沼气干法脱硫装置的设计

干法脱硫装置的设计一般原则：1）沼气干法脱硫装置宜在地上架空布置，且应设置两套，一用一备；2）沼气气水分离器的入口管内流速宜为15m/s，沼气出口管内流速宜为10m/s；3）沼气温度低于10℃时，净化设施应有保温防冻和增温措施；沼气温度大于35℃时，应对沼气进行降温。4）沼气管道的最低点必须设置沼气凝水器，定期或自动排放管道内的冷凝水。沼气凝水器直径宜为进气管的3－5倍，高度宜为直径的1.5－2.0倍。5）经过净化后的沼气质量指标应符合下列要求：沼气低位发热值大于18Mj/m3；沼气中硫化氢含量小于20mg/m3；沼气温度小于35℃沼气中硫化氢的浓度受发酵原料或发酵工艺的影响很大，原料不同，沼气中硫化氢含量变化也很大，一般在0.8~14.5g/m3之间，其中以糖蜜废水及城粪发酵后，沼气中的硫化含量最高。早期曾有研究人员采用醋酸锌化学分析法，对四个行业13个工厂（场）进行的现场测定，其结果如下表所示表4－1不同原料所产沼气中的H2S的含量行业单位数最低最高平均酒厂40.821.081.15食品屠宰场21.61.81.7禽畜场50.0284.51.79城粪处理厂21.514.57.95对于脱硫装置的设计，根据当前大中型沼气工程的实际情况及H2S的浓度范围采用：一级脱硫：H2S在2g/m3以下；二级脱硫：H2S在2~5g/m3；三级脱硫：H2S在5g/m3以上。如果H2S在10g/m3以上，最好先采用湿法粗脱，再用氧化铁进行精脱。1）空速的选择空速是指单位体积脱硫剂每小时能处理沼气量的大小，单位为l/h，其表达式为：VSP=Vm/Vt(4-4)式中VSP——沼气空速（l/h）；Vm——沼气小时流量（m3/h）；Vt——脱硫剂体积（m3）。从上式中不难看出，空速是表示脱硫剂性能的重要参数之一。不同的脱硫剂因其活性不同，在选择空速时应根据沼气中H2S的浓度、操作温度、脱硫工作区高度等因素进行综合考虑。空速值选得越高，则沼气与脱硫剂的接触时间也越短，即接触时间tj为空速的倒数：tj=1/VSP(4-5)式中tj——接触时间（s）在常温常压下，氧化铁脱硫剂在处理沼气中的H2S浓度小于3g/m3时，取tj为100秒，相当空速36l/h；若H2S含量在4~8g/m3，则tj约为450秒，相当空速为8l/h。若沼气中含少量氧气时，空速可适当提高，一般常温常压下取空速为20~50l/h之间。近年来，随着科技的发展，新型高效脱硫剂层出不穷，新型高效脱硫剂具有脱硫精度高：进口H2S为10000ppm时，出口H2S≤0.1ppm；反应速度快：气空速可大于1000h-1（液空速为5h-1），线速度可达0.1－0.3m/s；工作硫容大：一次性脱除H2S硫容可达20%；强度和耐水性好：水煮24h或浸泡30天不粉化，12MPa压力下急骤充压、卸压进行100次冲击试验后，强度无变化；适用温度范围广等特点。一些高效脱硫剂空速可达2000h-1，工作硫容达到30%。2）线速的选择线速是指沼气通过脱硫剂床高与接触时间之比：Us=Hch/tj(4-6)式中Us——线速度（mm/s）Hch——床高（mm）tj——接触时间（s）沼气通过脱硫塔的线速，是设计该装置尺寸的一个关键性参数。线速取得太低，沼气呈现滞留状态；随着线速的增加，气流进入湍流区，能在更大程度上减少气膜厚度，从而增加了脱硫剂的活性。当用TTL型脱硫剂时，可选线速在10~40mm/s。3）床层高度确定：床高高度与脱硫剂的利用率密切相关。短而粗的脱硫塔床层低，虽然阻力较小，但因脱硫剂的“饱和度”小，使脱硫剂利用率低。当采用分层装填时，有利于克服由于偏流或局部短路而引起的“早泄”现象，改善并提高脱硫效果。床层高度超过1.5m以上时，可采用双层。4）床层高度和塔径比的关系：氧化铁脱硫是一个化学吸附过程，在吸附的各个时期，脱硫床层可分为备用区、工作区和饱和区。工作区是指床层内执行脱硫职能的部位。工作区的高低与脱硫剂的活性、空速有关。根据TTL型脱硫剂的试验结果，在空速为50l/h以下，H2S浓度为1~3g/m3时，脱硫剂床层高度为塔径3~4倍。5）脱硫剂的更换时间：脱硫剂的使用周期和更换时间是与脱硫剂的技术性能，即工作硫容及填装量成正比，与沼气中H2S浓度及日处理气量成反比。对于中小型沼气工程，既要考虑脱硫设备的大小及所占场地，又要考虑到频繁地更换脱硫剂给运行带来的不便，一般取脱硫剂的更换期为6个月较适宜。通过下式可计算出脱硫剂的装填量：G=stCV1000(4-7)式中G——脱硫剂装填量（kg）；t——脱硫剂使用时间（d）；s——脱硫剂饱和硫容（%）；C——沼气中H2S含量（g/m3）；V——日处理沼气量（m3/d）。设脱硫剂使用时间t＝180d，脱硫剂饱和硫容s＝20％，沼气中H2S含量C＝8g/m3，日处理沼气量V＝1247m3/d，代入式（4－9），得G=stCV1000＝2.0100012478180×××＝8978.4kgW701氧化铁精脱硫剂的堆密度为0.70~0.85g/ml之间，本设计取堆密度为0.8g/ml，则脱硫剂的总体积为Vt＝ρ/G(4-8)＝8978.4/800＝11.223m3，根据4.2.1.1、4.2.1.2的要求，设脱硫塔床层的总高度为Hch，沼气空速VSP＝200h－1，选择线速度Us＝0.2m/s，根据式(4-5)，可知tj＝18s；根据式(4-6)可知Hch＝Ustj(4-9)＝0.2×18＝3.6m本设计采取三级串联的方式，则每级中脱硫剂的体积为Vn＝Vt/3＝11.223/3＝3.741m3(4-10)设脱硫塔的直径为D，则Vn＝×42DπHch(4-11)3.741＝×42Dπ3.6D＝1.15m，取D＝1.2m则Hch/D＝3.6/1.2＝3，满足4.2.1.4和W701氧化铁精脱硫剂的装填要求。本设计采取三级串联的方式，每一级中装填二层，每层高度1.8m。6）脱硫装置的材质及防腐措施：本设计采用A3钢板制造，塔内采用水性环氧涂料涂两道，塔外用防锈漆涂两道。