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沼氣的主要成分

沼氣，化學(xué)名；甲烷，顧名思義就是沼澤里的氣體。人們經(jīng)常看到，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來(lái)，如果我們劃著火柴，可把它點(diǎn)燃，這就是自然界天然發(fā)生的沼氣。沼氣，是各種有機(jī)物質(zhì)，在隔絕空氣（還原條件），并在適宜的溫度、PH值下，經(jīng)過(guò)微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。沼氣屬于二次能源，并且是可再生能源。
沼氣的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料，它無(wú)色無(wú)味，與適量空氣混合后即會(huì)燃燒。每立方米純甲烷的發(fā)熱量為 34000千焦，每立方米沼氣的發(fā)熱量約為20800－23600千焦。即1立方米沼氣燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無(wú)煙煤提供的熱量。與其它燃?xì)庀啾?，其抗爆性能較好，是一種很好的清潔燃料。
沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮?dú)猓∟2）、小于1%的氫氣（H2）、小于0.4%的氧氣（O2）與0.1%～3%硫化氫（H2S）等氣體組成。由于沼氣含有少量硫化氫，所以略帶臭味。其特性與天然氣相似?？諝庵腥绾?.6～20.8%（按體積計(jì)）的沼氣時(shí),就會(huì)形成爆炸性的混合氣體。

沼氣預(yù)處理概況

目前對(duì)沼氣預(yù)處理的針對(duì)性工藝使用較多的為濕法處理，和生物處理。由于生物處理需要培育特定菌種，菌種對(duì)培育環(huán)境要求高，容易發(fā)生變異、失活，不適合目前無(wú)高新專員值守崗位的條件。
本方案擬通過(guò)濕法處理對(duì)沼氣燃燒前進(jìn)行預(yù)處理，除去沼氣中的懸浮顆粒，H2S等氣體，以免對(duì)內(nèi)燃機(jī)和大氣環(huán)境造成危害。經(jīng)過(guò)去雜質(zhì)顆粒、堿液吸收H2S、堿石灰干燥等工藝將沼氣處理為符合要求的清潔能源。
a.去顆粒工序：使用濾布過(guò)濾，將沼氣通入濾布過(guò)濾器，根據(jù)懸浮顆粒尺寸選擇合適目數(shù)濾布。
b.堿液吸收H2S工序：將經(jīng)過(guò)去顆粒工序的沼氣導(dǎo)入堿液池，池底設(shè)氣體均布板，H2S氣體被堿液吸收生成NaHS，這樣即可得到無(wú)H2S的沼氣。考慮到運(yùn)行成本經(jīng)濟(jì)節(jié)約，選用Na2CO3作為堿液，經(jīng)過(guò)吸收H2S以后的堿液含有NaHS，該成分可以被氧氣氧化生成單質(zhì)S，在氧化生成單質(zhì)S的同時(shí)，NaSH被轉(zhuǎn)化成NaCO3，實(shí)現(xiàn)堿液再生。這樣循環(huán)使用起來(lái)，有效減少設(shè)備運(yùn)行成本。
c.堿石灰干燥工藝：由于沼氣經(jīng)過(guò)堿液，并且經(jīng)過(guò)堿液處理H2S，過(guò)程中產(chǎn)生CO2。為了保證沼氣的甲烷比重，堿石灰工藝不僅能除去沼氣中含有的水分，還能除去脫硫后產(chǎn)生的CO2。
工藝流程圖如下：

二、濕法脫硫工藝

為滿足沼氣發(fā)電機(jī)組對(duì)氣質(zhì)的要求，需要對(duì)沼氣進(jìn)行脫水、脫硫、除雜、除塵處理，以降低沼氣對(duì)機(jī)體的腐蝕和磨損，確保發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。因此，在沼氣進(jìn)入發(fā)電機(jī)組前需配套上一套沼氣預(yù)處理系統(tǒng)。根據(jù)業(yè)主方的要求及提供的沼氣的工藝參數(shù)，脫硫凈化采用濕法脫硫方法，運(yùn)用新開(kāi)發(fā)的工藝路線及高效脫硫塔傳質(zhì)內(nèi)件，以保證凈化氣能滿足發(fā)電機(jī)組對(duì)氣質(zhì)的要求。多余的沼氣或機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)排放的沼氣，送火炬燃燒處理掉，減少對(duì)空氣造成的污染。

技術(shù)方案和工藝描述

從厭氧反應(yīng)罐來(lái)的沼氣，進(jìn)入穩(wěn)壓儲(chǔ)氣柜，經(jīng)氣液分離器分離掉氣體中夾帶的少量冷凝水、油污等雜質(zhì)后進(jìn)入羅茨鼓風(fēng)機(jī)升壓，同時(shí)氣體溫度也升高，經(jīng)冷卻塔冷卻降溫后進(jìn)入脫硫塔，利用合理的反應(yīng)條件可有效地將沼氣中的硫化氫脫除，考慮到該項(xiàng)目業(yè)主方提供的原料沼氣中硫含量非常高，本裝置采用三級(jí)脫硫。脫硫后的氣體進(jìn)入洗滌塔洗掉氣體中夾帶的脫硫液霧沫，再經(jīng)除沫器除沫、冷卻、精濾、緩沖后送后工序使用。本系統(tǒng)脫硫塔采用新開(kāi)發(fā)的高效噴淋傳質(zhì)內(nèi)件，該塔具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，阻力小，防堵塔，投資小，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，且溶液循環(huán)量比填料塔要少。
吸收了硫化氫的溶液首先進(jìn)入富液槽，然后用再生泵將富液打至再生槽，在再生過(guò)程中，硫化氫被轉(zhuǎn)變成硫磺泡沫，溶液再生后進(jìn)入貧液槽，并完成相關(guān)溶液的再生，然后由脫硫泵打至脫硫塔，循環(huán)吸收氣體中的硫化氫。沒(méi)有廢液排放，不產(chǎn)生二次污染。
再生過(guò)程中生成的硫泡沫經(jīng)硫泡沫過(guò)濾機(jī)過(guò)濾后，溶液返回系統(tǒng)，硫泡沫進(jìn)入硫磺精制工段，可回收硫磺。
本裝置所有液體全部在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)使用，所有氣體全部送往后工序，產(chǎn)生的固體物為硫磺商品，可直接外售，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

過(guò)程化學(xué)反應(yīng)

(1) 碳酸鈉水溶液吸收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)催化劑再生
[還原態(tài)]Re +O2=[氧化態(tài)]OX

脫硫溶液控制工藝

(1)溶液的組分
本方案采用濕式氧化法脫硫工藝，結(jié)合我方在脫硫領(lǐng)域多年的經(jīng)驗(yàn)與探索，脫硫過(guò)程選用以純堿為主的復(fù)合型脫硫劑，具有硫容高、脫硫效率高、生產(chǎn)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
(2)再生工藝
脫硫溶液的再生有鼓風(fēng)式再生法和自吸空氣噴射再生法，從我方多年的脫硫經(jīng)驗(yàn)分析，并在借鑒國(guó)內(nèi)外其他脫硫工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，我們選用自吸空氣噴射再生工藝來(lái)完成脫硫液在再生槽內(nèi)的再生過(guò)程。
富液以一定壓力進(jìn)入噴嘴形成液體高速射流，噴嘴周圍的吸氣室產(chǎn)生負(fù)壓，將空氣吸入噴射器管內(nèi)?？諝饫锛?xì)微氣泡擴(kuò)散于液相中，氣液得到充分的接觸，形成高速渦流，反應(yīng)極為快速，再生效率在混合管中可達(dá)70%以上。
從對(duì)濕法脫硫整體工藝的研究及前期脫硫工程的分析，我們發(fā)現(xiàn)，自吸噴射器是再生槽的一關(guān)鍵附件，如果其設(shè)計(jì)加工和安裝達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)嚴(yán)重影響再生效率的提高，甚至?xí)霈F(xiàn)抽氣不力和倒流現(xiàn)象。常見(jiàn)再生槽液面不起泡或硫泡沫不起氣泡，浮選溢流差、溶液懸浮硫高，導(dǎo)致再生和脫硫效率低均為噴射器吸氣強(qiáng)度不足引起了。因此，我方特別注重噴射器的設(shè)計(jì)與選型，確保脫硫與再生工藝有效地結(jié)合起來(lái)，達(dá)到高效脫硫的目標(biāo)。
再生槽不僅是自吸空氣促使溶液催化劑氧化再生，兼有對(duì)溶液的氣提釋放CO2及硫泡沫的浮選作用。按照濕式氧化法脫硫總反應(yīng)可核算出再生反應(yīng)過(guò)程中需要吸入的空氣量。所以，再生過(guò)程要確保再生槽達(dá)到一定的吸氣強(qiáng)度，同時(shí)，也體現(xiàn)出了對(duì)噴射器設(shè)計(jì)的重要性。
本方案在參考以上設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，從可行性與經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，確保再生與后續(xù)脫硫工藝的正常進(jìn)行。
生物質(zhì)沼氣預(yù)處理后合格的沼氣送至后工序使用，當(dāng)后工序停止用氣時(shí)，多余的氣體送火炬燃燒。