性能稳定性较差。目前，膜分离技术无法保证在任何情况下使天然气的净化度达到管输标准，因此还需增加传统处理技术作为最终的净化步骤。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种沼气增湿脱硫脱碳的系统及其工作方法，工艺简单、反应条件温和、能耗少、成本低、脱硫脱碳效率高、无二次污染、可同时实现脱硫脱碳，具有良好的应用前景。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种沼气增湿脱硫脱碳的系统，包括加湿装置、干燥装置、第一给料装置、第二给料装置、混合器、气流床反应器、除尘装置和干燥装置；

加湿装置的入口连接有碱性氧化物固体废弃物进料管，加湿装置的出口与干燥装置的入口连接，干燥装置的出口与第一给料装置的入口连接，第一给料装置的出口与气流床反应器底部的文丘里管入口连接；

混合器的入口分别连接有第一进水管和沼气进气管，第一进水管上设有加热装置，混合器的出口与气流床反应器顶部的文丘里管连通；气流床反应器的出口与除尘装置的入口连接，除尘装置的气体出口与干燥装置的入口连接，干燥装置的出口连接有净化气排出管；除尘装置的固体出口与第二给料装置的入口连接，除尘装置的固体出口还连接有固体排出口，第二给料装置的出口与气流床反应器底部的文丘里管入口连接；

气流床反应器内部设有若干增湿喷嘴，增湿喷嘴连接有第二进水管。

优选地，第一给料装置和第二给料装置均为螺旋给料机。

优选地，除尘装置为布袋除尘器。

优选地，第一进水管上设有水定量泵。

优选地，第二进水管上设有水定量泵。

优选地，增湿喷嘴包括第一增湿喷嘴组、第二增湿喷嘴组和第三增湿喷嘴组，第一增湿喷嘴组、第二增湿喷嘴组和第三增湿喷嘴组均布在气流床反应器的反应腔室内。

优选地，气流床反应器的出口与除尘装置的入口之间设有冷却器，冷却器的冷却介质入口和出口与第一进水管连通。

优选地，碱性氧化物固体废弃物为粉煤灰、电石渣、钢渣、矿渣或废旧水泥。

本发明公开的上述沼气增湿脱硫脱碳的系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：碱性氧化物固体废弃物进料管中的原料经加湿装置加湿后进入干燥装置进行干燥预处理；

步骤2：预处理后的原料通过第一给料装置输送至气流床反应器底部的文丘里管入口，由气流携带进入气流床反应器内；

步骤3：第一进水管中用于配湿的水流经加热装置后变为水蒸气，和沼气进气管中的沼气一起进入混合器进行沼气配湿；

步骤4：配湿后的沼气由气流床反应器顶部的文丘里管进入气流床反应器内；

步骤5：预处理后的原料与配湿后的沼气在气流床反应器内部进行沼气的脱硫脱碳反应，反应过程中反应物料通过增湿喷嘴进行配湿；

步骤6：脱硫脱碳反应后的物料降温后进入除尘装置进行气固分离，净化气经干燥装置干燥后由净化气排出管排出系统进行收集，固体原料经第二给料装置返回到气流床反应器内部继续反应，固体原料吸附饱和时经固体排出口排出系统。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的一种沼气增湿脱硫脱碳的系统，通过加湿装置和干燥装置对碱性氧化物固体废弃物原料进行预处理，从而降低碳酸化反应所需的温度条件，并通过调节湿度可以在原料表面形成液膜，来提高co2和h2s吸附速率；通过沼气配湿和气流床反应器内的增湿喷嘴，利用水蒸气活化碱性氧化物固体废弃物原料的孔隙结构，从而加快矿化速率；水蒸气的添加增强co2和h2s分子在吸附剂表面及内部的移动性能，有利于固态扩散过程，进一步增加气固相反应的传质，提高反应速率、缩短反应时间。使用气流床反应器来提高反应接触时间，强化气固相反应中co2和h2s与有效组分的接触概率。系统设置合理，能耗低，具有良好地应用前景。

进一步地，采用螺旋给料机进行进料，物料输送平稳，运行可靠，控制精度高，有利于控制系统的反应速度。

进一步地，除尘装置采用布袋除尘器，除尘效率高，对于微小粉尘颗粒具有良好的分离效果。

进一步地，第一进水管上设有水定量泵，能够灵活调节沼气的配湿量，控制系统的反应速度。

进一步地，第二进水管上设有水定量泵，能够灵活调节增湿喷嘴的配湿量，控制气流床反应器内部的反应速度。

进一步地，第一增湿喷嘴组、第二增湿喷嘴组和第三增湿喷嘴组均布在气流床反应器的反应腔室内，能够使水雾均匀的进入气流床反应器内部，提高反应效率。

进一步地，气流床反应器与除尘装置之间设置冷却器并且与第一进水管连通，在冷却脱硫脱碳后物料的同时，能够对进入加热装置前的水进行预热，节约了能源。

进一步地，碱性氧化物固体废弃物采用粉煤灰、电石渣、钢渣、矿渣或废旧水泥，含有大量的铁、镁、钙等，适用于沼气的脱硫脱碳，且能够变废为宝、节约资源。

本发明公开的上述沼气增湿脱硫脱碳的系统的工作方法，反应条件简单、效率高、安全可靠、节能环保，无二次污染、可同时实现脱硫脱碳，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的沼气增湿脱硫脱碳的系统的整体结构示意图。

图中：1-加湿装置，2-干燥装置，3-第一给料装置，4-第二给料装置，5-混合器，6-气流床反应器，7-第一增湿喷嘴组，8-第二增湿喷嘴组，9-第三增湿喷嘴组，10-除尘装置，11-干燥装置，12-沼气进气管，13-加热装置，14-第一进水管，15-第二进水管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1，本发明的沼气增湿脱硫脱碳的系统，加湿装置1的入口连接有碱性氧化物固体废弃物进料管，加湿装置1的出口与干燥装置2的入口连接，干燥装置2的出口与第一给料装置3的入口连接，第一给料装置3的出口与气流床反应器6底部的文丘里管入口连接；

混合器5的入口分别连接有第一进水管14和沼气进气管12，第一进水管14上设有水定量泵和加热装置13，混合器5的出口与气流床反应器6顶部的文丘里管连通；气流床反应器6的出口与除尘装置10的入口连接，优选地，气流床反应器6的出口与除尘装置10的入口之间设有冷却器，冷却器的冷却介质入口和出口与第一进水管14连通。除尘装置10的气体出口与干燥装置11的入口连接，干燥装置11的出口连接有净化气排出管；除尘装置10的固体出口与第二给料装置4的入口连接，除尘装置10的固体出口还连接有固体排出口，第二给料装置4的出口与气流床反应器6底部的文丘里管入口连接；

气流床反应器6内部设有第一增湿喷嘴组7、第二增湿喷嘴组8和第三增湿喷嘴组9，第一增湿喷嘴组7、第二增湿喷嘴组8和第三增湿喷嘴组9均布在气流床反应器6的反应腔室内，第一增湿喷嘴组7、第二增湿喷嘴组8和第三增湿喷嘴组9与第二进水管15连接，第二进水管15上设有水定量泵。

第一给料装置3和第二给料装置4优选采用螺旋给料机。

除尘装置10优选采用布袋除尘器。

碱性氧化物固体废弃物为粉煤灰、电石渣、钢渣、矿渣或废旧水泥。

上述沼气增湿脱硫脱碳的系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：碱性氧化物固体废弃物进料管中的原料经加湿装置1加湿后进入干燥装置2进行干燥预处理；

步骤2：预处理后的原料通过第一给料装置3输送至气流床反应器6底部的文丘里管入口，由气流携带进入气流床反应器6内；

步骤3：第一进水管14中用于配湿的水流经加热装置13后变为水蒸气，和沼气进气管12中的沼气一起进入混合器5进行沼气配湿，通过水定量泵来调节配适量；

步骤4：配湿后的沼气由气流床反应器6顶部的文丘里管进入气流床反应器6内；

步骤5：预处理后的原料与配湿后的沼气在气流床反应器6内部进行沼气的脱硫脱碳反应，反应过程中反应物料通过增湿喷嘴进行配湿，使沼气与原料快速流化反应，脱硫脱碳反应中气流床反应器6内配湿量通过水定量泵来调节；

步骤6：脱硫脱碳反应后的物料降温后进入除尘装置10进行气固分离，净化气经干燥装置11干燥后由净化气排出管排出系统进行收集，固体原料经第二给料装置4返回到气流床反应器6内部继续反应，固体原料吸附饱和时经固体排出口排出系统收集可用于建筑行业。

需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。