強化解吸式沼氣提純及回收二氧化碳的工藝方法與流程

2023-06-12 19:03:01

本發明屬於環保及可再生能源領域，適用於餐廚垃圾、作物秸稈、禽畜糞便為底物厭氧消化所產生的沼氣製取生物天然氣，並回收二氧化碳。

背景技術：

在沼氣中，甲烷的含量一般在55％～65％，二氧化碳的含量一般在35％～45％，以及少量的其他雜質。以沼氣製取生物天然氣，就是通過各種方法將沼氣中影響熱值及使用安全的二氧化碳等雜質除去，得到甲烷含量在97％以上的生物天然氣。但現行的各種系統與工藝存在著各種問題，如甲烷損失大、二氧化碳難以回收利用、吸收劑再生不徹底、吸收劑再生過程中會引入空氣雜質等問題。

技術實現要素：

本發明提供了一種強化解吸式沼氣提純及回收二氧化碳的工藝方法，解決了現有工藝存在的甲烷損失大、二氧化碳難以回收、吸收劑再生不徹底等的問題。

上述問題究其本質是解析過程不徹底、需要強化解析，本發明通過以下技術方案解決上述技術問題：一種強化解吸式沼氣提純及回收二氧化碳的工藝方法，包括進氣緩衝罐，在進氣緩衝罐上連接有增壓引風機，在增壓引風機上連接有沼氣壓縮機，在沼氣壓縮機上連接有進氣換熱器，在進氣換熱器上連接有吸收塔，吸收塔出氣口與出氣穩壓凝水罐連接，吸收塔出水口經過沼氣壓縮機冷卻系統、進氣換熱器與甲烷回收塔連接，出氣穩壓凝水罐上連接有脫水裝置，甲烷回收塔出氣口與沼氣壓縮機連接，甲烷回收塔進水口裝有離心解吸裝置，甲烷回收塔出水口與二氧化碳回收塔連接，二氧化碳回收塔出氣口上連接有真空泵，二氧化碳回收塔出水口上連接有水泵，二氧化碳回收塔上連接有工業冷水機。

進一步，通過增壓引風機(2)將沼氣增加至10～50KPa後再進沼氣壓縮機(3)。

進一步，所述吸收塔(5)出水經過和沼氣壓縮機(3)內置冷卻氣缸的換熱過程，充分利用壓縮過程產生的熱量提升解析水的溫度，強化了後續解吸，同時省去了沼氣壓縮機(3)自身所需的冷卻環節。所述吸收塔(5)出水溫度在10～20℃，吸收塔(5)進氣溫度在20～25℃。

所述二氧化碳回收塔(10)出氣口真空泵(9)將二氧化碳回收塔抽至負壓狀態，進一步強化了解吸，真空度為-0.097～-0.087MPa，二氧化碳回收塔(10)出氣二氧化碳含量在95％以上。

本發明涉及到的方法有以下優點：產品氣甲烷含量高，甲烷純度在97％以上；換熱系統節能環保，沼氣壓縮機的冷卻水由吸收塔出水提供，冷卻進氣的同時也使出水溫度提高，有利於水的再生，初步強化了後續解吸過程；甲烷損失率低，甲烷損失接近0，甲烷回收塔的離心解吸裝置可以使損失的甲烷完全從水中脫出，再通過對塔壓力的調節使出氣的成分接近原料氣，回流到沼氣壓縮機入口處；原料氣中的二氧化碳可以回收利用，得到高純度的二氧化碳氣體，做到二氧化碳零排放，同時也使作為吸收劑的水徹底再生，系統通過真空泵使二氧化碳回收塔內成為負壓狀態，二氧化碳可以從水中完全釋放出來，且不會引入其他雜質，可以得到純度在95％以上的二氧化碳氣體。其優點是進一步強化了解吸過程，解吸地更徹底，同時使得吸收塔的吸收效率更高。

附圖說明

圖1是本發明的流程示意圖，圖中用虛線表示水路以示和氣路的區別。

圖中，1-進氣緩衝罐、2—增壓引風機、3—沼氣壓縮機、4—進氣換熱器、5—吸收塔、6—甲烷回收塔、7—離心解吸裝置、8—水泵、9—真空泵、10—二氧化碳回收塔、11—工業冷水機、12—出氣穩壓凝水罐、13—脫水裝置。

具體實施方式

強化解吸式沼氣提純及回收二氧化碳的工藝方法，包括進氣緩衝罐(1)，在進氣緩衝罐(1)上連接有增壓引風機(2)，在增壓引風機(2)上連接有沼氣壓縮機(3)，在沼氣壓縮機(3)上連接有進氣換熱器(4)，在進氣換熱器(4)上連接有吸收塔(5)，吸收塔(5)出氣口與出氣穩壓凝水罐(12)連接，吸收塔(5)出水經過沼氣壓縮機(3)冷卻系統、進氣換熱器(4)再與甲烷回收塔(6)連接，出氣穩壓凝水罐(12)上連接有脫水裝置(13)，甲烷回收塔(6)出氣口與沼氣壓縮機(3)連接，甲烷回收塔(6)進水口裝有離心解吸裝置(7)，甲烷回收塔(6)出水口與二氧化碳回收塔(10)連接，二氧化碳回收塔(10)出氣口上連接有真空泵(9)，二氧化碳回收塔(10)出水口上連接有水泵(8)，二氧化碳回收塔(10)上連接有工業冷水機(11)。

具體工藝流程為：

對原料氣進行增壓至10～50KPa，沼氣壓縮機進一步增壓到0.8～1.2MPa進入到進氣換熱器中。在沼氣壓縮機前加入增壓引風機，大大減輕了沼氣壓縮機的使用負擔，保證了穩定的進氣量，並在一定程度上降低了沼氣壓縮機的出氣溫度。

在沼氣壓縮機冷卻系統、進氣換熱器的作用下可以使進氣溫度降至20～25℃左右，提高了二氧化碳的吸收效率，縮短了系統的穩定時間，提高了產品氣甲烷的純度。沼氣壓縮機冷卻系統、進氣換熱器均與吸收塔出水管路連接，兩個冷卻系統的製冷水由吸收塔出水提供，吸收塔出水溫度在10～20℃。

經過進氣換熱器的原料氣在吸收塔內與作為吸收劑的水逆流傳質，出吸收塔經過出氣穩壓凝水罐與脫水裝置(常見為分子篩脫水裝置)，成為甲烷含量在97％以上的生物天然氣，其品質可以直接用作車用燃氣。

吸收塔的出水含有大量的二氧化碳以及部分損失的甲烷，通過壓力差經過進氣換熱器和沼氣壓縮機內置冷去氣缸，後再進入甲烷回收塔。水溫在換熱器中的換熱過程裡得到了提升，更有利於溶解氣體的脫出。

吸收塔出水進入甲烷回收塔後，在其內置的離心填料的作用下，甲烷氣體可以快速而完全從水中脫出，通過對甲烷回收塔壓力的調節，可以使甲烷回收塔出氣成分接近原料氣成分，再將出氣回流到沼氣壓縮機進氣口，完成對損失甲烷的回收。

甲烷回收塔的出水在壓力差的作用下進入二氧化碳回收塔。

真空泵使二氧化碳回收塔形成負壓狀態，在-0.097～-0.087MPa的真空度下，二氧化碳在水中的溶解度微乎其微，在二氧化碳回收塔內二氧化碳完全從水中釋放出來，與傳統的空氣吹脫再生水的方法相比，本方法不會引入空氣雜質，在徹底再生水的同時可以回收到純度在95％以上的二氧化碳氣體。

與二氧化碳回收塔塔釜相連接的工業冷水機降低了水溫，提高了二氧化碳吸收效率，提高了產品氣甲烷的純度。

徹底再生的水通過水泵再次進入吸收塔進行吸收傳質。