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祝傳艮，劉志強(qiáng)，李德良
(山東勝利油田勝利動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司，山東東營(yíng)257032)
摘要：沼氣作為生物質(zhì)能源中的一種，已廣泛用于內(nèi)燃機(jī)電站發(fā)電。但是沼氣中H2S對(duì)內(nèi)燃機(jī)的腐蝕，嚴(yán)重制約了內(nèi)燃機(jī)的可靠使用。本文通過(guò)濕法脫硫技術(shù)對(duì)某淀粉廠消化沼氣進(jìn)行處理，并對(duì)脫硫前后的內(nèi)燃機(jī)部件消耗進(jìn)行了比較，證明了該方法的有效性和可行性，脫硫后的沼氣中硫化氫濃度低于200mg/Nm3，對(duì)沼氣內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用具有良好的保護(hù)作用。
1前言
沼氣中的有害物質(zhì)主要是硫化氫，根據(jù)消化反應(yīng)的原料的不同，每立方沼氣中硫化氫含量也不一樣，高的達(dá)到50g，低的也有幾百毫克。硫化氫在潮濕環(huán)境下對(duì)沼氣內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管道、中冷器、火花塞以及機(jī)油具有強(qiáng)烈的腐蝕性，燃燒后的硫?qū)ε艢夤?、消音器等設(shè)備也具有一定的腐蝕。所以沼氣在進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)之前必須將硫化氫脫除到合理范圍內(nèi)，才能使內(nèi)燃機(jī)可靠運(yùn)行。綜合國(guó)內(nèi)12V190沼氣內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用情況，只有當(dāng)沼氣中的硫化氫濃度低于200mg/Nm3時(shí)，內(nèi)燃機(jī)才能良好運(yùn)行。
沼氣脫硫采用的主要方法有干式氧化鐵法、濕式氧化法以及生物氧化法。傳統(tǒng)干式氧化鐵法工藝簡(jiǎn)單，脫硫劑來(lái)源廣泛，比較適用于低含硫沼氣。生物氧化法雖然優(yōu)于傳統(tǒng)的物理化學(xué)脫硫法，但是其控制條件比較苛刻，應(yīng)用較少。濕式氧化法處理氣量范圍較大，特別是對(duì)高含硫沼氣效果好，逐漸得到行業(yè)的重視。本文講述了濕法脫硫技術(shù)在沼氣內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用中對(duì)氣體處理的試驗(yàn)研究過(guò)程，并對(duì)脫硫前后的內(nèi)燃機(jī)部件進(jìn)行了比較。
2濕法脫硫技術(shù)簡(jiǎn)介
濕法脫硫技術(shù)是使氣體中的硫化氫在含有催化劑的液相中氧化成單質(zhì)硫的一種脫硫技術(shù)。該技術(shù)的流程比較簡(jiǎn)單，可以直接得到元素硫。主要用于處理二氧化碳濃度高的氣體進(jìn)行脫硫，比如沼氣。該技術(shù)的關(guān)鍵在于設(shè)備某些參數(shù)選擇是否符合實(shí)際需要。
2.1脫硫基本原理
在有催化劑參與下的脫硫，可分為兩個(gè)過(guò)程：吸收和再生。吸收過(guò)程主要發(fā)生在吸收硫化氫的脫硫塔內(nèi)。主要反應(yīng)如下
2.2濕法脫硫技術(shù)工藝流程
濕法脫硫技術(shù)工藝流程圖如圖1所示。
脫硫液以碳酸鈉作為堿源，總堿度為0.3～0.6N，NaHCO3：Na2CO3≥5且pH值為8.2～8.5；催化劑溶解后混入脫硫液。
工作時(shí)，含硫沼氣從脫硫塔底部進(jìn)入，與脫硫液逆向接觸，硫化氫被堿液吸收，凈化后的沼氣從塔頂排出。吸收硫化氫后的脫硫液變成富液，流經(jīng)富液槽，再被泵打入再生槽，與空氣混合進(jìn)行再生，其中硫以單質(zhì)形態(tài)浮于槽頂，溢流到硫膏槽。再生后的脫硫液變成貧液，恢復(fù)脫硫能力，經(jīng)貧液槽，再被泵循環(huán)進(jìn)入脫硫塔繼續(xù)脫硫。
3脫硫效果與影響因素
經(jīng)過(guò)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，影響脫硫效果的主要因素比較多。由于不同的環(huán)境條件，沼氣的成分也發(fā)生變化，其中對(duì)脫硫效果有影響的主要是硫和氣量的變化。下面主要講述濕法脫硫操作與脫硫效果的關(guān)系。
3.1碳酸鈉的濃度
碳酸鈉的濃度是脫硫操作的一項(xiàng)重要指標(biāo)。濃度越高，脫硫效果越好。但是，如果濃度過(guò)高，生成硫代硫酸鈉副反應(yīng)會(huì)加大。經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，脫硫液中的碳酸鈉含量宜保持在4.8～6.0g/L之間，其對(duì)應(yīng)的溶液pH值為8.2～8.5。
3.2溶液的催化劑濃度
根據(jù)催化劑在城市煤氣、焦?fàn)t氣、合成氣、天然氣等脫硫上經(jīng)驗(yàn)，在本試驗(yàn)中，保持催化劑濃度為5～20ppm，同樣實(shí)現(xiàn)了很高的脫硫效果，平均脫硫效率在98%左右。證明合理的催化劑濃度在沼氣脫硫上具有很好的經(jīng)濟(jì)性。
3.3助催化劑
由于脫硫設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的沼氣中硫化氫濃度高達(dá)25g/Nm3，雖然催化劑脫硫效果在98%左右，但是，脫硫后沼氣含硫仍然接近1g/Nm3，不符合后續(xù)的沼氣發(fā)電機(jī)組運(yùn)行要求。我們?cè)诿摿蛞褐醒a(bǔ)充了對(duì)苯二酚作為助催化劑。助催化劑添加量按照催化劑的兩倍使用，經(jīng)運(yùn)行比較，脫硫效果有所提高，處理后的沼氣中硫化氫濃度達(dá)到200mg/Nm3。
3.4再生時(shí)間
本套脫硫裝置最初設(shè)計(jì)時(shí)再生時(shí)間按8分鐘考慮，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)脫硫效率不到90%。經(jīng)檢測(cè)，溶液中含有較多的HS-離子，同時(shí)懸浮硫也很高。通過(guò)借鑒其它濕式氧化脫硫技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，將再生時(shí)間擴(kuò)大到15分鐘后，取得了良好的效果。
通過(guò)調(diào)試期間操作參數(shù)的不斷優(yōu)化，濕法脫硫效率達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。在本試驗(yàn)中，脫硫前沼氣平均含硫化氫在25g/Nm3左右，脫硫效率平均為97.2%。表1摘錄了試驗(yàn)記錄中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。
4脫硫前后沼氣內(nèi)燃機(jī)配件消耗對(duì)比
本研究在同一臺(tái)國(guó)產(chǎn)12V190沼氣內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)。通過(guò)一個(gè)月的運(yùn)行時(shí)間，對(duì)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行配件等進(jìn)行檢驗(yàn)、對(duì)比，發(fā)現(xiàn)采取濕法脫硫技術(shù)取得良好效果，特別是對(duì)內(nèi)燃機(jī)的保護(hù)方面。
表2列舉了采用脫硫技術(shù)前后的12V190發(fā)動(dòng)機(jī)單月配件消耗對(duì)比情況。
5結(jié)論
(1)合理控制濕法脫硫操作參數(shù)，可以保持99%以上的脫硫效率。
(2)采用濕法脫硫技術(shù)，在沼氣內(nèi)燃機(jī)應(yīng)用中，可以減少內(nèi)燃機(jī)部件消耗，降低運(yùn)行成本。
參考文獻(xiàn)：
[1]韋文虎，等.沼氣脫硫.能源研究與利用.1991，(2).
[2]朱世勇.環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術(shù). |
