沼气脱硫工艺设计说明书

工艺设计说明

1、沼气管道与前部接口

根据PURAC的总体设计，考虑到二期工程的总沼气量需要，从厌氧罐接出的沼气管汇总后将采用DN450管径的沼气输送管，在进入沼气进化系统前设三通，一端接DN300沼气管至沼气火炬，另一端接手动阀门后至沼气净化系统。本方案起始位置自此DN450阀门始。详见场内沼气管网平面布置图及工艺系统图。

2、沼气脱硫工艺设计

厌氧发酵罐刚产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体，其组成绝大部分为气体燃料CH4与CO2外，还含有H2S和悬浮的颗粒状杂质。H2S不仅有毒，而且遇水蒸汽反应后极容易生成有很强腐蚀性的稀硫酸。因此，沼气中过量的H2S 含量会危及发电机组的寿命，因此需进行脱硫净化处理。

本工艺拟采用生物脱硫法对沼气进行脱硫处理。

生物脱硫法是利用微生物的作用，在微氧条件下将H2S氧化成单质硫或亚硫酸的脱硫过程。这种脱硫方法已在欧洲广泛使用，在国内某些工程已有采用，其优点是：不需要催化剂、不需处理化学污泥，产生很少生物污泥、耗能低、去除效率高。脱硫效率稳定，H2S去除率可达90%以上，脱硫成本低，每立方米沼气处理费用小于0.03元，比化学脱硫法成本降低70%以上。

当沼气中进入了一定数量的氧气时，专门的好氧嗜硫细菌（如：丝硫细菌属或硫杆菌属等）可以将沼气中的硫化氢成分氧化成硫元素，并根据环境条件的不同，将其进一步氧化成硫酸。这种反应需要的条件为：氧气、营养液、温度、湿度与生长区域。

在不同的温度下会产生不同的好氧嗜硫菌群，一般认为，在25℃至35℃的温度环境下，好氧嗜硫菌群的生长与活动是最快的，因而在此温度下脱硫效果最高。

反应方程式如下：

2H2S + O2→2H2O +2S

2H2S +3O2→2H2SO3

氧气进入沼气中的方式有二种，一是将一定数量的压缩空气直接进入沼气管道内与沼气混合，在喷淋反应器内在特定的环境下与沼气中的硫化氢气体反应。二是将压缩空气通过曝气器进入培养液中，使培养液成为含有饱和氧分子的水，并在喷淋反应塔内与沼气中的硫化氢气体反应。

这二种方式各有优缺点，在此不做论述。在本案中，我们将二种方式并用，通过沼气成分分析仪的监测，控制脱硫后沼气中的氧含量并将信号输出至控制室，当沼气中氧含量超过设定值时停止一切与沼气有关的设备。

（2）脱硫系统工艺流程：

图二：沼气生物脱硫系统工艺流程框图

（3）沼气生物脱硫系统说明

（a）沼气生物脱硫喷淋塔内的填料为微生物菌群提供了生存附着的场所与适宜的温度与湿度环境。

（b）通过反应器内的微孔曝气器通入空气，使培养液达到含饱和氧的程度。（c）不断循环的喷淋培养液将溶解氧带入喷淋塔中，在微生物的作用下与沼气中的硫化氢行成生物化学反应。

（d）生物化学反应后所形成的物质与多余的脱硫细菌将从随喷淋营养液回流至生物菌培养液反应器内。

（e）生物反应的温度拟控制在一定的温度范围内，日常运行时温度的变化不宜太快，以控制在±2℃的范围内为宜。本案中将采用通过在循环水管道上设置小型热交换器的形式，用于保证培养液的温度维持稳定在一定范围内。

（f）正常运行时，培养液始终呈中性，并不需要加碱调节。当生物菌培养液中的pH值偏低，脱硫效果下降时，可适量加入液碱以调节培养液的pH值，以保证沼气脱硫的效果。

（4）生物脱硫系统的运行与控制

（a）沼气从喷淋反应器的下端进入，穿过填料层后从顶部离开，进入后续处理阶段，在沼气管道上应设有流量计，以随时监测管道内的沼气流量，此外，在沼气管道上还应安装有沼气成份分析仪，以定时监测沼气中脱硫后沼气内的硫化氢含量和甲烷含量。

（b）喷淋培养液从曝气反应器泵出经换热器后至喷淋反应塔上部进入，在实现喷淋循环的同时，通过换热器使系统中培养液维持在一定的温度环境下。

培养液的温度变化随进入脱硫系统的沼气温度、沼气流量、环境温度、补充液温度以及进入系统的空气温度的影响，由于难于准确计量这些参数对培养液温度的影响情况，因此，培养液的温度只能通过换热器来保证其具有较小的波动。

在调试运行时，首先确定一个适宜的温度值，如果温度下降，则开启换热器热水端的管道泵进行增温，而当温度增高到设定值时，则停管道泵。

（c）罗茨风机采用变频控制，通过培养液曝气反应器壁面上安装的ORP（氧化还原电位计）来测定培养液中的含氧量，并通过变频器调节控制罗茨风机的出风量，以使培养液中的含氧量控制在适当的范围。

这种控制方式的最终目的是控制进入沼气中的氧浓度，如上所述，沼气中混有不同的氧浓度，反应后的生成物是不相同的，反应后的产出物可能是单质硫，也可能是稀硫酸，最有可能的是二者的混合物。根据业主的意见，可通过供氧量来调节最终生成物。业主希望能够生成单质硫，但可能不完全是，过程控制需随时调整，最有可能的生成物是二者的混合物。

（d）在培养液曝气反应器壁面上安装取样口，人工采集培养液的pH值，确定其培养液中是否需要加碱以及加碱量在大小。一般而言，当最终生成物为单质硫

时，培养液中不需要加碱，当最终生成物为稀硫酸时，培养液中需要加碱以维持培养液的中性需要。

（e）最理想的运行方式是每天更换一部分培养液。培养液的来源可通过沼液过滤稀释后调制，调制的方式需经过试验后确定。由于沼液原料不同，更换的数量也需要经过现场试验后确定，一般的数据是每日更换1/20至1/30的数量。排出系统外的培养液需经过沉淀，以使在排出多余培养液的同时，从系统中带走可能存在的单质硫等固体物质。不的沼同液可能不相同，使用何种营养液，具体要求和数量最好是在调试时解决这个问题。大致的数量是每天更换1至2立方米左右。

（f）排渣采用管道泵排渣的方式，通过过滤器后将多余培养液送至污水处理车间。一般而言，排放量与加入的培养液量相等。

（5）生物脱硫系统的型号与特点

系统功能：采用生物方法去除沼气中的H2S；

型号：STS-800系统，非标设备系统；

系统数量：一期时二套，二期时再增加二套；

进入系统的沼气流量：一期1500 m3/h，二期合计3000 m3/h；

进入系统的沼气中的硫化氢含量：≤5000 ppm；

进入系统的沼气中甲烷含量：50~70vol%，平均60%；

进入系统的沼气温度：＜37℃。

处理能力：单套系统最大处理量：800 m3/h

脱硫效率：在沼气量不大于本文件第二项第二款约定流量、硫化氢含量大于2000ppm并小于5000ppm时，去除率始终达到90%或以上；在硫化氢含量小于2000ppm时可保证处理后不大于200ppm。”

脱硫费用：脱硫系统的直接处理费用小于0.03元/m3沼气。

压力降：进出沼气在系统中的压降小于100 pa。

脱硫喷淋塔内填料：拉尔环填料或立体弹性填料。

安全性能：由于氧主要是通过培养液溶解氧的形式进入沼气系统内，因而本系统具有极好的安全性能，这是由于通过溶解氧形式进入沼气系统内的氧气，无论如何也达不到沼气的爆炸极限所要求的氧浓度。