单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.,沼气组分及特性,沼气组分及其大致比例,（,1,）组分,问题：,沼气中甲烷含量主要受哪些因素影响？,参考：,Biogas from waste and renewable resources:P91,1.沼气组分及特性沼气组分及其大致比例（1）组分问题：沼气中,沼气的基本特性,1.,沼气组分及特性,沼气的基本特性1.沼气组分及特性,2.,沼气脱硫,脱除沼气中的,H,2,S,脱硫方法,化学法,生物法,硫细菌转化,H,2,S,为单质硫,干法,固体脱硫剂,湿法,液体脱硫剂,2.沼气脱硫脱除沼气中的H2S脱硫方法化学法生物法硫,2.1,干法脱硫,氧化铁脱硫,脱硫剂,适用条件：,沼气中,H,2,S,含量,150-7500mg/m,3,。,生物脱硫难以使,H,2,S,可以降低到,1.5mg/m,3,。,2.1 干法脱硫氧化铁脱硫脱硫剂适用条件：,2.1,干法脱硫,脱硫：,Fe,2,O,3,+3 H,2,S=Fe,2,S,3,+3 H,2,O,（,1,）原理,再生：,2Fe,2,S,3,+3O,2,=2Fe,2,O,3,+6S,（,2,）影响因素,温度：,最佳温度,20,40,，再生温度应低于,70,。,水分：,脱硫剂水分,10%,15%,。,最多可以再生,3,次,2.1 干法脱硫脱硫：Fe2O3+3 H2S=Fe2,（,3,）脱硫塔,脱硫塔内常用气体的线速度为,0.1,0.3m/s,，,当线速度下降时，通过气膜的传质能力亦下降，反之，会使脱硫效果提高，但同时会增加床层阻力。,2.1,干法脱硫,脱硫塔,（3）脱硫塔脱硫塔内常用气体的线速度为0.10.3m/s，,脱硫级数根据大中型沼气工程的实际情况及沼气中硫化氢的浓度范围确定：,一级脱硫：,H,2,S,在,2000mg/m,3,以下,二级脱硫：,H,2,S,在,2000,5000mg/m,3,三级脱硫：,H,2,S,在,5000mg/m,3,以上,沼气中,H,2,S,允许含量：,20mg/m,3,2.1,干法脱硫,脱硫级数根据大中型沼气工程的实际情况及沼气中硫化氢的浓度范围,2.2,湿法脱硫,特点：,碳酸钠吸收液呈碱性，在吸收酸性气体时，,pH,值不会很快发生变化，可保证系统的操作稳定性。,碳酸钠吸收法：,Na,2,CO,3,+H,2,S=NaHCO,3,+NaHS,优缺点：,优点是设备简单、经济；主要缺点是一部分碳酸钠变成了重碳酸钠而吸收效率降低，一部分变成硫酸盐而被消耗。,2.2 湿法脱硫特点：碳酸钠吸收液呈碱性，在吸收酸性气体时，,2.2,湿法脱硫,特点：,第一步是气体中硫化氢溶解于氨水，是一个物理溶解过程。第二步是溶解的硫化氢和氢氧化铵起中和反应，是一个化学吸收过程。,氨水法：,H,2,S+NH,4,OH=NH,4,HS+H,2,O,再生：,往含硫氢化铵的溶液中吹入空气，以产生吸收反应的逆过程，使硫化氢气体解吸出来。解吸后的氢氧化铵溶液经补充新鲜氨水后，继续用于吸收。,2.2 湿法脱硫特点：第一步是气体中硫化氢溶解于氨水，是一个,2.3,生物脱硫法,在有氧的条件下，通过硫细菌的代谢作用将,H,2,S,转化为,S,。主要通过无色硫细菌,(,发酵体系内普遍存在，无需接种）,完成该过程。,硫细菌及其表面的硫颗粒,适用条件：,沼气中,H,2,S,大于,3000mg/m,3,。,生物脱硫难以使,H,2,S,难以降低到,20mg/m,3,因此多与化学脱硫结合使用。,2.3 生物脱硫法在有氧的条件下，通过硫细菌的代谢作用将H2,生物脱硫系统工艺流程,2.3,生物脱硫法,生物脱硫系统工艺流程2.3 生物脱硫法,2.3,生物脱硫法,脱硫过程中充空气量对脱硫效果的影响,2.3 生物脱硫法脱硫过程中充空气量对脱硫效果的影响,3.,沼气脱水,（,1,）冷凝法,即在热交换系统中通过冷却器冷却气体而除去冷凝水。,（,2,）离心分离法,通过急速改变气流的运动方向产生离心力将水分从气体中分离。,离心式脱水装置原理图,3.沼气脱水（1）冷凝法（2）离心分离法 离心式脱水装,气水分离器中的导流片组件,气水分离器中的导流片组件,不同填料除雾器的操作范围,不同填料除雾器的操作范围,3.,沼气脱硅氧烷,几种常见的硅氧烷,约占含硅物质总量的,60,3.沼气脱硅氧烷 几种常见的硅氧烷约占含硅物质总量的60,硅氧烷燃烧形成的粉末,硅氧烷的危害：,导致燃烧设备结垢及磨损,3.,沼气脱硅氧烷,硅氧烷燃烧形成的粉末硅氧烷的危害：导致燃烧设备结垢及磨损3.,硅氧烷脱除方法：,（,1,）活性碳吸附,（,2,）低温冷却,（,3,）洗涤,3.,沼气脱硅氧烷,美国调查报告：,50,座污水处理厂沼气中硅氧烷平均浓度,38mg/m,3,瑞士热电机组行业允许的硅氧烷浓度：,10mg/m,3,德国的标准：,6mg/m,3,硅氧烷脱除方法：3.沼气脱硅氧烷 美国调查报告：50座污水,3.,沼气提纯,沼气提纯的目的：,替代天然气,沼气与天然气的差异：,（,1,）天然气,CH,4,的含量明显高于沼气，,CO,2,的含量远低于沼气,（,2,）天然气还含有一些高碳氢化合物，包括乙烷、丙烷、丁烷和戊烷,（,3,）沼气中,H,2,S,含量比天然气高,3.沼气提纯沼气提纯的目的：替代天然气沼气与天然气的差异：,3.,沼气提纯,燃气互换的要求：,互换时华白数的变化不大于,5%,10%,。,华白数：,在规定参比条件下的,体积高热值,除以在相同的规定计量参比条件下的,相对密度,的平方根。,华白数和相对密度与提纯气甲烷含量之间的关系,3.沼气提纯燃气互换的要求：互换时华白数的变化不大于5%,甲烷分子直径,3.8,，非极性分子，临界温度和压力为,-82.45,，,4.539MPa,CO,2,分子直径,3.4,，非极性分子，临界温度和压力,-20,，,1.9696MPa,，酸性气体,3.,沼气提纯,甲烷分子直径3.8，非极性分子，临界温度和压力为-82.4,3.,沼气提纯,沼气提纯方法,吸附,低温,沼气提纯,吸收,渗透,变压吸附法,加压水洗法,化学吸收法,物理吸收法,高压膜分离法,低压膜分离法,3.沼气提纯沼气提纯方法吸附低温沼气提纯吸收渗透变压吸附法,利用吸附剂对不同气体在,吸附量、吸附速度、,吸附力,等方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化的特性，在,加压,时完成混合气体的吸附分离，在,降压,条件下完成吸附剂的再生，从而实现气体分离的一种方法。,1),变压吸附法（,PSA,）,3.,沼气提纯,利用吸附剂对不同气体在1)变压吸附法（PSA）3.,3.,沼气提纯,不同形状的分子筛,3.沼气提纯不同形状的分子筛,PSA,工艺流程,3.,沼气提纯,PSA工艺流程 3.沼气提纯,3.,沼气提纯,PSA,设备,3.沼气提纯PSA设备,3.,沼气提纯,3.沼气提纯,2),加压水洗法,1 atm,条件下沼气主要成分在水中的溶解度,3.,沼气提纯,2)加压水洗法1 atm 条件下沼气主要成分在水中的溶解度3,加压水洗法工艺流程,3.,沼气提纯,加压水洗法工艺流程 3.沼气提纯,覆盖生物膜之前及之后的鲍尔环,3.,沼气提纯,覆盖生物膜之前及之后的鲍尔环 3.沼气提纯,3.,沼气提纯,集装箱式加压水洗提纯设备,3.沼气提纯集装箱式加压水洗提纯设备,氧气和氮气导致的生物甲烷气热值的下降可以被接受；,大中型沼气提纯工程；,生物甲烷气无需进一步压缩就可直接利用；,废气处理可提供沼气工程部分用热需求。,加压水洗工艺适用条件：,3.,沼气提纯,氧气和氮气导致的生物甲烷气热值的下降可以被接受；加压水洗工艺,3),化学吸收法,利用胺溶液将,CO,2,从沼气中分离的方法。胺溶液的再生通过加热完成。吸收和解吸过程所发生的化学反应如下：,CO,2,吸收反应：,RNH,2,+H,2,O+CO,2,RNH,3,+,+HCO,3,-,CO,2,解吸反应：,RNH,3,+,+HCO,3,-,RNH,2,+H,2,O+CO,2,3.,沼气提纯,3)化学吸收法利用胺溶液将CO2从沼气中分离的方法。胺溶液的,化学吸收法工艺流程,3.,沼气提纯,化学吸收法工艺流程3.沼气提纯,在下述情况下化学吸收法具有优势：,（,1,）需要高的,CH,4,回收率。,（,2,）需要生物甲烷气的纯度高。,（,3,）工程的规模属于大中型。,（,4,）生产的生物甲烷气无需压缩处理就可以直接在接近大气压的条件下应用。,（,5,）沼气厂有工艺废热可用于吸收剂再生。,3.,沼气提纯,在下述情况下化学吸收法具有优势：3.沼气提纯,4),膜分离法,以选择透过性膜为分离介质，利用沼气中个组分在气体分离膜中渗透速率的不同实现组分的分离。,气体分离膜材料主要有,聚二甲基硅氧烷,(PDMS),、聚砜,(PSF),、醋酸纤维素,(CA),、乙基纤维素,(EA),、聚碳酸酯,(PC),3.,沼气提纯,4)膜分离法 以选择透过性膜为分离介质，利用沼气中个组分在气,非对称膜和复合膜,3.,沼气提纯,非对称膜和复合膜3.沼气提纯,螺旋卷式膜元件,3.,沼气提纯,螺旋卷式膜元件3.沼气提纯,沼气膜分离工艺,3.,沼气提纯,沼气膜分离工艺3.沼气提纯,3.,沼气提纯,沼气膜分离设备,3.沼气提纯沼气膜分离设备,5),低温分离法,3.,沼气提纯,CO,2,的冻结温度,5)低温分离法3.沼气提纯CO2的冻结温度,步骤,1,：过滤器干燥气体。防止水分在下游的沼气压缩过程中凝结。,步骤,2,：沼气压缩。一级压缩提升到,0.8bar,，二级压缩增加到,1825bar,。,步骤,3,：系统除杂。冷却到,-25,，硅氧烷被浓缩分离。,步骤,4,：,催化剂将,H,2,S,转化为单质硫。,步骤,5,：,CO,2,液化。,步骤1：过滤器干燥气体。防止水分在下游的沼气压缩过程中凝结。,沼气提纯方法性能参数对比,3.,沼气提纯,沼气提纯方法性能参数对比3.沼气提纯,4.,沼气储存,4.沼气储存,双层膜储气柜,4.,沼气储存,双层膜储气柜,双层膜储气柜4.沼气储存双层膜储气柜,4.,沼气储存,4.沼气储存,4.,沼气储存,4.沼气储存,湿式储气柜,4.,沼气储存,无外部导轨,有外部导轨,湿式储气柜4.沼气储存无外部导轨有外部导轨,产气储气一体化装置,产气储气一体化装置,