CN101428190A - 一种沼气净化方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种沼气净化方法及其系统，首先将压力控制在低于甲烷水合物生成的压力下，使二氧化碳和硫化氢生成水合物，然后将甲烷气体从沼气中分离出来；沼气净化系统有沼气分离罐6，沼气储罐1，在沼气分离罐6中储有液体水，沼气储罐1通过一装有阀门的管道与压缩机2连通，压缩机2通过一装有阀门的管道与沼气分离罐6连通，在沼气分离罐6内壁上盘绕有制冷管7，制冷管7的两端分别安装在位于沼气分离罐6之外的制冷机8上，在沼气分离罐6与甲烷储罐9之间由一装有阀门的管道连通，在沼气分离罐6上分别安装有沼气采样器A，压力传感器P，温度传感器T。

Description

一种沼气净化方法及其系统

技术领域

本发明涉及沼气的净化分离技术。

背景技术

沼气是一种优质、高效、绿色、环保的燃料，其主要成分为60～70％的甲烷、30～40％的二氧化碳、0.5～1.5％的硫化氢。二氧化碳是一种温室气体、影响沼气的燃烧效率；硫化氢是一种剧毒气体，它不但会造成管道和设备的腐蚀，而且会危及人们的健康。

目前普遍采用分步提纯的方法从沼气制取高纯度甲烷气，即先除去二氧化碳和硫化氢气体中的一种，最后除去剩余的另一种。普遍采用变压吸附法和水洗法的方法除去沼气中的二氧化碳。除去沼气中的硫化氢的方法主要有干法、湿法和生物脱除法等：干法常采用Fe₂O₃和活性碳作脱硫剂，湿法主要有碱液吸收和加压水洗等，生物脱硫需要培养专门的脱硫菌来除硫。

关于沼气净化分离方面的现有技术还有：

“民用沼气脱硫装置”(专利号ZL200320124021)，该装置由U型连通管构成。在U型连通管两根竖管上部均有上管口，上管口有管口盖盖封，两根竖管上部各有通气连接管连通管外，在U型连通管的底部，有底部管口，其上有管口盖盖封。

“民用沼气净化和稳压装置”(专利号ZL200320124023)，该装置集沼气脱水、脱硫和稳压于一体，脱硫器采用U形连通管，两根竖管上部有上管口，底部有底部管口，均有盖分别旋封，两根竖管上部各有通气连接管。气水分离器底部装有排水控制阀。稳压器采用弹簧、膜片、螺杆联动机构调整设定较优压力，保证输出沼气压力稳定，不受输入沼气压力波动而变化。

“水合物法处理水溶液的方法及装置”(专利号200510089108)，该专利采用上部设置有水合物生成元件的反应器，且该反应器被所述水合物生成元件分隔为上部的低压区和下部的高压区，待处理的水溶液置于该反应器中，液面与水合物生成元件不接触；水合物生成气被压缩至温度高于其水合物生成温度后通入反应器内，并从待处理水溶液中通过，夹带出水蒸气并与之在水合物生成元件上形成水合物；所形成的水合物在反应器上部的低压区分解，收集分离出的水，而处理后的浓溶液从反应器下部放出。

上述现有技术有的解决了沼气脱硫的技术问题，有的解决了沼气净化的民用化问题等。但由于二氧化碳和硫化氢气体物性差异较大，无法利用一种技术方法一次性同时除去硫化氢和二氧化碳，得到高纯度甲烷气。现有技术方法和装置不仅需要分步骤进行，工艺比较复杂，水资源消耗较大，分离效果不理想，使沼气的规模化工业应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于气体水合物法从沼气获得高纯甲烷气的方法和系统装置。

本发明的沼气净化方法，在相同温度下，首先将压力控制在低于甲烷水合物生成的压力下，使二氧化碳和硫化氢生成水合物，然后将甲烷气体从沼气的分离出来。

实现本发明方法的沼气净化系统，有沼气分离罐6，沼气储罐1，在沼气分离罐6中储有液体水，其特征在于沼气储罐1通过一装有阀门的管道与压缩机2连通，压缩机2通过一装有阀门的管道与沼气分离罐6连通，在沼气分离罐6内壁上盘绕有制冷管7，制冷管7的两端分别安装在位于沼气分离罐6之外的制冷机8上，在沼气分离罐6与甲烷储罐9之间由一装有阀门的管道连通，在沼气分离罐6上分别安装有沼气采样器A，压力传感器P，温度传感器T。

本发明的有益效果是：沼气中的甲烷、二氧化碳和硫化氢在相同温度下生成水合物时的压力存在很大差别。相同温度下，甲烷水合物生成压力最高，二氧化碳次之，硫化氢最低。通过控制水合物反应器中的压力，以保证硫化氢、二氧化碳在生成水合物的时候，甲烷气体不与水反应生成水合物，从而实现了甲烷气体从沼气的分离。本发明只需经过一次分离就可以得到高纯度的甲烷气，分离设备简单，分离技术可靠且成本低，便于大规模工业化生产。

附图说明

图1是本发明系统的结构图，附图标记及对应名称为：沼气罐1，压缩机2，阀门3，阀门4，阀门5，沼气分离罐6，制冷管7，制冷机8，甲烷储罐9，沼气采样器A，压力传感器P，温度传感器T。

具体实施方式

本发明的沼气净化方法，在相同温度下，首先将压力控制在低于甲烷水合物生成的压力下，使二氧化碳和硫化氢生成水合物，将温度和压力保持在二氧化碳水合物与硫化氢水合物维持相平衡的温度和压力，然后将甲烷气体从沼气中分离出来。

如图1所示，实现上述方法的沼气净化系统，在沼气分离罐6中储有液体水，沼气储罐1通过一装有阀门3的管道与压缩机2连通，压缩机2通过一装有阀门4的管道与沼气分离罐6连通，在沼气分离罐6内壁上盘绕有制冷管7，制冷管7的材质为金属，或者采用橡胶，或者采用塑料，制冷管7的两端分别安装在位于沼气分离罐6之外的制冷机8上，在沼气分离罐6与甲烷储罐9之间由一装有阀门5的管道连通，在沼气分离罐6上分别安装有沼气采样器A，压力传感器P，温度传感器T。

压缩机2为涡轮压缩机，或者风机压缩机，或者液压制动压缩机。制冷机8是蒸发式制冷机，或者吸收式制冷机，或者吸附式制冷机，或者喷射式制冷机。制冷管7的材质为铜。

本发明系统的工作过程为：首先打开阀门3，沼气从沼气储罐1进入压缩机2中，沼气被压缩后达到所要求的压力，打开阀门4压缩后的沼气进入沼气分离罐6，向沼气分离罐6中加入适量的阴离子表面活性剂，在一定的温度和压力下，沼气中的硫化氢、二氧化碳与水快速生成硫化氢水合物和二氧化碳水合物。沼气分离罐6中的温度和压力分别由压力传感器P和温度传感器T测定，通过控制装置(图1中未表示)自动调节沼气分离罐6中的温度和压力，使其保持在二氧化碳水合物与硫化氢水合物的相平衡温度和压力。由制冷机8通过制冷管7向沼气分离罐6中输送冷量，使得沼气分离罐6中的温度保持恒定。当沼气采样器A测得高纯度甲烷气时，打开阀门5，高纯度甲烷气体进入了甲烷储罐9中，将甲烷气保存起来以备后用。在沼气分离罐6中生成的二氧化碳气体和硫化氢的气体水合物在不同的温度和压力下可以分解，分别得到纯度较高的二氧化碳气体和硫化氢气体。

Claims (6)

1、一种沼气净化方法，其特征在于首先将压力控制在低于甲烷水合物生成的压力下，使二氧化碳和硫化氢生成水合物，然后将甲烷气体从沼气的分离出来。

2、根据权利要求1所述的沼气净化方法，其特征在于首先将压力控制在低于甲烷水合物生成的压力下，使二氧化碳和硫化氢生成水合物，将温度和压力保持在二氧化碳水合物与硫化氢水合物维持相平衡的温度和压力，然后将甲烷气体从沼气中分离出来。

3、实现权利要求1所述方法的沼气净化系统，有沼气分离罐(6)，沼气储罐(1)，在沼气分离罐(6)中储有液体水，其特征在于沼气储罐(1)通过一装有阀门的管道与压缩机(2)连通，压缩机(2)通过一装有阀门的管道与沼气分离罐(6)连通，在沼气分离罐(6)内壁上盘绕有制冷管(7)，制冷管(7)的两端分别安装在位于沼气分离罐(6)之外的制冷机(8)上，在沼气分离罐(6)与甲烷储罐(9)之间由一装有阀门的管道连通，在沼气分离罐(6)上分别安装有沼气采样器(A)，压力传感器(P)，温度传感器(T)。

4、根据权利要求3所述的沼气净化系统，其特征在于压缩机(2)为涡轮压缩机，或者风机压缩机，或者液压制动压缩机。

5、根据权利要求3所述的沼气净化系统，其特征在于制冷机(8)是蒸发式制冷机，或者吸收式制冷机，或者吸附式制冷机，或者喷射式制冷机。

6、根据权利要求3所述的沼气净化系统，其特征在于制冷管(7)的材质为铜。