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万纯燃气脱硫系统-湿法

燃气脱硫系统-湿法介绍
沼气的主要成分

沼气，化学名；甲烷，顾名思义就是沼泽里的气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、PH值下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源，并且是可再生能源。
沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料，它无色无味，与适量空气混合后即会燃烧。每立方米纯甲烷的发热量为 34000千焦，每立方米沼气的发热量约为20800－23600千焦。即1立方米沼气燃烧后，能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。与其它燃气相比，其抗爆性能较好，是一种很好的清洁燃料。
沼气的主要成分是甲烷。沼气由50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮气（N2）、小于1%的氢气（H2）、小于0.4%的氧气（O2）与0.1%～3%硫化氢（H2S）等气体组成。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6～20.8%（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。

沼气预处理概况

目前对沼气预处理的针对性工艺使用较多的为湿法处理，和生物处理。由于生物处理需要培育特定菌种，菌种对培育环境要求高，容易发生变异、失活，不适合目前无高新专员值守岗位的条件。
本方案拟通过湿法处理对沼气燃烧前进行预处理，除去沼气中的悬浮颗粒，H2S等气体，以免对内燃机和大气环境造成危害。经过去杂质颗粒、碱液吸收H2S、碱石灰干燥等工艺将沼气处理为符合要求的清洁能源。
a.去颗粒工序：使用滤布过滤，将沼气通入滤布过滤器，根据悬浮颗粒尺寸选择合适目数滤布。
b.碱液吸收H2S工序：将经过去颗粒工序的沼气导入碱液池，池底设气体均布板，H2S气体被碱液吸收生成NaHS，这样即可得到无H2S的沼气。考虑到运行成本经济节约，选用Na2CO3作为碱液，经过吸收H2S以后的碱液含有NaHS，该成分可以被氧气氧化生成单质S，在氧化生成单质S的同时，NaSH被转化成NaCO3，实现碱液再生。这样循环使用起来，有效减少设备运行成本。
c.碱石灰干燥工艺：由于沼气经过碱液，并且经过碱液处理H2S，过程中产生CO2。为了保证沼气的甲烷比重，碱石灰工艺不仅能除去沼气中含有的水分，还能除去脱硫后产生的CO2。
工艺流程图如下：

湿法脱硫工艺

为满足沼气发电机组对气质的要求，需要对沼气进行脱水、脱硫、除杂、除尘处理，以降低沼气对机体的腐蚀和磨损，确保发电机组稳定运行，延长设备使用寿命。因此，在沼气进入发电机组前需配套上一套沼气预处理系统。根据业主方的要求及提供的沼气的工艺参数，脱硫净化采用湿法脱硫方法，运用新开发的工艺路线及高效脱硫塔传质内件，以保证净化气能满足发电机组对气质的要求。多余的沼气或机组停机检修时排放的沼气，送火炬燃烧处理掉，减少对空气造成的污染。

技术方案和工艺描述

从厌氧反应罐来的沼气，进入稳压储气柜，经气液分离器分离掉气体中夹带的少量冷凝水、油污等杂质后进入罗茨鼓风机升压，同时气体温度也升高，经冷却塔冷却降温后进入脱硫塔，利用合理的反应条件可有效地将沼气中的硫化氢脱除，考虑到该项目业主方提供的原料沼气中硫含量非常高，本装置采用三级脱硫。脱硫后的气体进入洗涤塔洗掉气体中夹带的脱硫液雾沫，再经除沫器除沫、冷却、精滤、缓冲后送后工序使用。本系统脱硫塔采用新开发的高效喷淋传质内件，该塔具有结构简单，效率高，阻力小，防堵塔，投资小，运行费用低等优点，且溶液循环量比填料塔要少。
吸收了硫化氢的溶液首先进入富液槽，然后用再生泵将富液打至再生槽，在再生过程中，硫化氢被转变成硫磺泡沫，溶液再生后进入贫液槽，并完成相关溶液的再生，然后由脱硫泵打至脱硫塔，循环吸收气体中的硫化氢。没有废液排放，不产生二次污染。
再生过程中生成的硫泡沫经硫泡沫过滤机过滤后，溶液返回系统，硫泡沫进入硫磺精制工段，可回收硫磺。
本装置所有液体全部在系统内部循环使用，所有气体全部送往后工序，产生的固体物为硫磺商品，可直接外售，不会对环境造成污染。

过程化学反应

(1) 碳酸钠水溶液吸收H2S
Na2CO3 + H2S = NaHS +NaHCO3
NaHCO3 + H2S = NaHS +H2CO3
(2) 析硫，生成多硫化物
NaHS +1/2 O2 = NaOH +S↓
NaOH + NaHCO3 = Na2CO3 +H2O
(3)催化剂再生
[还原态]Re +O2=[氧化态]OX

脱硫溶液控制工艺

(1)溶液的组分
本方案采用湿式氧化法脱硫工艺，结合我方在脱硫领域多年的经验与探索，脱硫过程选用以纯碱为主的复合型脱硫剂，具有硫容高、脱硫效率高、生产稳定等优点。
(2)再生工艺
脱硫溶液的再生有鼓风式再生法和自吸空气喷射再生法，从我方多年的脱硫经验分析，并在借鉴国内外其他脱硫工艺设计的基础上，我们选用自吸空气喷射再生工艺来完成脱硫液在再生槽内的再生过程。
富液以一定压力进入喷嘴形成液体高速射流，喷嘴周围的吸气室产生负压，将空气吸入喷射器管内。空气里细微气泡扩散于液相中，气液得到充分的接触，形成高速涡流，反应极为快速，再生效率在混合管中可达70%以上。
从对湿法脱硫整体工艺的研究及前期脱硫工程的分析，我们发现，自吸喷射器是再生槽的一关键附件，如果其设计加工和安装达不到技术标准，将会严重影响再生效率的提高，甚至会出现抽气不力和倒流现象。常见再生槽液面不起泡或硫泡沫不起气泡，浮选溢流差、溶液悬浮硫高，导致再生和脱硫效率低均为喷射器吸气强度不足引起了。因此，我方特别注重喷射器的设计与选型，确保脱硫与再生工艺有效地结合起来，达到高效脱硫的目标。
再生槽不仅是自吸空气促使溶液催化剂氧化再生，兼有对溶液的气提释放CO2及硫泡沫的浮选作用。按照湿式氧化法脱硫总反应可核算出再生反应过程中需要吸入的空气量。所以，再生过程要确保再生槽达到一定的吸气强度，同时，也体现出了对喷射器设计的重要性。
本方案在参考以上设计参数的基础上，优化工艺设计，从可行性与经济性角度出发，确保再生与后续脱硫工艺的正常进行。
经预处理合格的沼气送至后工序使用，当后工序停止用气时，多余的气体送火炬燃烧。