1、沼气预处理系统简介
沼气的主要成份是甲烷和二氧化碳。它们都是无色无味的。带气味的物质来自于微量成份液体硫磺过滤机的使用方法,如挥发性芳烃化合物和硫基物。不同原料及处理工艺的不同气体确切组成有很大不同。但是,总的来说,甲烷含量一般为50-60%,二氧化碳为40~50%,微量成份为1%。
沼气发电厂是以沼气为燃料。沼气中含有大量的有害成分和水分,严重的影响燃气发动机的运行。气体处理系统被安装在沼气发电机组进气管路前端。它是沼气发电工程的非常重要的设备。
唐山绿源环保预处理系统是自主开发的一种适应我国各种沼气发电工程的气体预处理设备。该系统有处理100Nm3/h~3000Nm3/h气体的多种规格配置。系统具有安全可靠,在线运行时间长,安装维修方便,运行成本低等优点。本系统适应国内外各种填埋气体发动机对气体的要求。其具备如下功能:
其过滤功能降低固体粉尘杂质含量液体硫磺过滤机的使用方法;
其多级脱水功能降低气体水分含量液体硫磺过滤机的使用方法;
其冷冻功能使得气体中的有害气体冷凝析出;
其气体温度调节功能使气体输出温度适应燃气发动机的需要;
系统所配气体在线检测可及时检测气体的成分;
系统采用先进的控制方法,气体出口的压力、温度稳定;
气体的流量根据发电机组的要求自动跟踪;
具有超压、超温报警和保护功能,保证系统安全可靠长期运行。
匹配的气体预处理装置可以对发电机组进行定热值运行控制,提高机组的稳定性和保护气体收集系统。
本气体预处理系统的特点:
系统可根据用户要求设计为撬装式和分体式。
系统全自动控制,无需人值守;
系统设置自动/手动切换,其自动方式可由发电机组控制及运行和用气量;
采用防腐设计,确保设备长期运行.
2. 预处理系统工作原理:
每套完整的装置由一套前置气液分离、粉尘去除系统,经过分离后气体中的大量冷凝液和粉尘被分离出来,保证了系统后续设备的正常运行。加压风机按所配系统110%额定发电工况设计,采用变频调节随时保持最佳工况。后置冷却采用双通道逆流冷却方式,可最大效率的热传导,使得压缩气体的温度尽快地降下来。经过初步冷却的气体再经过电制冷机和热交换器将气体迅速下降,气体中的水分和水合物被冷凝分离,填埋气进一步的干躁,气体中的酸性气体和硅化和物被基本分离。经过冷冻分离后的气体再进入一细过滤器,将气体中的固态粉尘进行过滤,过滤后气体中粉尘粒径小于3微米。在后端系统设计了气体调温装置,经过上述处理的气体温度比较低,为了使气体适应燃气发动机的需要,必须将气体温度调整到适宜温度。系统将处理过的气体自动调整到机组需要的温度。
3. 系统的控制和安全设计
系统采用可编程控制器 — PLC控制,具有数据采集、在线检测、报警和停机功能。提供标准的数据通讯端口。系统实行无人值守、全自动运行功能。
4.1安全保护功能
系统设有氧气浓度高于设定值报警信号或停机;
系统设有甲烷浓度低于设定值报警信号或停机;
系统设有出口气压超压报警,并自动启动火炬旁路系统;
系统设有阻火器;
系统电机、电源开关等均采用防爆器件。
4.2系统控制
预处理装置会采集并传输下列信号给电站集中控制室:
气体入口压力、温度、氧气浓度
气体出口压力、温度、流量
远程集中控制室可以通过远程指令启动或者停止系统
系统自动负荷卸载,如果发动机减负荷,系统按预定的程序进行变频降负荷。当发电机发生故障,则断开供气管路,自动停机。
二、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,运用最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
工艺流程简述
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。本系统脱硫塔采用最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
湿法脱硫工艺
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。
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,从绿源公司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完美地结合起来,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。
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