沼氣發電工藝中沼氣干燥設備的應用

張靜

摘? 要：沼氣干燥是沼氣發電之凈化過程中的重要環節;努力降低沼氣的相對濕度，達到沼氣發電等進氣品質要求;減少沼氣凈化及發電過程中稀硫酸、H2S等有害物質及氣體的腐蝕。

關鍵詞：沼氣凈化;沼氣干燥;

項目簡介：突尼斯蘇斯省污水處理廠，平均日處理城市工業及生活污水52376立方，日平均產生泥漿1400方，通過泥漿靜態及機械處理，消化池儲存泥漿9860立方，日平均產生沼氣7350方產;沼氣通過砂礫石過濾，陶瓷過濾，木炭過濾，沼氣增壓，沼氣干燥等凈化環節后輸入沼氣發電機。本文著重討論沼氣干燥設備的應用，希望能得到同行專家的指點及幫助，進而優化提高。

沼氣組成及產量如下：

名稱???????????????????? 比例????????????????????? 產量

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沼氣干燥設備系統簡介

1.1沼氣干燥的方法

沼氣的干燥有多種方式，按照其工藝的不同主要分為溶劑吸收法、吸附法、冷凍法等。

（1）溶劑吸收法

容器吸收法指的是沼氣經過吸水性極強的溶液，使水分得以分離。此類脫水劑通常有氧化鈣、氧化鋰、甘醇類等物質。

溶劑吸水法優缺點：氧化鈣溶液成本少，損失小，但溶液會產生電解腐蝕，與硫化氫（H2S）接觸后會發生沉淀，溶液具有很強的腐蝕性。氧化鋰溶液吸水能力強，腐蝕性較小，但價格昂貴。甘醇類脫水劑性能優越，但初期投資較高。

（2）吸附法

吸附法通常采用固體物質，通過固體表面力作用實現水分的脫除，根據表面力的性質分為化學吸附（脫水后不能再生）和物理吸附（脫水后可以再生）。能用于沼氣脫水的干燥劑有硅膠、活性氧化鋁、分子篩以及復式固定干燥劑等。

吸附法優缺點：吸附法干燥器對沼氣含油及液態水極為敏感，工作時雙塔處于頻繁的切換狀態，控制閥件容易疲勞破壞，變壓吸附作用使吸濕劑表面頻頻擠壓摩擦，易產生粉塵脫落，給沼氣造成二次污染。

（3）冷凍法

冷凍式干燥器是利用冷凍技術，將含有水蒸氣的沼氣強制冷卻到露點以下，使之冷卻到液態水與沼氣分開，以獲得干燥的沼氣。

冷凍法優缺點：能耗低、體機小、工作可靠、維護簡單、運行費用低廉，但是冷凍發在運行中，對環境溫度較為敏感。

由于冷干機造價低、工作穩定、運行成本低廉，對氣源負載無特殊要求等多種優點被廣泛應用在沼氣凈化工藝中，本文主要論述干冷式沼氣干燥設備在沼氣凈化工藝中的應用研究。

1.2干冷式沼氣干燥設備

（1）PID及主要結構圖

（2）工藝描述

沼氣通過內循環泵，經過空冷裝置將含有水蒸氣的沼氣冷凝至露點以下，冷凝水流至填料塔底部，通過冷凝水泵排除，干燥沼氣通過填料塔頂排出。

2沼氣干燥設備選型

2.1沼氣干燥設備一般設計參數

沼氣干燥設備的選型主要取決于沼氣進氣量，沼氣干燥后相對濕度要求，沼氣中硫化氫氣體含量，沼氣出口溫度要求等相關參數確定沼氣干燥設備型號及所需附屬件。沼氣干燥設備一般的設計參數為：

沼氣進口流量：10-6000m?/h。

硫化氫氣體含量：不超過20000PPM。

進口溫度：不超過105°C

出口溫度：降低3-5°C

進口壓力：-100-500mbar

外界溫度：-20-45°C

2.2沼氣干燥設備附屬件選擇

因為冷凍式沼氣干燥設備是通過降低沼氣溫度，使水蒸氣變成液態水排出，所有經過沼氣干燥設備后，沼氣溫度會降低，根據用戶對沼氣溫度的要求，可以選擇熱交換機對出口沼氣進行加熱或繼續降溫，在電熱聯產系統中沼氣的熱交換一般選擇管式熱交換機，如圖所示：

3沼氣干燥設備在沼氣凈化工藝中的應用

3.1典型的沼氣凈化工藝流程

每個厭氧池頂安裝一體式消化池頂蓋，用于收集沼氣。沼氣匯集后，首先通過顆粒過濾器，該過濾器能去除固體顆粒物質，并且收集大量的冷凝水。沼氣隨后進入脫硫系統，除去沼氣中硫化氫氣體。為滿足后續沼氣鍋爐、發電機組的進氣要求，沼氣經脫硫后，進入沼氣冷干機組單元，除去沼氣中的水蒸氣。沼氣經脫水系統后進入氣柜存儲緩沖、穩定壓力。穩壓后的沼氣，還要經過沼氣增壓器以滿足沼氣發電設備對沼氣壓力的要求。增壓后沼氣進入活性炭過濾器去除固體硫化物。在沼氣進入用戶設備前，還應通過陶瓷過濾器，以進一步去除微小顆粒。沼氣火炬作為應急安全裝置，用于燃燒過剩的沼氣。

3.2沼氣干燥設備在沼氣凈化中所處的環節

沼氣干燥設備放置在沼氣脫硫設備之后，沼氣罐之前，除去沼氣中的水蒸氣，降低沼氣相對濕度，沼氣干燥之后，不宜產生稀硫酸腐蝕，減少H2S氣體對管道及沼氣罐等后續設備的腐蝕作用。

3.3安裝位置的選擇

沼氣干燥設備安裝的位置應滿足以下要求：

1.沼氣干燥設備必須安裝在通風條件良好的室外。

2.應避免某些設備組件被大氣腐蝕。

3.在H2S含量較高的地方應采用相應的防腐措施。

4.被安裝的位置應便于操作、維修、清理。

3.4沼氣干燥設備安裝圖紙設計

沼氣凈化系統通過采用兩臺沼氣干燥設備，一臺工作一臺備用，沼氣管道出入口應布置手動操作閥門，旁通管道的布置，安全操作距離等要求，安裝布置如下圖所示：

沼氣干燥設備入口處布置蝶閥，控制沼氣的進入，沼氣通過冷卻器進行風冷，使水蒸氣凝結為液態水，液態水通過冷水泵排出，沼氣出口安裝有管式熱交換器，控制沼氣溫度，沼氣干燥設備設有旁通管道，兩臺設備的旁通管道互聯，當干燥設備發生故障時，可關閉設備入口、出口蝶閥，打開旁通管道蝶閥，則可進行沼氣干燥設備的維修，而不影響沼氣凈化系統運行。

4結語

本人有幸參與了突尼斯蘇斯污水處理廠的設計、施工建設與生產調試等工作，目前系統運行正常;以上是工作中的一點心得累積，希望得到同行及專業人士的指點及幫助！