沼气发电工艺中沼气干燥设备的应用

张静

摘  要：沼氣干燥是沼气发电之净化过程中的重要环节;努力降低沼气的相对湿度，达到沼气发电等进气品质要求;减少沼气净化及发电过程中稀硫酸、H2S等有害物质及气体的腐蚀。

关键词：沼气净化;沼气干燥;

项目简介：突尼斯苏斯省污水处理厂，平均日处理城市工业及生活污水52376立方，日平均产生泥浆1400方，通过泥浆静态及机械处理，消化池储存泥浆9860立方，日平均产生沼气7350方产;沼气通过砂砾石过滤，陶瓷过滤，木炭过滤，沼气增压，沼气干燥等净化环节后输入沼气发电机。本文着重讨论沼气干燥设备的应用，希望能得到同行专家的指点及帮助，进而优化提高。

沼气组成及产量如下：

名称                     比例                      产量

CH4                     60-70%                   4852方/天

CO2                     30-38%                   2205方/天

O2                       0.5%                     36方/天

CO                       2%                      147方/天

N2                       1%                      73方/天

CnHm                    0-1.5%                   7方/天

H2S                      0.1-0.4%                 14方/天

H2                       0.2%                    14方/天

1沼氣干燥设备系统简介

1.1沼气干燥的方法

沼气的干燥有多种方式，按照其工艺的不同主要分为溶剂吸收法、吸附法、冷冻法等。

（1）溶剂吸收法

容器吸收法指的是沼气经过吸水性极强的溶液，使水分得以分离。此类脱水剂通常有氧化钙、氧化锂、甘醇类等物质。

溶剂吸水法优缺点：氧化钙溶液成本少，损失小，但溶液会产生电解腐蚀，与硫化氢（H2S）接触后会发生沉淀，溶液具有很强的腐蚀性。氧化锂溶液吸水能力强，腐蚀性较小，但价格昂贵。甘醇类脱水剂性能优越，但初期投资较高。

（2）吸附法

吸附法通常采用固体物质，通过固体表面力作用实现水分的脱除，根据表面力的性质分为化学吸附（脱水后不能再生）和物理吸附（脱水后可以再生）。能用于沼气脱水的干燥剂有硅胶、活性氧化铝、分子筛以及复式固定干燥剂等。

吸附法优缺点：吸附法干燥器对沼气含油及液态水极为敏感，工作时双塔处于频繁的切换状态，控制阀件容易疲劳破坏，变压吸附作用使吸湿剂表面频频挤压摩擦，易产生粉尘脱落，给沼气造成二次污染。

（3）冷冻法

冷冻式干燥器是利用冷冻技术，将含有水蒸气的沼气强制冷却到露点以下，使之冷却到液态水与沼气分开，以获得干燥的沼气。

冷冻法优缺点：能耗低、体机小、工作可靠、维护简单、运行费用低廉，但是冷冻发在运行中，对环境温度较为敏感。

由于冷干机造价低、工作稳定、运行成本低廉，对气源负载无特殊要求等多种优点被广泛应用在沼气净化工艺中，本文主要论述干冷式沼气干燥设备在沼气净化工艺中的应用研究。

1.2干冷式沼气干燥设备

（1）PID及主要结构图

（2）工艺描述

沼气通过内循环泵，经过空冷装置将含有水蒸气的沼气冷凝至露点以下，冷凝水流至填料塔底部，通过冷凝水泵排除，干燥沼气通过填料塔顶排出。

2沼气干燥设备选型

2.1沼气干燥设备一般设计参数

沼气干燥设备的选型主要取决于沼气进气量，沼气干燥后相对湿度要求，沼气中硫化氢气体含量，沼气出口温度要求等相关参数确定沼气干燥设备型号及所需附属件。沼气干燥设备一般的设计参数为：

沼气进口流量：10-6000m?/h。

硫化氢气体含量：不超过20000PPM。

进口温度：不超过105°C

出口温度：降低3-5°C

进口压力：-100-500mbar

外界温度：-20-45°C

2.2沼气干燥设备附属件选择

因为冷冻式沼气干燥设备是通过降低沼气温度，使水蒸气变成液态水排出，所有经过沼气干燥设备后，沼气温度会降低，根据用户对沼气温度的要求，可以选择热交换机对出口沼气进行加热或继续降温，在电热联产系统中沼气的热交换一般选择管式热交换机，如图所示：

3沼气干燥设备在沼气净化工艺中的应用

3.1典型的沼气净化工艺流程

每个厌氧池顶安装一体式消化池顶盖，用于收集沼气。沼气汇集后，首先通过颗粒过滤器，该过滤器能去除固体颗粒物质，并且收集大量的冷凝水。沼气随后进入脱硫系统，除去沼气中硫化氢气体。为满足后续沼气锅炉、发电机组的进气要求，沼气经脱硫后，进入沼气冷干机组单元，除去沼气中的水蒸气。沼气经脱水系统后进入气柜存储缓冲、稳定压力。稳压后的沼气，还要经过沼气增压器以满足沼气发电设备对沼气压力的要求。增压后沼气进入活性炭过滤器去除固体硫化物。在沼气进入用户设备前，还应通过陶瓷过滤器，以进一步去除微小颗粒。沼气火炬作为应急安全装置，用于燃烧过剩的沼气。

3.2沼气干燥设备在沼气净化中所处的环节

沼气干燥设备放置在沼气脱硫设备之后，沼气罐之前，除去沼气中的水蒸气，降低沼气相对湿度，沼气干燥之后，不宜产生稀硫酸腐蚀，减少H2S气体对管道及沼气罐等后续设备的腐蚀作用。

3.3安装位置的选择

沼气干燥设备安装的位置应满足以下要求：

1.沼气干燥设备必须安装在通风条件良好的室外。

2.应避免某些设备组件被大气腐蚀。

3.在H2S含量较高的地方应采用相应的防腐措施。

4.被安装的位置应便于操作、维修、清理。

3.4沼气干燥设备安装图纸设计

沼气净化系统通过采用两台沼气干燥设备，一台工作一台备用，沼气管道出入口应布置手动操作阀门，旁通管道的布置，安全操作距离等要求，安装布置如下图所示：

沼气干燥设备入口处布置蝶阀，控制沼气的进入，沼气通过冷却器进行风冷，使水蒸气凝结为液态水，液态水通过冷水泵排出，沼气出口安装有管式热交换器，控制沼气温度，沼气干燥设备设有旁通管道，两台设备的旁通管道互联，当干燥设备发生故障时，可关闭设备入口、出口蝶阀，打开旁通管道蝶阀，则可进行沼气干燥设备的维修，而不影响沼气净化系统运行。

4结语

本人有幸参与了突尼斯苏斯污水处理厂的设计、施工建设与生产调试等工作，目前系统运行正常;以上是工作中的一点心得累积，希望得到同行及专业人士的指点及帮助！