沼气脱硫除臭的装置及方法与流程

本发明涉及一种沼气脱硫除臭的装置及方法，属于化工技术领域。

背景技术：

在垃圾填埋场、畜牧养殖场，有大量沼气通过生物发酵工艺产生。这些沼气里面含有许多有毒有害和恶臭的组分，比如硫化氢、氨气、甲胺等，为了安全使用，需要对沼气进行脱硫、脱臭处理。

然而，目前的沼气脱硫技术具有如下缺点：

(1)装置能耗较大：常规工艺需要使用贫液泵和富液泵，通常每个泵的功率都在数十千瓦以上，如果需要更大的溶液循环量，则能耗更高；

(2)为了工艺安全，通常都要设置备用机泵和管路，一旦机泵、管路出现异常可方便切换，不会引起装置停车。这样整个脱硫工艺管线较多，占地面积较大；

(3)对装置设计和操作要求较高，稍有不慎容易引起单质硫因沉降而堵塞再生塔出口管线，导致装置停车检修。

典型的沼气脱硫装置如中国发明专利cn108130147a描述了一种脱硫过程：含硫原料气经增压后进入脱硫塔，与塔顶流下来的脱硫液逆流接触，进行液相催化氧化的化学吸收过程，脱硫液吸收了原料中的硫化氢后，净化气中h2s含量小于10ppm经捕雾段除去雾滴后经管线送出界外。吸收了h2s的溶液全部送到氧化再生槽中进行氧化再生，脱硫生成的硫磺单质在氧化再生槽底部沉降，对沉降后的硫磺使用过滤机进行过滤分离。由于氧化再生槽底部硫磺单质浓度很高，设计和操作不当，容易造成单质硫因长时间沉降而堵塞再生塔出口管线，导致装置停车检修。

鉴于常规的沼气脱硫方法的能耗较高、占地面积较大、硫磺容易堵塞管道引起装置停车等问题，一些改进措施相继提出。比如中国发明专利cn208049710u、cn105524671a提出一种将吸收和再生设备集成在一个塔内的紧凑型脱硫技术，然而这种技术本质上只是把吸收塔和再生设备重叠在一起，尽管占地面积有所减少，但设备的整体高度大幅增加，这势必造成设备制作、安装难度加大，同时对装置的日常操作和维护风险也加大了。

为了减少传统技术由于硫磺沉降导致堵塞再生塔出口管道的问题，比如中国发明专利cn104190221a描述了一种防止堵塞的措施：在排硫的设备锥形底部上开设多个空气吹扫口，定期通入压缩空气对沉降的硫磺浆液进行疏通，这些措施虽然有效，但额外增加了工艺的复杂程度和投资。

中国专cn202844880b提出了一种更为简洁的硫磺过滤防管道堵塞的方法。在吸收塔与再生塔之间设置过滤设备，这样可以预先将硫磺过滤出来，避免进入再生槽的富液在再生槽底部沉降导致硫浆浓度过高，即使可不使用如专利cn104190221a所述的空气吹扫疏通系统，装置也不会被硫磺堵塞。然而这种改进措施过滤设备一旦出现故障，很容易引起整个系统停车，常见的连续过滤装置比如真空带式过滤器需要维持较高的硫浆浓度才能稳定运行，而富液中的硫磺颗粒浓度通常较低，使用真空带式过滤器是无法实现这种过滤；而对于滤芯式连续过滤装置，一旦滤芯被硫磺堵满，则必须停车更换滤芯，这样劳动强度大，工艺可靠性低。因此通过过滤富液中的硫磺颗粒而减少后续设备硫磺堵塞的情况目前停留在试验验证阶段，仍没有令人满意的工业应用。

另外一方面，沼气脱硫再生过程中，由于空气需要外排，尽管再生后的尾气排放符合国家标准，但一些恶臭物即使含量非常低(1ppm)气味也非常大，这对操作人员的身体健康和周边环境造成一定程度损害。很少有企业专门对再生尾气脱臭提出解决措施。

技术实现要素：

本发明要解决的第一个问题是提供一种新的沼气脱硫的装置。

为解决本发明的第一个技术问题，所述沼气连续脱硫的装置包括风机、富液管线、循环泵、风机，所述装置还包括吸收再生塔、背压阀、过滤机、压力控制器，所述吸收再生塔包括吸收腔室和再生腔室，吸收腔室和再生腔室之间用隔板隔开，所述隔板上设置溢流孔；

所述风机与吸收腔室的进气口相通，所述吸收腔室的出液口与再生腔室的进液口通过富液管线连通，所述富液管线上设置有循环泵；

所述再生腔室的排气口设置背压阀，所述压力控制器与背压阀和吸收腔室相连；

所述再生腔室的进气口与溢流孔之间设置阻挡隔板，所述风机与再生腔室的进气口相通；

所述再生腔室的侧壁设置至少1个抽液口，再生腔室的底部设置出料口，所述出料口、抽液口均与过滤机的进料口相通，所述过滤机的出液口与再生腔室的进液口相通；

所述抽液口位于出料口以上。

在一种具体实施方式中，所述装置还包括空气分布器，所述空气分布器位于阻挡隔板与再生腔室的进气口之间。

在一种具体实施方式中，所述再生腔室的侧壁设置2个不同高度的抽液口。

在一种具体实施方式中，所述过滤机为真空带式过滤机、滤芯式过滤机、螺旋式过滤机或离心式过滤机，优选为螺旋式过滤机。

在一种具体实施方式中，所述装置还包括除臭装置、烟囱，所述除臭装置与背压阀相通，烟囱与除臭装置相通。

在一种具体实施方式中，所述装置还包括第一溶解槽、第一泵、第二溶解槽、第二泵，所述第一溶解槽和第一泵相连通，所述第一泵和再生腔室的进液口相连通；所述第二溶解槽和第二泵相连通，所述第二泵和再生腔室的进液口相连通。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种沼气连续脱硫的方法。

本发明的沼气连续脱硫的方法采用上述的沼气连续脱硫的装置，沼气经风机升压至19.6～49kpa进入吸收腔室进行催化脱硫，吸收腔室的脱硫液通过富液管线和循环泵进入再生腔室，通过风机向再生腔室中通入空气进行再生，再生后的脱硫液则通过溢流孔返回到吸收腔室；

部分脱硫液从抽液口、出料口进入过滤机进行过滤，并从过滤机过滤得到的硫磺，滤液返回再生腔室；

其中，使用时，所述再生腔室的液面要高于阻挡隔板、溢流孔和抽液口；

所述压力控制器，控制调节背压阀的压力，使背压阀出气口的气体压力不低于2kpa，同时满足吸收腔室的压力大于背压阀进气口气体压力；

通过调节抽液口的出液流量控制出料口的脱硫液的硫浓度维持在2wt％～5wt％。

在一种具体实施方式中，所述再生腔室的侧壁设置2个不同高度的抽液口，高的抽液口的出液流量为低的抽液口的3～6倍，低的抽液口的出液流量为出料口的3～6倍；

优选所述高的抽液口的出液流量为低的抽液口的4～5倍，低的抽液口的出液流量为出料口的4～5倍。

在一种具体实施方式中，所述再生腔室的尾气经过背压阀流入除臭装置除臭后经烟囱排出，所述除臭为水喷淋洗涤、吸附剂吸附除臭中的至少一种。

在一种具体实施方式中，所述脱硫的催化剂为固体催化剂和液体辅助催化剂，分别在第一溶解槽和第二溶解槽中加水溶剂后通过对应的第一泵、第二泵进入再生腔室。

有益效果：

本发明可以很方便的控制再生槽底部的硫浆浓度，使该硫浆浓度始终保持合适的范围，硫磺堵塞管道和阀门的概率大为降低。

本发明的沼气脱硫工艺技术具有相对较低的能耗、硫磺不会堵塞管道等优点，装置可高效地安全稳定运行并实现了高精度脱硫要求，为绿色能源提供了一种绿色化处理的技术。

本发明的装置可以对沼气进行连续脱硫除臭处理。

本发明的工艺还与再生尾气脱臭集成在一起，排放的尾气没有异味。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式；

1-风机；2-压力控制器；3-富液管线；4-循环泵；5-吸收再生塔；51-吸收腔室；52-再生腔室；6-阻挡隔板；7-隔板；8-溢流孔；9-出料口；10-抽液口；12-过滤机；14-风机；15-空气分布器；16-背压阀；17-除臭装置；18-烟囱；19-第一溶解槽；20-第二溶解槽；21-第一泵；22-第二泵。

具体实施方式

为解决本发明的第一个技术问题，所述沼气连续脱硫的装置包括风机1、富液管线3、循环泵4、风机14，所述装置还包括吸收再生塔5、背压阀16、过滤机12、压力控制器2，所述吸收再生塔5包括吸收腔室51和再生腔室52，吸收腔室51和再生腔室52之间用隔板7隔开，所述隔板7上设置溢流孔8；

所述风机1与吸收腔室51的进气口相通，所述吸收腔室51的出液口与再生腔室52的进液口通过富液管线3连通，所述富液管线3上设置有循环泵4；

所述再生腔室52的排气口设置背压阀16，所述压力控制器2与背压阀16和吸收腔室51相连；

所述再生腔室52的进气口与溢流孔8之间设置阻挡隔板6，所述风机14与再生腔室52的进气口相通；

所述再生腔室52的侧壁设置至少1个抽液口10，再生腔室52的底部设置出料口9，所述出料口9、抽液口10均与过滤机12的进料口相通，所述过滤机12的出液口与再生腔室52的进液口相通；

所述抽液口10位于出料口9以上。

如图1所示的脱硫-再生-尾气脱臭系统，吸收腔室51相当于吸收塔、再生腔室52相当于再生槽，两者采用组合结构组成吸收再生塔5，在吸收塔与再生槽中间用隔板7隔开，隔板7上开溢流口孔8，整个设备制作非常方便。

生物发酵装置产生的低压沼气a(压力在0～3kpa)经预处理后，引入风机1并升压至19.6～49kpa后进入吸收腔室51，经过脱硫溶液脱硫后的沼气b进入下游装置进一步处理。在吸收腔室51底部设置一个循环泵4，脱硫液经过富液管线3从吸收腔室51底部抽出并泵入到再生腔室52中，再生后的脱硫液则通过溢流口孔8返回到吸收腔室51，完成了脱硫溶液的循环，这种脱硫工艺较传统脱硫节省了贫液泵及附属管路和阀门，一定程度节约了能耗，同时使整个装置更为简洁、紧凑。

空气可经风机14增压至19.6～49kpa后进入再生腔室52，对脱硫液进行再生；空气经过再生槽5后有一定压力损失，压力降一般在10～40kpa，再生后的排气口设置一个背压阀16。风机1和14可以为罗茨风机。压力控制器2控制背压阀16使背压阀出气口的气体压力不低于2kpa，同时满足吸收腔室51的压力大于背压阀16的进气口气体压力。

在再生腔室52内设置一个阻挡隔板6，其作用是仅能允许脱硫液溢流到吸收腔室51，而阻挡空气进入吸收腔室51。因此阻挡隔板6要设置在再生腔室52的进气口与溢流孔8之间，从而阻挡空气进入溢流孔8。

再生腔室52的侧壁设置至少1个抽液口10，再生腔室52的底部设置出料口9，从抽液口10和出料口9将再生腔室52的适当位置抽出硫磺浆液进入过滤机12，能避免堵塞再生腔室52的出料口9，滤液则返回到再生腔室52，硫磺c从过滤机12中被连续分离出来。抽液口10在再生腔室52的侧壁，出料口9的上方，使用时液面要高于抽液口10。

在一种具体实施方式中，所述装置还包括空气分布器15，所述空气分布器15位于阻挡隔板6与再生腔室52的进气口之间。

空气经风机14增压至19.6～49kpa后进入再生腔室52，空气分布器15使空气分散后对脱硫液进行再生，空气分布器15让空气分布更均匀，反应更彻底。

在一种具体实施方式中，所述再生腔室52的侧壁设置2个不同高度的抽液口10。

抽液口过多，需要过滤的溶液多，能耗高；抽液口太少，再生槽底部硫磺浆液浓度高，出料口9堵塞的概率提高；优选设置2个不同高度的抽液口10。

在一种具体实施方式中，所述过滤机12为真空带式过滤机、滤芯式过滤机、螺旋式过滤机或离心式过滤机，优选为螺旋式过滤机。

过滤机12选用可连续工作的机器，过滤步骤也能连续生产，不用停车，例如真空带式过滤机、滤芯式过滤机、螺旋式过滤机和离心式过滤机则能满足，这里优选螺旋式过滤机，因为这类过滤机自动化程度高，对硫磺浆液浓度的范围适应性强，浓度1～15％都适用，即使从0.5％浓度的稀硫磺液体也可以有效分离出硫磺。

在一种具体实施方式中，所述装置还包括除臭装置17、烟囱18，所述除臭装置17与背压阀16相通，烟囱18与除臭装置17相通。

背压阀16之后连接一个除臭装置17。除臭装置17可以采用水喷淋洗涤方式除臭，也可以选用吸附方式除臭。对于吸附方式除臭，除臭装置17里面装填吸附剂，吸附剂可以选用分子筛、硅胶、氧化铝、活性炭等多孔性物质的一种或多种之间的组合。

由于除臭装置17存在一定的压力降(一般低于2kpa)，因此需要适度调节再生腔室52顶部的背压阀16排气压力，使背压阀16排气压力高于这个压力降，这样再生尾气就能顺利通过除臭装置17并由烟囱18排出。

在一种具体实施方式中，所述装置还包括第一溶解槽19、第一泵21、第二溶解槽20、第二泵22，所述第一溶解槽19和第一泵21相连通，所述第一泵21和再生腔室52的进液口相连通；所述第二溶解槽20和第二泵22相连通，所述第二泵22和再生腔室52的进液口相连通。

使用时，将液体催化剂和固体催化剂分别在第一溶解槽19或第二溶解槽20加水溶解后分别用第一泵21或第二泵22注入再生腔室52。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种沼气连续脱硫的方法。

本发明的沼气连续脱硫的方法采用上述的沼气连续脱硫的装置，沼气经风机1升压至19.6～49kpa进入吸收腔室51进行催化脱硫，吸收腔室51的脱硫液通过富液管线3和循环泵4进入再生腔室52，通过风机14向再生腔室52中通入空气进行再生，再生后的脱硫液则通过溢流孔8返回到吸收腔室51；

部分脱硫液从抽液口10、出料口9进入过滤机12进行过滤，滤液返回再生腔室52，并从过滤机12过滤得到的硫磺；

其中，使用时，所述再生腔室52的液面要高于阻挡隔板6和抽液口10；

所述压力控制器2控制调节背压阀16的压力，使背压阀的出气口的气体压力不低于2kpa，同时满足吸收腔室的压力大于背压阀的进气口气体压力；

通过调节抽液口10的出液流量控制出料口9的脱硫液的硫浓度维持在2wt％～5wt％。

在一种具体实施方式中，所述再生腔室52的侧壁设置2个不同高度的抽液口10，高的抽液口10的出液流量为低的抽液口10的3～6倍，低的抽液口10的出液流量为出料口9的3～6倍；

优选所述高的抽液口10的出液流量为低的抽液口10的4～5倍，低的抽液口10的出液流量为出料口9的4～5倍。

在一种具体实施方式中，所述再生腔室52的尾气经过背压阀16流入除臭装置17除臭后经烟囱18排出，所述除臭为水喷淋洗涤、吸附剂吸附除臭中的至少一种。

在一种具体实施方式中，所述脱硫的催化剂为固体催化剂和液体辅助催化剂，分别在第一溶解槽19和第二溶解槽20中加水溶剂后通过对应的第一泵21、第二泵22进入再生腔室52。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

(1)配置脱硫液，注入到脱硫装置中

选用四川炳辉环保科技有限责任公司研制的脱硫催化剂(生产批号20200410)，它是由固体催化剂和液体辅助催化剂两种组成。首先将固体催化剂f投入到第一溶解槽19中，然后使用新鲜水h溶解后在用泵21加入到再生腔室52中；将液体辅助催化剂g投入到第二溶解槽20中，然后使用新鲜水h适当稀释后在用泵22加入到再生腔室52中。最后向整个脱硫装置中补充新鲜水h直到高于再生槽的隔板6。

(2)沼气脱硫

含硫化氢浓度为3500ppm的低压沼气a(压力在0～3kpa)，由罗茨风机1升压至29.2kpa后进入吸收腔室51，硫化氢在脱硫溶液中发生催化氧化反应转化为硫磺c，既而从脱硫液中离析出来，完成脱硫过程，脱硫后的沼气b硫含量在5ppm以下，脱硫效率达到99.9％。

含有硫磺颗粒的脱硫液经过富液管线3从吸收腔室51底部用循环泵4抽出并泵入到再生腔室52中。再生后的脱硫液则通过溢流口孔8返回到吸收腔室51，完成了脱硫溶液的循环。

(3)空气再生及尾气脱臭

空气经罗茨风机14增压、经过空气分布器15分散后对脱硫液进行再生。由于有安装在再生腔室52内的阻挡隔板6的作用，空气被阻挡不能进入吸收腔室51中，只能从再生腔室52顶部排气口出。调节背压阀16的压力，使背压阀16出气口的压力为大于2kpa，高于除臭装置17通常的压降1～2kpa，这样再生后的尾气可以顺利通过除臭装置17。除臭装置17采用吸附方式除臭，吸附剂选用活性碳，脱臭后的再生尾气通过烟囱18排放进入大气。

(4)硫磺过滤分离

除了再生腔室52的底部放料管外，再生腔室52测壁还开设了另外2个抽液口10(其中一个抽液口10设置在再生槽锥体之上靠近筒体底部；另一个抽液口10设置在再生槽的锥体的中间位置)。装置初始运行期间，关闭再生腔室52底部排液口9，打开两个抽液口10，含硫磺的脱硫液从抽液口10所在管线进入到螺旋式过滤机过滤，并不断取出硫磺c，这样整个脱硫液的硫磺浓度就大为减少，减少硫磺堵塞管道的可能性。装置运行一段时间后逐渐调小抽液口10，适度打开再生腔室52底部排液口9，高的抽液口10的出液流量为低的抽液口10的4.5倍，低的抽液口10的出液流量为出料口9的4倍，这样可以调节再生腔室52的底部硫浆浓度维持在2％～5％，而这个浓度范围不会引起管道堵塞，同时也可以减少过滤的溶液数量，提高过滤效率。通过调节排液口9、排液口10，可以很方便的控制再生槽底部的硫浆浓度，使该硫浆浓度始终保持合适的范围，硫磺堵塞管道和阀门的概率大为降低，装置投入运行半年期间没有因为硫磺堵塞管道而停车。