CN101691320B - 从填埋气中提纯回收甲烷和二氧化碳的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从填埋气中提纯回收甲烷和二氧化碳的装置，该装置是将预处理后的填埋气经过一级变压吸附分离出甲烷和二氧化碳；包括预处理单元、一级变压吸附单元、多级变压吸附单元和二氧化碳提纯单元。本发明将垃圾填埋气分离提纯成CH4和CO2两种高纯度的产品气，充分利用了能源，可以防止填埋气直接排入大气导致的环境污染和温室效应；其工艺自动化程度高、具有结构紧凑、脱硫、脱水、提纯效果的特点。而且，该发明的装置中所设计的废气回流，实现了系统“零排放”。
Description
技术领域
本发明涉及混合气分离、净化和可再生能源回收利用领域，特别涉及一种从垃圾填埋气及各类沼气中提纯制取甲烷和二氧化碳的方法及其装置。
背景技术
随着我国城市人口的增加和人民生活水平的提高，城市垃圾的产生量不断增加。2000年，我国城市垃圾的产生量就已经接近了1.4亿吨，而且在以每年8％的速率增长。垃圾处理包括卫生填埋、焚烧处理、厌氧消化和好氧堆肥等多种方式，其中，卫生填埋是目前世界上应用最广泛的垃圾处理方法，目前我国95％以上的城市垃圾也还是利用填埋方法进行处置，而且考虑到中国的国情，在未来近十年中，填埋仍会是城市垃圾处理的主导方式。越来越多的垃圾进入填埋场势必会产生大量的填埋气体。
垃圾填埋场内的有机垃圾经厌氧分解后产生的填埋气（LFG）是一种具有污染性和爆炸危险性气体，其主要成分是（CH4）和二氧化碳（CO2），其中甲烷占45～60％，二氧化碳占40～60％，除此之外还包括氮气、氢气、硫化氢和一些微量组分。如果不对填埋气体加以收集处理和利用，任其直接排入大气，其中的有害气体在污染环境的同时还会加剧温室效应，而且在一定的条件下又是一种具有爆炸性的危险气体。同时，填埋气中含有的一种主要成分甲烷是利用价值极高的清洁燃料，具有很高的热值；另外一种主要成分二氧化碳提纯后也可以生产干冰等化工原料。
目前，填埋气的利用方式主要包括发电、生产城市燃气、车用燃料、热水蒸汽、化工原料、燃料电池等，然而，无论何种利用方式，都是仅针对填埋气中或甲烷或二氧化碳一种单一元素而言的，在提纯一种主要组分的同时浪费了另外一种主要组分。随着对填埋气利用的要求提高，杂质气体去除、提高甲烷回收率和填埋气的全量回收，有着明显的技术需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述情况，提供了一种从垃圾填埋气中同时回收提纯其两种主要组成成分——CH4和CO2的处理工艺及其装置，实现了垃圾填埋气的“零排放”。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种从填埋气中提纯回收甲烷和二氧化碳的方法，包括如下步骤：
（1）预处理后的填埋气经过一级变压吸附分离出甲烷和二氧化碳；
（2）分离出的甲烷经过二级或多级变压吸附进行深度提纯，获得成品甲烷；
（3）分离出的二氧化碳经过液化闪蒸或精馏进行提纯，获得成品二氧化碳。
进一步地，上述方法的步骤（1）中预处理的填埋气被压缩至0.3MPa～2.0MPa后，进入一级变压吸附过程。
进一步地，上述方法的步骤（2）中所述的二级或多级变压吸附中，二氧化碳作为解吸气返回到所述步骤（1）中的压缩工序，与原料气混合；步骤（3）中所述的闪蒸或精馏的回流气返回到所述步骤（1）中的压缩工序，与原料气混合。
进一步地，上述方法的步骤（1）、（2）中所述的每一级变压吸附的过程包括：每一个吸附床在一次循环中，均经过高压吸附、均压、逆放、降至常压和吸附剂再生过程。
进一步地，上述方法的步骤（2）中所述二级或多级变压吸附压力为0.3MPa～2.0MPa、吸附温度为10～40℃、吸附时间为50～500s。
针对上述方法，本发明还提供一种从填埋气中提纯回收甲烷和二氧化碳的装置，包括预处理单元、一级变压吸附单元、二级或多级变压吸附单元和二氧化碳提纯单元；其中，
预处理单元，由依次连接的脱硫装置、压缩装置和冷却装置脱除填埋气中的硫和杂质；
一级变压吸附单元，由多个并联组成的吸附塔分离甲烷和二氧化碳；
二级或多级变吸附单元，由多个并联组成的吸附塔深度提纯甲烷，其与所述一级变压吸附单元吸附塔的塔顶连通；
二氧化碳提纯单元，与所述一级变压吸附单元吸附塔的底部连通，对解吸获得的二氧化碳通过液化闪蒸或精馏装置提纯回收。
上述二级或多级变压吸附单元吸附塔的塔底与预处理单元中的压缩装置相通，以使塔底解吸气与原料气混合压缩；上述闪蒸或精馏装置与预处理单元中的压缩装置相通，以使废气回流后与原料气混合压缩。
进一步地，上述装置中的一级、二级或多级变压吸附单元，由单个吸附塔或多个吸附塔同时进行吸附操作；所述一级、二级或多级变压吸附单元由吸附塔、吸附塔与管道间连接的程控阀门组件以及PLC控制系统组成，并由PLC控制系统实现阀门的开启和关闭。
进一步地，上述装置中的二氧化碳提纯单元由依次连接的压缩装置、冷却干燥装置、冷凝液化器和闪蒸或精馏装置组成，闪蒸或精馏装置气体出口与所述预处理单元的压缩装置连通。
进一步地，上述装置中的二氧化碳提纯单元包括依次连接的致冷装置、液化装置和精馏塔；其中，液化装置与上述的一级变压吸附单元的尾部连接；所述精馏塔的塔顶安装冷凝装置和回流装置，使塔顶部分气体冷凝后沿回流装置出口进入所述精馏塔顶部进行回流，所述精馏塔底部设有再沸器和产品收集装置。
进一步地，上述装置中的一级、二级或多级变压吸附单元还包括1-4个均压罐。
本发明的优点和积极效果：
（1）本发明将垃圾填埋气分离提纯成CH4和CO2两种高纯度的产品气，充分利用了能源，可以防止填埋气直接排入大气导致的环境污染和温室效应；其工艺自动化程度高、安全可靠，操作方便，应用范围广，除填埋气外还适用于其他与填埋气组分类似的沼气。
（2）本发明集填埋气脱硫、脱水、甲烷提纯与深度提纯以及二氧化碳提纯回收于一体，具有结构紧凑、脱硫、脱水、提纯效果好的特点。特别是，本发明的方法和装置中所设计的废气回流，实现了系统“零排放”。
（3）本发明的提纯回收装置采用两级变压吸附，自控性高，系统稳定。
（4）与二氧化碳高压液化装置相比，本发明采用了低温低压液化装置，其具有投资少，操作弹性大，运行和维护费用低等优点。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图;
图2为本发明实施例的工艺流程图；
图3为本发明的成套装置组成结构框图；
图4为本发明的实施例的装置连接结构示意图；
图5为本发明的变压吸附设备单元的另一连接结构示意图。
具体实施方式
本发明的工艺流程可由图1表明，本发明利用变压吸附（PSA）技术，根据预处理后的填埋气LFG中CO2和CH4对吸附材料的吸附性的不同而从填埋气中提纯CO2，同时还可以回收CH4气体，达到“零排放”，是一种集节能与环保于一身的资源再生综合利用工艺。
本发明的基本工艺步骤包括：
（1）预处理：将经过脱硫除杂预处理的填埋气压缩；
（2）CH4和CO2的分离：压缩气体进入一级变压吸附进行分离提纯，首先对处理气进行高压吸附，从吸附塔塔顶将CH4含量约为70～90%的吸附气进入二级变压吸附进行提纯；然后，吸附塔内均压、逆放，降至常压，此时从塔底流出的解吸气中含有95%以上的CO2，余下的气体为N2及CH4；之后对装置抽真空，使得一级吸附单元的吸附剂得以再生；吸附剂再生也可以采用反吹、清洗的方式。
（3）CH4提纯回收：从吸附塔塔顶将CH4含量约为70～90%的吸附气进入二级或多级变压吸附进行深度提纯，获得纯度99%以上的CH4产品气。
（4）CO2提纯回收：从一级变压吸附单元吸附塔塔底流出的CO2解吸气，利用闪蒸或精馏除去其中的杂质组成，达到工业级CO2产品标准，获得液体CO2产品。本发明的提纯精制可采用现有技术中的任何适于CO2产品的液化闪蒸和精馏的方法和设备。
如图2所示，以一个具体实施例对本发明的方法作进一步说明。从垃圾填埋气中提取CH4和CO2的主要工艺过程如下：
（1）填埋气预处理：将抽取的垃圾填埋气首先进行过滤，然后脱硫，脱除原料气中的含硫气体以及部分水分、杂质颗粒、少量酸性气体和油脂。然后填埋气被压缩至0.3～2.0Mpa后，进入一级变压吸附单元：
（2）CH4和CO2的分离：一级变压吸附系统由2～8个吸附床组成的连续运转系统，吸附床层气体入口端装填活性碳或硅胶、分子筛以及碳分子筛中的一种或几种复合填装吸附剂。每个吸附床在一次循环中依次经历吸附、均压降、逆向放压、抽真空、均压升及最终升压步骤。在一级变压吸附系统中，首先对气体进行高压吸附，吸附压力为0.3～2.0MPa，吸附时间为50s～500s，从塔顶得到CH4含量为70～90％以上的吸附气；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到CO2含量为95％以上的解吸气；最后将一级变压吸附装置抽真空，使得一级吸附装置的吸附剂再生；
（3）CH4提纯回收：从塔顶流出的高含量CH4气体依次经过二级或多次变压吸附进行深度提纯，操作步骤和条件等同于一级变压吸附，该变压吸附系统根据处理要求可由2～8个吸附床组成的连续运转系统，床层中装填的活性炭或碳分子筛吸附剂，因此在PSA过程中设置有吸附、并流减压、逆放、抽真空以及终充步骤，进一步分离CO2，以提高CH4的回收率。该二级变压吸附的工艺条件同上述的一级变压吸附。CO2作为被吸附组分在解吸过程中，由塔底通过抽真空等手段得到释放。从塔顶得到纯度99％以上的CH4产品气；塔底排出的解吸气中含有大量的CO2，返回到预处理的压缩工序与原料气混和压缩，参与下一个循环；根据处理规模和技术指标的要求，针对分离后的CH4所采用的变压吸附脱碳的系统不限制上述的两级，还可进一步通过三级变压吸附单元进行CH4深度提纯；
（4）CO2提纯回收：从一级变压吸附单元吸附塔塔底流出的CO2浓度为95％以上的解吸气经压缩、冷却、干燥至液化后，利用闪蒸法除去其中的杂质组分，闪蒸后的CO2浓度可达99.9％，达到工业级CO2产品标准，闪蒸气回流至预处理的压缩工序与原料气混和。
在上述变压吸附过程中所使用的吸附剂可以是工业上常用的吸附剂:硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛以及它们中一种或几种的复合吸附剂，或者其它可以用于脱碳的改性吸附剂等等，或者其它的选择性吸附剂、特殊吸附材料。
上述的一级变压吸附、两级变压吸附或多级变压吸附的操作条件和程序基本相同，当CO2作为吸附质被吸附剂选择吸附，上述每一级变压吸附的具体工作过程如下：
（1）吸附过程
原料气自塔底进入吸附塔，在吸附压力下，选择吸附杂质气体，不被吸附的甲烷等气体作为净化气从塔顶排出。当吸附前沿（传质区前沿）到达吸附剂预留段的下部时停止吸附。
（2）均压降过程
吸附结束后，吸附床开始进入再生阶段。沿着吸附方向将塔内的较高压力的净化气放入已完成再生的较低压力的吸附塔中。该降压过程，可使塔内死空间的高压CH4气进入相应的塔为其升压，从而得以回收。根据吸附压力、吸附剂的处理能力、床层数目的情况，均压可以是一次或多次。
（3）逆放过程
降压过程结束后，这时CO2已开始从吸附剂中解吸出来，于是打开逆放程控阀，逆着吸附方向将吸附塔压力降至接近常压。逆放出的解吸气为高含量CO2。
（4）抽真空或吹扫过程
为了使床层内吸附剂再生更彻底，采用抽真空的方法进一步降低床层压力，吸附塔压力降至-0.04～-0.1MPa，残余的CO2及其它微量有机物杂质气体从床层中解吸出来进入到下一级变压吸附单元。
（5）均压升过程
均压升与均压降相对应，是床层死空间高压甲烷气的回收过程，同时为进入下一循环的吸附状态做准备。
（6）终充过程
经过均压升过程后，吸附塔压力逐渐接近吸附压力，这时用产品气对吸附塔进行最后的升压，直到使其达到吸附压力。经过以上步骤后，塔内吸附剂得到了完全再生，同时又重新达到了吸附压力，因而已可无扰动地转入下一次吸附。
针对上述从垃圾填埋气中提纯回收CH4和CO2的方法，如图3、4所示，本发明还提供一种从垃圾填埋气中同时提纯回收CH4和CO2的处理装置，主要包括预处理单元A、一级变压吸附单元B、二级或多级变压吸附单元C和二氧化碳提纯回收单元D。预处理单元A由脱硫塔1、原料气压缩机2、冷却器3和气液分离器4组成，各设备通过管道和阀门组件依次连接。脱硫塔1采用双塔并联，通过两塔中填装的脱硫剂，可实现填埋气中不同含硫杂质的同步脱除，原料气压缩机2通过管道和阀门与脱硫塔1出气口相连，用于提高气体压力达到后续处理工段的要求。压缩过程中，气体温度上升，不利于变压吸附的进行，故压缩机2后连接冷却器3，对气体进行降温，并配备气液分离器4，将填埋气中冷凝的水分分离。
气液分离器4气体出口与一级变压吸附单元B相连，一级变压吸附单元B包括2-8个并联的吸附塔变压吸附塔5、塔与管道间连接的程控阀门组件以及PLC（可编程序控制器)控制系统组成，各吸附塔5并列联接，根据时序要求安装若干程控阀门13，由PLC控制系统实现阀门的开启与关闭，吸附剂再生可选择反吹、清洗或抽真空的方式。如图5所示，上述变压吸附塔还可并联的1-4个均压罐14。上述一级变压吸附单元吸附塔5塔底流出尾气通过管道和阀门与二氧化碳提纯回收单元D相接，对塔底分离出的富含二氧化碳气体进行回收利用。该系统为填埋气中甲烷与二氧化碳初步分离装置。
二级变压吸附单元C同样为一组变压吸附塔6，吸附塔数量、程控阀门数量及安装方式同样依据处理要求的变化而变化，其各塔连接方式可以与一级净化单元相同或类似，与一级净化单元不同的是该单元吸附塔顶出气口与甲烷产品气罐连接，而与塔底排气口则连接原料气压缩机2入口。该单元为甲烷深度提纯装置。
二氧化碳提纯回收单元D由二氧化碳压缩机8、冷却器9、干燥器10、冷凝液化器11、闪蒸罐或精馏塔12组成顺次连接而成，连接方式为压缩机8入口与一级变压吸附单元尾部吸附塔5塔底排气口相连，出口依次连接冷却器9、干燥器10和冷凝液化器11；其中干燥器10采用双塔分子筛吸附剂轮流间歇干燥，其中一塔干燥CO2气体，另一塔脱水再生，从而形成连续稳定的干燥体系，有利工艺生产稳定运行；冷凝液化器11采用低温低压的冷却方式，冷凝液化气后配备闪蒸罐或精馏塔12，液体二氧化碳进入储罐，并通过输液泵进入槽车运输到用户，也可通过增压泵升压充罐入高压钢瓶成高压液体二氧化碳产品，而废气则可沿气闪蒸罐或精馏塔12气体出口与原料气压缩机2入口的连接管道，进行回流。
采用精馏法提纯时，上述的二氧化碳提纯单元还可以采用另一种提纯设备，其包括依次连接的致冷装置、液化装置和精馏塔；其中，液化装置与上述的一级变压吸附单元的尾部连接，使二氧化碳净化气由致冷装置提供的冷量在液化装置中液化，并由精馏塔进行深度提纯；所述精馏塔的塔顶还安装冷凝装置和回流装置，使塔顶部分气体冷凝后沿回流装置出口进入所述精馏塔顶部进行回流，所述精馏塔底部安装有再沸器，加热情况下使液体部分气化。精馏提纯后的液体二氧化碳由精馏塔底部进入二氧化碳产品罐进行收集。
采用现有技术中的常用手段，将上述各部件通过不同管径和不同类型的阀门连接，并配备流量计、磁性液位计、一体化温度变送器、压力变送器、自动分析器、压力表、温度表等。上述的每一级变压吸附单元由一组变压吸附塔、吸附塔与管道间连接的程控阀门组件以及PLC（可编程序控制器)控制系统组成，各塔并列连接，根据时序要求安装若干程控阀门13，并由PLC控制系统实现阀门的开启和关闭，完成吸附和再生操作。
本实施例的工作过程为：
采集的垃圾填埋气进入脱硫塔1，在脱硫剂的作用下，气体中的H2S和有机硫及部分水分、杂质颗粒、少量酸性气体和油脂被脱除。脱硫后的气体经脱硫塔塔顶进入原料气压缩机2，压缩机将气体压缩到0.3MPa～2.0MPa，以达到后续变压吸附提纯工艺的要求。在压缩过程中，气体温度上升，由于高温不利于吸附过程的进行，因此有必要对气体进行降温处理，故压缩机2与冷却器3连接。冷却器3可采用水冷换热或其他方式，将压缩气体温度降到30℃～40℃左右。冷却后的气体进入气液分离器4，将部分冷凝的水分脱除，气液分离器4可采用常见的折流板式分离器也可是其他类型。由气液分离器分离出的混合气体进入一级变压吸附的吸附塔5，主要目的为脱除填埋气中的水分、二氧化碳及一些重烃类杂质。该装置由一组吸附塔、塔与管道间连接的程控阀门组件以及PLC控制系统组成，吸附塔中装填一种或多种吸附剂，通过PLC控制系统控制吸附塔顶和塔低的程控阀门的开启和关闭，吸附塔依次完成完成吸附、均压降、逆放、抽真空（也可采用反吹或清洗方式）、均压升和终充的操作。几个吸附塔在时间上互相错开，交替吸附即可实现连续分离提纯甲烷气的目的。从塔顶出来的净化器进入二级变压吸附的吸附塔6，而再生气则进入二氧化碳提纯回收装置。其中，二级变压吸附单元C与一级变压吸附单元B组成相同，只是根据处理要求，吸附塔数量和程控阀门及操作工序略有不同。从二级变压吸附塔顶出来的甲烷气体，纯度已非常高，可达到天然气利用标准或高纯甲烷利用的要求；二级吸附塔底的再生气由罗茨风机7送到原料压缩机2入口继续回收利用。经一级变压吸附进入二氧化碳回收装置的富含二氧化碳的解吸气，首先由二氧化碳压缩机8压缩至2.5MPa或3.0MPa后进入冷却器9冷却处理，降至30℃，然后由干燥器10进一步除去其中的水分。经上述处理后的富含二氧化碳解吸气在冷凝液化器11中降温至-20℃或-8℃，此条件下解吸气中的二氧化碳被液化，而其中残存的甲烷等依然为气态，进而由闪蒸罐或精馏塔12将两相分离，液体二氧化碳进入储罐，并通过输液泵进入槽车运输到用户，也可通过增压泵升压充罐入高压钢瓶成高压液体二氧化碳产品，而废气则可沿闪蒸罐或精馏塔气体出口由罗茨风机7送入原料气压缩机2入口进行回流。
结合上述提纯方法和设备，提供下列实施例作进一步的说明。
实施例1.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为0.3MPa，吸附时间为50s（秒），则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为70％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为95.2％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.2％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例2.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为0.3MPa，吸附时间为150s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为72％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为95.2％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.1％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例3.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为0.3MPa，吸附时间为280s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为73％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为96％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.3％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例4.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为0.3MPa，吸附时间为400s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为73％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为96.5％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.3％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例5.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为0.3MPa，吸附时间为500s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为75％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为96.8％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.5％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例6.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为1.2MPa，吸附时间为50s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为73％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为96.2％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.3％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例7.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为1.2MPa，吸附时间为150s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为78％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为96.5％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.5％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例8.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为1.2MPa，吸附时间为280s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为80％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为97.0％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.6％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例9.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为1.2MPa，吸附时间为400s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为81％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为97.0％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.6％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例10.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为1.2MPa，吸附时间为500s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为84％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为96.7％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.7％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入精馏塔，精馏得到99.995％的CO2产品气，精馏塔顶部分蒸气冷凝回流至塔内，部分回流原料压缩机前。
实施例11.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为2.0MPa，吸附时间为50s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为79％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为97％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.6％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例12.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为2.0MPa，吸附时间为150s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为84％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为97.4％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.7％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例13.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为2.0MPa，吸附时间为280s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为87％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为97.8％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.8％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例14.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为2.0MPa，吸附时间为400s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为88％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为98.0％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.8％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
实施例15.
经脱硫、压缩、过滤等预处理后的填埋气进入一级变压吸附单元，高压吸附的吸附压力为2.0MPa，吸附时间为500s，则从塔顶得到的吸附气中CH4含量为90％（余为N2、O2）；然后均压、逆放，降至常压，从塔底得到的解吸气中CO2含量为98.5％（余为N2、O2及CH4）。塔顶流出的高含量CH4气体进入二级/多级变压吸附单元，得到纯度99.9％的CH4产品，尾气回流；塔底流出的高含量CO2气体经压缩、冷却至液化，进入闪蒸罐，闪蒸得到99.9％的CO2产品气，闪蒸气回流。
以上通过示例性实施例的方式对本发明进行示例性的说明，但本发明并不局限于此。应该理解为，在不偏离本发明的构思、工作原理的情况下，以上实施例中的工艺过程、控制条件和装置可通过本技术领域人员知悉的其它替换或等同手段来替换。
Claims (3)
1.一种从填埋气中提纯回收甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：包括预处理单元、一级变压吸附单元、多级变压吸附单元和二氧化碳提纯单元；其中，
预处理单元，由依次连接的脱硫装置、压缩装置和冷却装置脱除填埋气中的硫和杂质；
一级变压吸附单元，由多个并联组成的吸附塔分离甲烷和二氧化碳；
多级变压吸附单元，由多个并联组成的吸附塔深度提纯甲烷，其与所述一级变压吸附单元吸附塔的塔顶连通；
二氧化碳提纯单元，与所述一级变压吸附单元吸附塔的底部连通，对解吸获得的二氧化碳通过液化闪蒸或精馏装置提纯回收；所述二氧化碳提纯单元由依次连接的压缩装置、冷却干燥装置、冷凝液化器和闪蒸或精馏装置组成，闪蒸或精馏装置气体出口与所述预处理单元的压缩装置入口连通；所述冷却干燥装置中的干燥器采用双塔分子筛吸附剂轮流间歇干燥，其中一塔干燥CO2气体，另一塔脱水再生，以形成连续稳定的干燥体系；
上述多级变压吸附单元吸附塔的塔底与预处理单元中的压缩装置相通，以使塔底解吸气与原料气混合压缩；上述闪蒸或精馏装置与预处理单元中的压缩装置相通，以使废气回流后与原料气混合压缩。
2.根据权利要求1所述的提纯回收甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：一级或多级变压吸附单元中，由单个吸附塔或多个吸附塔同时进行吸附操作；所述一级或多级变压吸附单元由吸附塔、吸附塔与管道间连接的程控阀门组件以及PLC控制系统组成，并由PLC控制系统实现阀门的开启和关闭。
3.根据权利要求1或2所述的提纯回收甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：所述一级或多级变压吸附单元还包括1-4个均压罐。
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