本實(shí)用新型涉及沼氣脫硫技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

沼氣作為一種新興能源其應(yīng)用越來越廣泛，在我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格規(guī)定，利用沼氣能源時，沼氣氣體中H₂S 含量不得超過20mg/m³。無論在工業(yè)或民用氣體中，都必須盡可能的除去H₂S。沼氣從厭氧發(fā)酵裝置產(chǎn)出時，特別是在中溫或高溫發(fā)酵時，攜帶有大量的H₂S。由于沼氣中還有大量的水蒸汽存在，水與沼氣中的H₂S 共同作用，加速了金屬管道、閥門和流量計(jì)的腐蝕和堵塞。另外，H₂S 燃燒后生成的SO₂，與燃燒產(chǎn)物中的水蒸氣結(jié)合成亞硫酸，使設(shè)備的金屬表面產(chǎn)生腐蝕，并且還會造成對大氣環(huán)境的污染，影響人體健康。因此，在使用沼氣之前，必須脫除其中的H₂S。

餐廚垃圾，包括家庭、學(xué)校、食堂及餐飲行業(yè)等產(chǎn)生的食物加工下腳料(廚余)和食用殘余(泔腳)，是居民在生活消費(fèi)過程中形成的生活廢物，是食物垃圾中最主要的一種，極易腐爛變質(zhì)，散發(fā)惡臭，傳播細(xì)菌和病毒。其成分復(fù)雜，主要包括米和面粉類食物殘余、蔬菜、動植物油、肉骨等，從化學(xué)組成上來看，含有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、脂類和無機(jī)鹽。餐廚垃圾具有顯著的危害和資源的二重性，其特點(diǎn)可歸納為: 有機(jī)物含量高，蛋白質(zhì)、纖維素、淀粉、脂肪等豐富；含水率高，可達(dá)80% - 95%；鹽分含量高，部分地區(qū)含辣椒、醋酸高；富含氮、磷、鉀、鈣及各種微量元素；存在有病原菌、病原微生物；易腐爛、變質(zhì)、發(fā)臭、滋生蚊。其性狀和氣味都會對環(huán)境衛(wèi)生造成惡劣影響，且容易滋生病菌等微生物并富集霉菌毒素等有害物質(zhì)。我國餐廚垃圾數(shù)量十分巨大，并呈快速上升趨勢。餐廚垃圾的無害化處理難度相對較高，由于其中蛋白質(zhì)等含硫物質(zhì)含量較高，其產(chǎn)生氣體中硫化氫、二氧化硫等含硫化合物含量也較高。

干法脫除沼氣氣體中硫化氫（H₂S）的設(shè)備基本原理是以O(shè)₂使H₂S 氧化成硫或硫氧化物的一種方法，也可稱為干式氧化法。生物脫硫，又稱生物催化脫硫(簡稱BDS)，生物脫硫（BDS）是利用微生物或它所含的酶催化含硫化合物（H₂S、有機(jī)硫）、將其所含的硫積放出來（轉(zhuǎn)化為SO₂或單質(zhì)S）的過程。

生物脫硫具有成本低、處理范圍廣的特點(diǎn)，但由于脫硫菌生長易受到生長環(huán)境的影響且具有一定的處理容量，實(shí)際脫硫效果并不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種沼氣脫硫裝置，具有脫硫效果好、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。

本實(shí)用新型提供的一種沼氣脫硫裝置，包括：

連通上一道工序，使未脫硫沼氣進(jìn)入本裝置的進(jìn)氣管1；

用于檢測進(jìn)入進(jìn)氣管1的沼氣含硫化合物含量的檢測儀；

用于處理含高濃度含硫化合物的沼氣的生物脫硫塔3；

用于處理含低濃度含硫化合物的沼氣的干法脫硫塔4；

用于控制沼氣流動的電氣控制閥；

用于通過沼氣的通氣管道；

所述檢測儀包括用于檢測通過所述進(jìn)氣管1的沼氣含硫化合物含量的第一檢測儀21和用于檢測所述生物脫硫塔4中流出沼氣含硫化合物含量的第二檢測儀22；

所述電氣控制閥包括控制所述進(jìn)氣管1與所述生物脫硫塔3之間氣體流動的第一電氣控制閥51、控制所述進(jìn)氣管1與所述干法脫硫塔4之間氣體流動的第二電氣控制閥52和控制所述生物脫硫塔4與所述干法脫硫塔4之間氣體流動的第三電氣控制閥53；

所述進(jìn)氣管（1）通過通氣管道與所述生物脫硫塔（3）進(jìn)氣口連通，所述進(jìn)氣管（1）通過通氣管道與所述干法脫硫塔（4）進(jìn)氣口連通，所述生物脫硫塔（3）出氣口與所述干法脫硫塔（4）進(jìn)氣口連通。

進(jìn)一步地，前述的一種沼氣脫硫裝置中，還包括通過所述檢測儀2反饋信息控制所述電氣控制閥開閉的自動控制系統(tǒng)6。

進(jìn)一步地，前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述生物脫硫塔3為噴淋式填料塔。

進(jìn)一步地，前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述生物脫硫塔3為主體由玻璃鋼制造，塔內(nèi)有防腐格柵及支撐梁，外側(cè)有聚胺脂或氈類保溫層，保溫層外面設(shè)有有彩鋼板保護(hù)層，彩鋼板保護(hù)層外涂刷有UV防護(hù)漆。

進(jìn)一步地，前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述干法脫硫塔4為填料塔，填料為氧化鐵。

進(jìn)一步地，前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述進(jìn)氣管1前端還包括洗滌塔和換熱器。

本實(shí)用新型所述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果為：

本實(shí)用新型提供的一種沼氣脫硫裝置采用生物脫硫和干法脫硫相結(jié)合的方式，在控制成本的同時取得了較好的脫硫效果，脫硫后沼氣中含硫化合物含量不超過10mg/m³，沼氣品質(zhì)明顯提高；同時采用自動控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)實(shí)際情況靈活的控制脫硫方式，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，最大限度地節(jié)省材料人工，降低了運(yùn)營成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效果。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的平面布置示意圖；

圖2是本實(shí)用新型生物脫硫塔結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本實(shí)用新型干法脫硫塔結(jié)構(gòu)圖。

上述附圖中標(biāo)記對應(yīng)關(guān)系為：

1進(jìn)氣管；

21第一檢測儀；22第二檢測儀；

3生物脫硫塔；

4干法脫硫塔；

51第一電氣控制閥；52第二電氣控制閥；53第三電氣控制閥；

6自動控制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

參考附圖1，本實(shí)用新型提供的一種沼氣脫硫裝置，包括：

連通上一道工序，使未脫硫沼氣進(jìn)入本裝置的進(jìn)氣管1；

用于檢測進(jìn)入進(jìn)氣管1的沼氣含硫化合物含量的檢測儀，所述的含硫化合物主要指硫化氫；

用于處理含高濃度含硫化合物的沼氣的生物脫硫塔3；

用于處理含低濃度含硫化合物的沼氣的干法脫硫塔4；

用于控制沼氣流動的電氣控制閥；

用于通過沼氣的通氣管道；

所述檢測儀包括用于檢測通過所述進(jìn)氣管1的沼氣含硫化合物含量的第一檢測儀21和用于檢測所述生物脫硫塔4中流出沼氣含硫化合物含量的第二檢測儀22，所述檢測儀可采用首科自控的“CEMS煙氣監(jiān)測系統(tǒng)”；

所述電氣控制閥包括控制所述進(jìn)氣管1與所述生物脫硫塔3之間氣體流動的第一電氣控制閥51、控制所述進(jìn)氣管1與所述干法脫硫塔4之間氣體流動的第二電氣控制閥52和控制所述生物脫硫塔4與所述干法脫硫塔4之間氣體流動的第三電氣控制閥53。

前述的一種沼氣脫硫裝置中，還包括通過所述檢測儀2反饋信息控制所述電氣控制閥開閉的自動控制系統(tǒng)6。所述的自動控制系統(tǒng)6分別連通所述檢測儀和所述電氣控制閥，所述的自動控制系統(tǒng)6可以采用英國“阿道斯”自動控制系統(tǒng)；

前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述進(jìn)氣管1通過通氣管道與所述生物脫硫塔3進(jìn)氣口連通，所述進(jìn)氣管1通過通氣管道與所述干法脫硫塔4進(jìn)氣口連通，所述生物脫硫塔3出氣口與所述干法脫硫塔4進(jìn)氣口連通。

參考附圖2，前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述生物脫硫塔3為噴淋式填料塔。

前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述生物脫硫塔3為主體由玻璃鋼制造，塔內(nèi)有防腐格柵及支撐梁，外側(cè)有聚胺脂或氈類保溫層，保溫層外面設(shè)有有彩鋼板保護(hù)層，彩鋼板保護(hù)層外涂刷有UV防護(hù)漆。

參考附圖3，前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述干法脫硫塔4為填料塔，填料為氧化鐵。

前述的一種沼氣脫硫裝置中，所述進(jìn)氣管1前端還包括洗滌塔和換熱器。其作用是減少沼氣中固體物質(zhì)和降低沼氣溫度，防止對設(shè)備、填料、脫硫菌群造成損害。

在本實(shí)用新型的一種實(shí)施例中，進(jìn)氣管上裝有第一檢測儀21，且進(jìn)氣管末端分為兩條支管，一條支管連通生物脫硫塔3，且其上設(shè)有第一電氣控制閥51，另一條支管連通干法脫硫塔4，且其上設(shè)有第二電氣控制閥52，另外生物脫硫塔3和干法脫硫塔4之間又由通氣管道連通，所述通氣管道上設(shè)有第三電氣控制閥53，生物脫硫塔3頂部出氣口處設(shè)有第二檢測儀22。

實(shí)際工作時，沼氣進(jìn)入進(jìn)氣管1后經(jīng)第一檢測儀21檢測，經(jīng)自動控制系統(tǒng)6分析和控制，采用以下兩種脫硫方式：若其中含硫化合物含量或沼氣流量較小，則打開第一電氣控制閥51，使沼氣直接進(jìn)入生物脫硫塔3進(jìn)行脫硫；若其中含硫化合物含量或沼氣流量較大，則根據(jù)分析結(jié)果打開第一電氣控制閥51和第一電氣控制閥51，使沼氣按一定比例分別進(jìn)入生物脫硫塔3和干法脫硫塔4進(jìn)行脫硫。在此過程中，生物脫硫塔3脫硫后的沼氣經(jīng)第二檢測儀22檢測，若其中含硫化合物含量合格，則直接通過生物脫硫塔3的塔頂?shù)耐夤艿肋M(jìn)入下一裝置或工序；若其中含硫化合物含量不合格，則打開第三電氣控制閥53，使沼氣再通過干法脫硫塔4進(jìn)行脫硫，脫硫后直接通過干法脫硫塔4的塔頂?shù)耐夤艿肋M(jìn)入下一裝置或工序。

所述的含硫化合物含量或沼氣流量較大或較小的判斷標(biāo)準(zhǔn)是由自動控制系統(tǒng)6根據(jù)生物脫硫塔3的實(shí)際脫硫能力及其他因素確定的，但經(jīng)過脫硫凈化的商品沼氣氣體中硫化氫含量不得超過20mg/m³，經(jīng)本實(shí)用新型提供的裝置脫硫后沼氣中含硫化合物含量不超過10mg/m³。

本實(shí)用新型的另一種實(shí)施例是針對餐廚垃圾產(chǎn)生沼氣脫硫處理的沼氣脫硫裝置。由于餐廚垃圾的無害化處理難度相對較高，采用生物分解的方法進(jìn)行處理會將其危害降到最低。

由于厭氧發(fā)酵沼氣成分復(fù)雜，故對來氣先進(jìn)行洗滌，設(shè)洗滌塔一座。洗滌塔內(nèi)裝填料，微壓損設(shè)計(jì)，采用冷水噴淋，降低沼氣中的固體雜質(zhì)含量。沼氣經(jīng)洗滌后進(jìn)入生物脫硫系統(tǒng)。洗滌塔配洗滌循環(huán)泵兩臺，一備一用。循環(huán)水管路上設(shè)管道過濾器，對雜質(zhì)進(jìn)行攔截。當(dāng)過濾器前后壓差達(dá)到一定值時，停機(jī)清洗或更換過濾器濾芯。洗滌采用采用自來水，閉式循環(huán)。在排污時進(jìn)行補(bǔ)水。同時，鑒于前段采用高溫厭氧發(fā)酵，來氣的溫度較高（58℃），故設(shè)置換熱器一臺，用于將來氣溫度冷卻至35℃左右。采用制冷機(jī)組進(jìn)行冷卻。

從洗滌塔出來的沼氣進(jìn)入生物脫硫塔3。生物脫硫塔3主體由玻璃鋼制造。塔內(nèi)有防腐格柵及支撐梁，可承受填料的重量，外層有聚胺脂或氈類保溫層，保溫外面再有彩鋼板保護(hù)層，彩鋼板保護(hù)層外再刷UV防護(hù)漆。本實(shí)施例采用堿性溶液來脫除沼氣中H₂S。為了降低堿液的用量，脫硫系統(tǒng)采用循環(huán)水再生設(shè)計(jì)，設(shè)有生物再生池。堿性循環(huán)水由循環(huán)泵送到脫硫塔上部噴淋，在重力的作用下流經(jīng)塔內(nèi)填料表面，增加循環(huán)水的停留時間，充分吸收沼氣中的H₂S，然后從脫硫塔底部回流到再生池，再生后進(jìn)入下一次循環(huán)。脫硫塔上下設(shè)有壓力表，指示脫硫塔壓損變化。本實(shí)施例設(shè)脫硫塔一個，設(shè)循環(huán)水泵2臺，一用一備。

堿液從脫硫塔重力流入再生池中。在再生池底部設(shè)有曝氣裝置。提供循環(huán)水再生所需適當(dāng)?shù)难鯕?。曝氣系統(tǒng)設(shè)有在線計(jì)量檢測裝置，控制曝氣風(fēng)機(jī)的流量，嚴(yán)格控制溶解氧的含量。在適宜的溫度、溶解氧、營養(yǎng)及pH等環(huán)境下，脫硫菌將循環(huán)水中的硫化物氧化成單質(zhì)硫，再生池與沉淀池有連通管路，單質(zhì)硫隨管路進(jìn)入沉淀池。沉淀后的循環(huán)水經(jīng)對流泵打入再生池。沉淀池底部有排污口，可將沉淀下來的硫泥排至集水井。硫泥是批次出料，每天排一至二次。

生物脫硫菌的生長和脫硫過程需要適宜的溫度，本實(shí)施例采用熱水加熱的方式為生物脫硫菌提供適宜的溫度環(huán)境。再生池內(nèi)安裝溫度傳感器，經(jīng)PLC自動控制再生池中水的溫度。加熱熱水來自厭氧發(fā)酵加熱系統(tǒng)的尾水，進(jìn)水溫度為51℃，直通式。流量不超過0.5t/h。在夏季時，熱水會少用或者不用（用自來水補(bǔ)水），冬季時，熱水直通。

生物脫硫菌生長需要一定的營養(yǎng)元素，營養(yǎng)物質(zhì)添加系統(tǒng)可自動將營養(yǎng)液加到再生池，加藥量由計(jì)量泵進(jìn)行精確控制。本方案營養(yǎng)液系統(tǒng)設(shè)置1套加藥計(jì)量泵。

雖然反應(yīng)條件嚴(yán)格控制，但再生池的反應(yīng)過程仍有2~3%左右的單質(zhì)硫被氧化成硫酸、亞硫酸等，使系統(tǒng)循環(huán)水的PH值下降，必須通過添加一定量的堿液來維持系統(tǒng)的最佳PH范圍。本技術(shù)方案的堿液添加系統(tǒng)可根據(jù)循環(huán)水PH值的變化自動增加堿液進(jìn)行調(diào)整，使溶液的PH值穩(wěn)定在最佳反應(yīng)區(qū)間。堿液添加由計(jì)量泵控制。

含有單質(zhì)硫的渾濁液經(jīng)沉淀池的排出口，經(jīng)硫泥泵的作用打到板框壓濾機(jī)進(jìn)行單質(zhì)硫回收。單質(zhì)硫理論產(chǎn)量約185kg/d（干重）,含固率為15-20%。

本實(shí)施例要求不產(chǎn)生負(fù)壓，工作條件按照生物脫硫系統(tǒng)進(jìn)口壓力控制值為500-2500pa，增壓風(fēng)機(jī)出口升壓能力不小于5000kpa；生物脫硫系統(tǒng)依據(jù)自帶PLC控制程序，實(shí)時調(diào)節(jié)增壓風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)，使厭氧系統(tǒng)、生物脫硫系統(tǒng)沼氣流量匹配，實(shí)現(xiàn)沼氣各系統(tǒng)互不影響，確保各系統(tǒng)安全正常運(yùn)行。本項(xiàng)目采用羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行加壓，其額定處理能力為1100Nm3/h。羅茨風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)節(jié)，配7.5kW防爆電機(jī)。羅茨風(fēng)機(jī)一用一備。

自動控制系統(tǒng)6位于生物脫硫塔3的自控裝置用于給設(shè)備供電及系統(tǒng)的自動運(yùn)行控制。自控裝置通常包括PLC系統(tǒng)及各種儀表，就地儀表也可給PLC系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本項(xiàng)目自控程度可達(dá)到自動運(yùn)行、故障報警等控制要求。系統(tǒng)配有停電保護(hù)及雙電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，保證電網(wǎng)停電工廠備用電源啟動后，脫硫系統(tǒng)能正常安全運(yùn)行。

系統(tǒng)或設(shè)備遠(yuǎn)離甲烷泄漏點(diǎn)超過4.5m，均為非防爆，包括水泵/暴氣風(fēng)機(jī)等。在4.5m的水平距離內(nèi)的，采用防爆。對于防爆設(shè)備，其配置滿足《爆炸危險性環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058-2014）。

自動控制系統(tǒng)6采用西門子S7-1200作為PLC控制，所有元件適應(yīng) PLC檢測控制的要求，生物脫硫塔的自動運(yùn)行功能通過現(xiàn)場控制柜完成，控制柜可以實(shí)現(xiàn)手動按鍵控制以及PLC遠(yuǎn)程控制，具有現(xiàn)場/遠(yuǎn)程切換開關(guān)?？刂乒窨上蛏蠈涌刂葡到y(tǒng)傳輸系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信號，例如系統(tǒng)開關(guān)狀態(tài)、故障狀態(tài)、PH值、空氣量、循環(huán)液流量、溫度、液位報警信號等。正常運(yùn)行無需人工看守。反應(yīng)液投加、廢液排放、空氣定量添加等，都能通過控制系統(tǒng)自動控制。主要運(yùn)行參數(shù)如PH值、高低液位、循環(huán)液流量、溫度、沼氣流量等指示信號，可輸出到上級控制單元。

本實(shí)用新型提供的一種沼氣脫硫裝置采用生物脫硫和干法脫硫相結(jié)合的方式，在控制成本的同時取得了較好的脫硫效果，脫硫后沼氣中含硫化合物含量不超過10mg/m³，沼氣品質(zhì)明顯提高；同時采用自動控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)實(shí)際情況靈活的控制脫硫方式，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置，最大限度地節(jié)省材料人工，降低了運(yùn)營成本，具有較好的經(jīng)濟(jì)效果。

本文中應(yīng)用了具體個例對本實(shí)用新型整體和生物脫硫塔及自動控制系統(tǒng)的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。