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餐厨垃圾处理厂沼气制取天然气工艺分析

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学社教育 发表于 2019-8-6 07:57 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
采用厌氧工艺后处理含大量有机物的废弃物,比如畜禽养殖业废弃物、城镇生活污水处理后的污泥、城镇生活垃圾及餐厨垃圾等,都可以产生沼气。沼气是由特定微生物在厌氧条件下降解有机物而产生的一种可燃气体。目前沼气资源化利用应用得比较广泛的技术主要有沼气净化制天然气和沼气发电。本文以城市餐厨垃圾处理厂产生的沼气为例,对沼气制取天然气工艺进行分析,并探讨其在工程实践中的应用前景及意义。
9 F. q2 O1 m( D* i
; ?( r. B! J( ^5 k0 M3 {# y表1、沼气与天然气成分比较; W4 h& n( R+ }$ y. M# U

. c* S( U  d% e# B' a, c' \8 @# [
成分
天然气
沼气
CH4  Vol%
85
55~70
CO2Vol%
0.89
30~45
C2H6Vol%
2.85
-
C3H8Vol%
0.37
-
C4H10Vol%
0.14
-
N2Vol%
14.35
-
O2Vol%
<0.5
-
H2Smg/m3
<5
0~15
NH3mg/m3
-
0~450
湿度
露点10℃
饱和
热值MJ/m3
32~35
20
$ R; E5 P6 O( g2 f: X+ m5 ~  W
由上表的沼气成分分析可知,利用沼气生产天然气,需作以下处理:
$ E3 }( ~. z0 {" s; T  {
; p: K4 H+ [$ w  X8 t1、水分去除:避免水分在设备气体管路中聚焦,和硫化氢结合会产生腐蚀性的酸溶液,引起腐蚀。
& ^2 T/ u8 _  h0 J! e4 R: q5 V$ b8 H% R1 I( i8 C! I( i
2、硫化氢去除:硫化氢具有毒性、腐蚀性,会腐蚀设备,且燃烧时生成二氧化硫造成污染,因此必须降低硫化氢浓度,直至满足生产设备及国家相关规范对二氧化硫排放限值的要求。# p9 Y8 A# n# b) s8 e- ^- H5 N

) u4 M" F* t  R: b3、二氧化碳去除:提高沼气的热值。
  n4 r/ z/ A" X8 ~& A7 B
- Q9 W9 ^+ G1 b$ L' U. Z) P
沼气产量估算

, \$ ?5 {& v* S7 `# l# g8 `  H6 T* [; k  b
根据类似工程经验及餐厨垃圾的理化性质,设计餐厨垃圾的成分如下表:
1 c' x" N$ W' U4 P, x7 ]$ J( T4 A( |3 ^# o
表2、餐厨垃圾成分0 F' d+ N$ u8 P$ h! N7 N. B) I

+ t, [1 _. b& r. x' L1 G  i
项目
数值(%)
TS
14.5
VS/TS
87
VS
12.62

3 ]) H3 k5 B: G! v' `- A( Y按照理论计算,每克VS可以产生1.867L沼气,VS占TS比例约12.62%,餐厨垃圾处理规模按200吨/天计,则沼气产生量为47123.08m3/d。上述为理论计算值,考虑实际生产情况,产生量系数取为0.27,则产气量为18849.23m3/d,相当于每吨餐厨垃圾产气约为63.6m3。
4 x! O1 k( H% C* L# B' _( M9 ~
  M% y) a$ ]9 b2 g
脱水、脱硫系统
6 K& b0 {8 ~% \% v

3 \3 W& b+ z5 k9 F+ ^水汽的去除主要在冷凝器中进行,从厌氧反应器出来含有饱和水汽的沼气在经过冷凝器时,其中所含水汽冷却凝结,达到干燥的目的。0 x. I2 b0 }7 y- }& ~4 s

1 d% i8 n5 o) c5 c) `H2S通过箱式脱硫设备去除,采用干法脱硫连续再生工艺。干法脱硫是在脱硫设备内装填一定高度的脱硫剂,沼气自下而上通过脱硫剂,H2S被去除,实现脱硫过程,其中脱硫剂以氧化铁为主要活性催化组分,并添加多种助催化剂与载体,在常温常压下通过催化作用去除H2S,脱硫率可达90%以上。处理净化后沼气中的H2S含量须低于200ppm。
% a; y8 N, X! G' T& Y4 n
5 t# n. s0 g! D3 U# Z1 E
脱碳系统

# x- Z3 y' X( G3 p* E3 e/ U" }# g7 I
变压吸附,是一个近似等温变化的物理过程,它是利用气体介质中不同组分在吸附剂上的吸附容量的不同,吸附剂在压力升高时进行选择性吸附,在压力降低时得到脱附再生。, W# c9 ~2 u9 J+ R: `

$ y6 N% @) n  J5 R沼气首先通过过滤器以去除气体中的颗粒物质;再被压缩进入无油压缩机,压力达到大约2~4bar;再经过一个用水冷却的冷却机以去除沼气压缩过程中产生的热;最后压缩后的沼气被输送到吸附床,在那里CH4与CO、H2S以及沼气中的其他成分分开。6 o* y" `/ q* J" X7 G8 K: f
/ n. k1 v4 C" G3 d
当吸附床饱和时,而且产气不能够再满足最低的天然气纯度时,吸附床须进行再生。吸附床的再生须要将床的压力从运行压力(2~4barg)降到大气压。利用一个通过微处理器控制的阀门管路来实现吸附床的在线和离线转换。
2 V# p$ s8 S8 n) v! n# U3 H
2 v% v* |! D  Z) h+ [沼气经过脱水、脱硫和脱碳系统处理,沼气的CH4含量达到90%以上,达到可以作为天然气利用的纯度后,通过沼气罐缓冲,由高压天然气运输车运送场外销售。$ S/ {& ^0 ^# V0 ^( W4 c
& }. r; a1 G5 `
利用餐厨垃圾厌氧发酵产生的沼气提纯生产天然气的工艺流程如下图:% X1 G- w$ C0 z

7 N% ~& e* n0 x" S% V  n8 e* s8 r
沼气生产天然气工艺流程图

6 ]. D4 O8 }! ?+ B) [& ]+ h* u3 G5 ~
环境学社3.jpg 4 _6 @, }- d  N4 f( I
6 @4 I9 J: O7 I3 A$ R0 n
效益分析

) O: E" Q8 S; x$ W
, h* U2 _# N5 L% n- H$ Q& Y2 B餐厨垃圾的数量及成分随季节变化而产生的波动较大,因而采用厌氧消化处理工艺的餐厨垃圾处理厂沼气产生量也不稳定。当沼气资源化利用方式采用沼气净化制天然气方式时,天然气产量随沼气产量变化而变化,生产运营比较灵活。
+ E: ?5 u3 c. e. x, V9 D6 {4 _6 L6 j% b$ b' Y0 w
餐厨垃圾处理(处理量按200吨/天计算)可产生沼气530.1m3/h,蒸汽锅炉的沼气耗量为201.4m3/h,热水锅炉的沼气耗量为135.7m3/h,则供制天然气用的沼气量为193.0m3/h。经过脱硫和变压吸附工艺的处理,假设甲烷平均浓度为55%,则得到天然气的量为:193.0×55%×90%(系数)=95.5m3/h,按天然气的价格约3.5元/m3计算,则每天收入95.5m3/h×24×3.5=8024.9元。
' ?; ^7 ?1 Q6 J, K- n- T
6 M$ t/ k9 M, _, Q沼气净化制取天然气,需采用脱硫、脱碳工艺,降低沼气中的H2S和CO2含量,提高CH4含量,提纯后的沼气含CH490%以上,成分与天然气近似,可以作为天然气使用。此外,沼气净化制天然气方式投资较小,且经济效益较好,值得被广泛推广使用。* H. m8 z0 U9 g, V. a' F( D

$ P& S9 `! R, G% M. B

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精彩评论1

 楼主| 学社教育 发表于 2019-8-6 08:23 | 显示全部楼层
为达到餐厨垃圾处理中实现减排的目的,该项目以沼气为纽带,利用沼气发酵,使餐厨垃圾变成沼气能源、复合有机肥产品。它的纽带作用是为农业生产安全粮食、绿色食品(蔬菜、水果)等提供优质的复合有机肥。
; [+ z: z/ l  ~* _  q) i9 t+ U6 @. `8 s8 h. ~
工艺采用“FBBR厌氧发酵生产沼气、沼气净化后发电供热、沼渣液作有机肥,多余沼渣作燃烧(用能)或脱水后直接作沼肥出售,多余沼液用于稀释餐厨垃圾或用BBR系统处理后达标排放”。1 }6 I) K9 X1 M8 R+ d1 L: k+ {

( T% b' Z) k9 F  Y
1 工艺路线
1 D: W& b! ^4 P! S" w& c- R
( v" W: C2 \# K+ v
环境学社3.jpg
* M8 l) O0 H# v' I! O4 T& f# x! u5 `5 K/ t9 N: G' D8 V
注:分检方法先采用水力分检,再二次人工分检出可回收物。
5 @  J: ]! E5 ~3 |, O4 Z
9 E* g% F  J( K, B# P沼气部分详细工艺流程如下:
6 r3 v% n: K' a( z: X1 d* S
; I" D1 F! \& o8 n8 i8 } 环境学社22.jpg
, P; o; t$ J9 X2 `& B  d9 @/ f1 H" S4 N. X# q" T$ D6 W( ?4 E6 I
2 沼气结构及结构简图
  y1 n( F$ X* D0 P+ O( H
1 ]0 E! g2 {5 D! k
分级分温发酵、压差式自动出液、太阳能和发电余热增温。每级反应器内采用连续动态下进上出形式进出料,渣液出口处设有渣液分离器,反应器内设有料液和热循环系统等装置。主体反应器的料液间现场浇注,反应器的上端气室部分及配套设备和构件采取工厂化制造,现场组装固定。在BBR内设有好氧酸化区和热交换器,利用太阳能、好氧发热、发电余热和出液余热给FBBR增温,FBBR反应器内分为接种区、仿生消化区和渣液粗分离循环区。系统结构采用分级分温动态仿生发酵,有效利用热能,发挥最佳效率。沼气输配装有增压、净化、恒压、安全等装置。& D0 ]+ j+ |( ~0 ?" x. \% g7 x8 Q

- j( _* D3 P6 @& Q  u( ?8 O% L" P沼气主体结构简图:4 V7 {( U& |# O5 @

0 T4 T5 H: K+ j4 Q* j, V6 a& r 环境学社24.jpg
% ~$ I/ D. Y, N( f8 P6 U3 R3 z; d+ m. t( _7 l6 K
1.日光温室  2.滤渣池  3.主池  4.集气口 5.集气储气罩 6.破壳喷管  7.输气管  8.调节池  9.进料口   10.保温被 11.水压式排气阀  12.电动排气阀  13.脱硫塔  14.脱水塔 15.压力探头 16. 16.太阳能集热器  17.设备间 18.增压机 19.增压器 20.阻火阀  21.沼气锅炉 22.控制柜 23.热水循环泵  24.加热管  25.菌床   26.回喷管  27.回喷泵  28.回液泵 29.破壳泵  30.好氧池  31.充气管  32.气泵  33.固液分离池(脱水池)
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