一種淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法
2023-10-27 11:52:07 1
一種淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法
【專利摘要】本發明公開了一種淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，包括：沼氣增壓，將增壓後的沼氣自吸收塔的下部通入吸收塔至塔內的壓力達到0.3MPa～20MPa，再繼續通入沼氣，同時將吸收劑經吸收塔上部的噴嘴噴灑於塔中，使沼氣與吸收劑充分接觸以除去沼氣中的二氧化碳；吸收塔內的壓力為0.3MPa～20MPa，吸收劑和沼氣的流量之比為8～100kg/h：1Nm3/h；吸收劑是以膽鹼類低共熔溶劑或咪唑類離子液體中的至少一種作為有效成分的水溶液，有效成分的質量分數為5～90％。本發明能夠有效地脫除沼氣中的二氧化碳和硫化氫氣體，成品氣中甲烷的純度能夠達到95％。吸收劑能夠再生，再生效率達到95％以上。
【專利說明】-種淨化提純沼氣製備生物甲燒的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬氣體分離領域，設及一種淨化提純沼氣製備生物甲燒的方法，具體設及 使用一種W膽鹼類低共烙溶劑或咪挫類離子液體中的至少一種作為有效成分淨化提純沼 氣製備生物甲燒的方法。
【背景技術】
[0002] 沼氣是一種安全、清潔、可再生的能源，其主要成分是甲燒，約45?60%，二氧化 碳，約40?55%，還有少量的水、硫化氨、氮氣、氧氣等微量氣體。通過對低劣生物質（枯杆、 人畜糞便、生活垃圾等）厭氧發酵得到沼氣，通過對沼氣的淨化、提純可W得到應用價值更 廣泛的生物甲燒（甲燒含量大於97% )，可W廣泛應用於車用能源，化工原料等，該是改善 我國能源結構，解決環境問題的重要手段。
[0003] 目前廣泛使用的沼氣提純技術主要有水洗法、醇胺法和膜分離。水洗法的裝備成 本過高，並且吸收塔內容易滋生微生物；而醇胺法的吸收劑再生能耗較高，對於設備的腐蝕 也較為嚴重；膜分離法的甲燒損失比較大，對前期處理要求高，大型化存在一定的技術困 難。
[0004] 中國專利申請CN104083989 A公開了一種沼氣壓力水洗提純淨化的方法，主要設 備有；增壓裝置、緩衝罐、水洗塔、解析塔、乾燥器，該方法利用二氧化碳、硫化氨和甲燒在水 中的溶解度不同，依據物理吸附過程建造水洗塔，通過壓力水洗，除去沼氣中的二氧化碳和 硫化氨氣體。吸收效率不高，工業放大後的設備投資較大。
[0005] 中國專利申請CN102059037 A公開了一種從天然氣尾氣中提純二氧化碳的工藝， 用MEA(己醇胺）貧液來吸收二氧化碳，然後將二氧化碳釋放出來，將尾氣中的二氧化碳轉 化成液態的二氧化碳用於工業生產中。但是該方法中吸收劑的再生能耗較高。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是針對現有技術中水洗法裝置成本高和醇胺法吸收劑再生能耗高 的缺點，提供一種淨化提純沼氣製備生物甲燒的方法，該方法在提高吸收效果的同時，能夠 降低吸收劑的再生能耗，從而降低整個生物甲燒的製備成本。
[0007] 本發明的目的是通過W下技術方案實現的：
[000引一種淨化提純沼氣製備生物甲燒的方法，包括W下步驟：
[0009] (1)、沼氣增壓至 0. 3MPa ?20MPa ;
[0010] (2)、將增壓後的沼氣自吸收塔的下部通入吸收塔至吸收塔內的壓力達到 0. 3MI^a?20MPa，再繼續通入沼氣，同時將吸收劑經吸收塔上部的噴嘴噴灑於塔中，使沼氣 與吸收劑充分接觸W除去沼氣中的二氧化碳，除去二氧化碳的氣體經乾燥得到生物甲燒成 品氣；
[0011] 其中，吸收塔內的壓力為0. 3MPa?20MPa，所述的吸收劑和沼氣的流量之比為8? lOOkg/h ;lNmVh ;所述的吸收劑是W膽鹼類低共烙溶劑或咪挫類離子液體中的至少一種作 為有效成分的水溶液，所述的吸收劑中有效成分的質量分數為5?90%。
[0012] 作為本發明淨化提純沼氣製備生物甲燒的方法的進一步方案，步驟（2)中吸收了 二氧化碳的吸收劑進入閃蒸罐進行再生處理，閃蒸罐內壓力為0. 2?0. 5MPa，溫度為常溫 (15?30°C );當吸收塔壓力與閃蒸罐的壓差> 0. 5MPa時，吸收了二氧化碳的吸收劑在閃 蒸罐內再生處理除去二氧化碳，吸收劑再生效率達到95% W上；或當吸收塔壓力與閃蒸罐 的壓差< 0. 5MI^a時，吸收了二氧化碳的吸收劑在閃蒸罐內再生處理後，進入解析塔進行熱 再生處理除去二氧化碳，其中解析塔內壓力為0. IMpa，溫度為50?95°C，吸收劑再生效率 達到95% W上。
[0013] 步驟（1)中，根據沼氣中硫化氨的含量確定是否需要先進行脫除硫化氨處理，所 述的沼氣中硫化氨的含量> 80ppm時，沼氣在脫硫塔進行脫除硫化氨處理後再經增壓系統 增壓；所述的沼氣中硫化氨的含量< 80ppm時，沼氣直接經增壓系統增壓。
[0014] 步驟（2)中，所述的吸收塔內的溫度為常溫（15?30°C);所述的吸收塔內的壓力 優選為0. 6MI^a?2MPa，進一步優選為1. 2MPa?2MPa ;所述的吸收劑和沼氣的流量之比優 選為 15 ?40kg/h 進一步優選為 15 ?30kg/h
[0015] 所述的吸收劑中有效成分的質量分數優選為15%?50%。所述的吸收劑的有效 成分為膽鹼類低共烙溶劑或咪挫類離子液體的至少一種；所述的吸收劑中膽鹼類低共烙溶 劑和咪挫類離子液體的質量比為1 ;〇?4。
[0016] 所述的咪挫類離子液體的形式為[C"mim]技]，C。代表直鏈燒姪（n = 1、2、3)，X為 F(氣）、C1 (氯）、Br (漠）、I (艦）、BF4(四氣棚酸根）、PFe(六氣磯酸根）或TfsN(雙S氣 甲黃酷亞胺根）；所述的膽鹼類低共烙溶劑為A和B混合後形成，A為化C1 (氯化膽鹼）、 [Choline] [Pro](膽鹼脯氨酸）、[Choline] [Gly](膽鹼甘氨酸）、[Choline] [Ala](膽鹼丙 氨酸）、[化oline] [Lys](膽鹼賴氨酸）中的一種，B為urea (尿素）、EG (己二醇）或PEG (聚 己二醇）中的至少一種，所述的A和B的摩爾比為0. 1?5 ;1。
[0017] 所述的甲燒成品氣中邸4> 95%，C〇2《4%，HaS《40卵m。
[0018] 本發明還提供了一種用於淨化提純沼氣製備生物甲燒的系統，包括；脫硫罐、氣液 分離罐I、增壓系統、緩衝罐、吸收塔、閃蒸罐、解析塔、吸收劑循環累、吸收劑儲箱、氣液分 離罐I和乾燥罐；所述的脫硫罐的出口與氣液分離罐I的進口連接，所述的氣液分離罐I 的出口經增壓系統與緩衝罐下部的進口連接，所述的緩衝罐上部的出口與吸收塔下部的進 氣口連接，吸收塔的上部設有至少一層噴嘴，吸收塔頂部的出氣口經氣液分離罐I和乾燥 罐與甲燒收集裝置連接；所述的吸收塔底部的液體出口與閃蒸罐的吸收劑進口連接，所述 的閃蒸罐底部的液體出口與吸收劑儲箱連接，閃蒸罐下部的另一個液體出口與解析塔上部 的進口連接，解析塔頂部設有排氣口，解析塔底部的液體出口與吸收劑儲箱連接；所述的吸 收劑儲箱經吸收劑循環累與吸收塔的噴嘴連接。
[0019] 所述的淨化提純沼氣製備生物甲燒的系統至少設有兩個並聯的乾燥器。
[0020] 吸收塔的上部設有至少一層噴嘴用於噴淋吸收劑；吸收塔的頂部設有除霧器；在 吸收塔段的沼氣進氣管路上設有單向閥，在吸收塔的吸收液進液管路上設有微調閥；吸收 塔底部的液體出口設有調節閥；在所述吸收塔的出氣口處設有排氣閥。
[0021] 所述的閃蒸罐頂部設有出氣口和排氣口，閃蒸罐經出氣口與氣液分離罐I的進口 連接，在閃蒸罐的出氣口管路上設有單向閥，閃蒸罐的排氣口設有排氣閥用於排空氣體。根 據閃蒸罐內吸收劑再生產生的氣體的成分含量，決定是否需要將再生的氣體和原料沼氣混 合再進行淨化提純處理。
[0022] 所述的閃蒸罐底部的液體出口管路和閃蒸罐下部的另一個液體出口管路均設有 單向閥。
[0023] 和現有技術相比，本發明的有益效果：
[0024] 本發明通過構建一種沼氣淨化提純製備生物甲燒的方法，利用離子液體（膽鹼類 低共烙溶劑、咪挫類離子液體）水溶液作為吸收劑，離子液體穩定性好，對氣體有極大的溶 解性，能夠有效地脫除沼氣中的二氧化碳和硫化氨氣體，得到的成品氣中甲燒的純度能夠 達到95%。吸收劑能夠再生，再生效率達到95% W上，吸收劑再生能耗低，設備操作方便， 投資較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1為淨化提純沼氣製備生物甲燒的系統；
[0026] 圖1中，1-脫硫塔，2-氣液分離罐I ,3-增壓系統，4-緩衝罐，5-吸收塔，6-閃蒸 罐，7-解析塔，8-吸收及循環累，9-吸收劑儲箱，10-氣液分離罐II，11-乾燥罐I，12-乾燥 罐II。
[0027] 圖2為吸收塔內壓力、吸收劑中有效成分的含量對製備生物甲燒的影響。
[002引圖3為吸收劑和沼氣的流量之比對製備生物甲燒的影響。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0030] 如圖1所示，一種用於淨化提純沼氣製備生物甲燒的系統，包括；脫硫罐1、氣液分 離罐I 2、增壓系統3、緩衝罐4、吸收塔5、閃蒸罐6、解析塔7、吸收劑循環累8、吸收劑儲箱 9、氣液分離罐I 10和乾燥罐；所述的脫硫罐1的出口與氣液分離罐I 2的進口連接，所述 的氣液分離罐I 2的出口經增壓系統3與緩衝罐4下部的進口連接，所述的緩衝罐4上部 的出口與吸收塔5下部的進氣口連接，吸收塔的上部設有至少一層噴嘴，吸收塔5頂部的出 氣口經氣液分離罐I 10、兩個並聯的乾燥罐I 11、乾燥罐II 12和甲燒收集裝置連接；所述 的吸收塔5底部的液體出口與閃蒸罐6的吸收劑進口連接，所述的閃蒸罐6底部的液體出 口與吸收劑儲箱9連接，閃蒸罐6下部的另一個液體出口與解析塔7上部的進口連接，解析 塔7頂部設有出氣口，解析塔7底部的液體出口與吸收劑儲箱9連接；所述的吸收劑儲箱9 經吸收劑循環累8與吸收塔的噴嘴連接。
[0031] 吸收塔5的上部設有至少一層噴嘴用於噴淋吸收劑；吸收塔5的頂部設有除霧器； 在吸收塔5的沼氣進氣管路上設有單向閥，在吸收塔5的吸收液進液管路上設有微調閥；吸 收塔5底部的液體出口設有調節閥；在所述吸收塔5的出氣口處設有排氣閥。
[0032] 所述的閃蒸罐6底部的液體出口管路和閃蒸罐6下部的另一個液體出口管路均設 有單向閥。
[0033] 所述的閃蒸罐6頂部設有出氣口和排氣口，閃蒸罐6經出氣口與氣液分離罐I 2 的進口連接，在閃蒸罐6的出氣口管路上設有單向閥，閃蒸罐6的排氣口設有排氣閥用於排 空氣體。
[0034] 在操作時，由沼氣儲罐輸出的沼氣根據硫化氨含量確定是否需要經過脫硫罐1脫 除硫化氨，沼氣經增壓系統3增壓至0. 3MI^a?20MI^a後經緩衝罐4、自吸收塔5的下部通入 吸收塔5至塔內的壓力達到0. 3MPa?20MPa，再繼續通入沼氣，同時將吸收劑經吸收塔5上 部的噴嘴噴灑於塔中，在該過程中，維持塔內壓力在0. 3MI^a?20MPa，溫度15?30°C，使沼 氣與吸收劑充分接觸W除去沼氣中的二氧化碳，除去二氧化碳的氣體自吸收塔5頂部的出 氣口經氣液分離罐I 10、兩個並聯的乾燥罐I 11、乾燥罐II 12,最後輸送至甲燒收集裝置 作為甲燒成品氣；吸收了二氧化碳的吸收劑自吸收塔5底部的液體出口輸送至閃蒸罐6(壓 力為0. 2?0. 5MPa，溫度為15?30°C )進行再生處理，當吸收塔5壓力與閃蒸罐6的壓差 > 0. 5MI^a時，吸收了二氧化碳的吸收劑在閃蒸罐6內再生處理除去二氧化碳；當吸收塔5 壓力與閃蒸罐6的壓差< 0. 5MPa時，吸收了二氧化碳的吸收劑在閃蒸罐6內再生處理後， 進入解析塔7進行熱再生處理除去二氧化碳，其中解析塔7內壓力為0. IMpa，溫度為50? 95°C。再生處理後的吸收劑輸送至吸收劑儲箱9,再由吸收劑循環累8送吸收塔5。
[00對實施例1
[0036] 沼氣（甲燒55. 1 %，二氧化碳44. 6%，硫化氨2547ppm)經過脫硫罐1脫除硫化氨， 脫除硫化氨的沼氣（甲燒55. 1 %，二氧化碳44. 6%，硫化氨83ppm)通過增壓系統3增壓至 0. 8MPa，增壓後的沼氣經緩衝罐4、W 5NmVh流速自吸收塔5的下部通入吸收塔5直至塔內 的壓力達到0. 8MPa，再繼續W相同流速通入沼氣，同時將吸收劑（質量分數5 %的氯化膽鹼 和尿素水溶液，氯化膽鹼和尿素的摩爾比為1 ;2) W l(K)kg/h的流速輸送至吸收塔5,由塔 內上部的噴嘴噴灑於塔中，在該過程中，維持塔內壓力在0. 8MPa，溫度25?30°C，使沼氣與 吸收劑充分接觸W除去沼氣中的二氧化碳，除去二氧化碳的氣體經乾燥得到生物甲燒成品 氣，對生物甲燒成品氣進行成分分析。
[0037] 由吸收塔5底部出來的吸收劑經閃蒸罐6(壓力0. 4Mpa，溫度25?30°C )、解析 塔7(壓力0. IMpa，溫度為70°C )解析再生，再生後的吸收劑輸送至吸收劑儲箱9回用，吸 收劑再生效率為95 % W上。
[003引實施例2
[0039] 考察吸收塔內壓力、吸收劑中有效成分的含量對製備生物甲燒的影響。
[0040] 1、如表1，考察採用質量分數為5%的吸收劑（氯化膽鹼和尿素水溶液，氯化膽鹼 和尿素的摩爾比為1 ;2)時，吸收塔內壓力對製備生物甲燒的影響，其他條件與實施例1相 同。
[0041] 表1質量分數為5%的吸收劑在不同吸收塔內壓力條件下對製備生物甲燒的影 響
[0042]
【權利要求】
1. 一種淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，其特徵在於它包括以下步驟： (1) 、沼氣增壓至〇. 3MPa?20MPa ; (2) 、將增壓後的沼氣自吸收塔的下部通入吸收塔至吸收塔內的壓力達到0. 3MPa? 2〇MPa後，再繼續通入沼氣，同時將吸收劑經吸收塔上部的噴嘴噴灑於塔中，使沼氣與吸收 劑充分接觸以除去沼氣中的二氧化碳，除去二氧化碳的氣體經乾燥得到生物甲烷成品氣； 其中，吸收塔內的壓力為〇. 3MPa?20MPa，所述的吸收劑和沼氣的流量之比為8? 100kg/h :lNm3/h ;所述的吸收劑是以膽鹼類低共熔溶劑或咪唑類離子液體中的至少一種作 為有效成分的水溶液，所述的吸收劑中有效成分的質量分數為5?90%。
2. 根據權利要求1所述的淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，其特徵在於步驟（2)中 吸收了二氧化碳的吸收劑進入閃蒸罐進行再生處理，閃蒸罐內壓力為〇. 2?0. 5MPa，溫度 為15?30°C ;當吸收塔壓力與閃蒸罐的壓差多0. 5MPa時，吸收了二氧化碳的吸收劑在閃 蒸罐內再生處理除去二氧化碳；當吸收塔壓力與閃蒸罐的壓差< 0. 5MPa時，吸收了二氧化 碳的吸收劑在閃蒸罐內再生處理後，進入解析塔進行熱再生處理除去二氧化碳，其中解析 塔內壓力為〇? IMpa，溫度為50?95°C。
3. 根據權利要求1所述的淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，其特徵在於步驟（1)中， 所述的沼氣中硫化氫的含量多80ppm時，沼氣在脫硫塔進行脫除硫化氫處理後再經增壓系 統增壓；所述的沼氣中硫化氫的含量< 80ppm時，沼氣直接經增壓系統增壓。
4. 根據權利要求1所述的淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，其特徵在於步驟（2)中， 所述的吸收塔內的溫度為15?30°C ;所述的吸收塔內的壓力為0. 6MPa?2MPa ;所述的吸 收劑和沼氣的流量之比為15?40kg/h :lNm3/h。
5. 根據權利要求4所述的淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，其特徵在於所述的吸收 塔內的壓力為1. 2MPa?2MPa ;所述的吸收劑和沼氣的流量之比為15?30kg/h :lNm3/h。
6. 根據權利要求1所述的淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，其特徵在於所述的吸收 劑中有效成分的質量分數為15%?50%。
7. 根據權利要求1或6所述的淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，其特徵在於所述的 吸收劑中膽鹼類低共熔溶劑和咪唑類離子液體的質量比為1 :〇?4。
8. 根據權利要求7所述的淨化提純沼氣製備生物甲烷的方法，其特徵在於所述的咪唑 類離子液體的形式為[Cnmim] [X]，CV(^表直鏈烷烴，n = 1、2、3，X為氟、氯、溴、碘、四氟硼酸 根、六氟磷酸根、雙三氟甲黃醯亞胺根中的一種； 所述膽鹼類低共熔溶劑為A和B混合後形成，其中A為氯化膽鹼、膽鹼脯氨酸、膽鹼甘 氨酸、膽鹼丙氨酸、膽鹼賴氨酸中的一種，B為尿素、乙二醇或聚乙二醇中的至少一種，所述 的A和B的摩爾比為0. 1?5 :1。
9. 一種用於權利要求1所述的淨化提純沼氣製備生物甲烷的系統，其特徵在於包括： 脫硫罐、氣液分離罐I、增壓系統、緩衝罐、吸收塔、閃蒸罐、解析塔、吸收劑循環泵、吸收劑 儲箱、氣液分離罐I和乾燥罐；所述的脫硫罐的出口與氣液分離罐I的進口連接，所述的氣 液分離罐I的出口經增壓系統與緩衝罐下部的進口連接，所述的緩衝罐上部的出口與吸收 塔下部的進氣口連接，吸收塔的上部設有至少一層噴嘴，吸收塔頂部的出氣口經氣液分離 罐I和乾燥罐與甲烷收集裝置連接；所述的吸收塔底部的液體出口與閃蒸罐的吸收劑進口 連接，所述的閃蒸罐底部的液體出口與吸收劑儲箱連接，閃蒸罐下部的另一個液體出口與 解析塔上部的進口連接，解析塔頂部設有排氣口，解析塔底部的液體出口與吸收劑儲箱連 接；所述的吸收劑儲箱經吸收劑循環泵與吸收塔的噴嘴連接。
【文檔編號】C10L3/10GK104437008SQ201410715418
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】楊祝紅, 丁鍵, 陳義峰, 李崢, 馬春燕, 劉暢, 陸小華, 謝瑞傑, 袁聖娟 申請人:南京工業大學