CN101724479B - 一种沼气变压吸附提浓的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种沼气变压吸附提浓的方法。将沼气经压缩机压缩至0.35～0.7MPa，在常温下从上而下通过吸附塔，在吸附阶段将沼气中的二氧化碳吸附在吸附剂上，出气即为提浓的生物天然气，吸附阶段结束后，吸附剂进行降压，然后用真空泵抽真空，将吸附剂吸附的二氧化碳放出，吸附剂得到再生，用于下一个吸附阶段，循环使用。本发明的目的是将沼气中的二氧化碳和杂质除去，使甲烷含量提高至95％以上，达到天然气组分的要求，扩大沼气的用途，提高沼气的使用价值，提高沼气在市场上的竞争力，本发明具有明显的经济、社会、环境效益。
Description
技术领域
本发明属于新能源利用技术领域，具体地说是一种沼气变压吸附提浓的方法。
背景技术
随着石花燃料的缺乏，开发二次能源已成为世界各国的主要发展战略，国家在“十一五”规划中把发展可再生能源提到了一个新高度。近年来畜禽养殖业迅猛发展，并逐步形成系列化、专业化生产，与此同时也带来了一系列的环境问题。据监测，养殖场废水的COD超标50～60倍，BOD超标70～80倍，SS超标12～20倍，若未经处理就地排放，则将在周边环境形成严重的污染面源。在这种形势下国内养殖业污染控制迫切需要经济实用的技术支持以使畜禽养殖场粪污向无害化、减量化、资源化方向发展，农村沼气建设受到国家高度重视。
农村沼气建设直接产品是沼气，沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷(CH4)，甲烷在沼气中的含量55％；其次是二氧化碳(CO2)40％；此外还有其它气体，如硫化氢、一氧化碳、氮气、水蒸气等。沼气与天然气组分相差很大，天然气甲烷含量达96％，热值达33500kJ/m3，而沼气热值只有天然气的50％还不到，这就限制了沼气的用途，作为管道输送是一种优质清洁的燃料，用于照明、民用和商业灶具、工业热源、沼气发电等用途，可替代秸秆、薪柴、煤炭等。天然气用途更为广泛，除了沼气所有的用途外，天然气也可用作化工原料。以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20个品种，经二次或三次加工后的重要化工产品则包括甲醛、醋酸、碳酸二甲酯等50个品种以上。天然气可用作汽车燃料，其一氧化碳、氮氧化物与碳氢化合物排放水平都大大低于汽油、柴油发动机汽车，不积碳，不磨损，运营费用很低，是一种环保型替代能源。
目前，国内沼气只做为农村灶具燃料使用，用途不广，使用价值低，尚未开展沼气提浓工作，沼气提浓只是刚起步，在发展可再生能源提到了一个新高度的新形势下，沼气提浓具有一定前途。
发明内容
本发明的目的是提供一种沼气变压吸附提浓的方法，将农业生态产生的沼气最大限度地利用，有利于生态循环和可持续发展。
本发明为三床六步工艺，将沼气经压縮机压缩至0.35～0.7mpa，在常温下通过吸附塔，在吸附阶段将沼气中的二氧化碳吸附在吸附剂上，出气即为提浓的生物天然气，吸附阶段结束后，吸附剂进行降压冲洗，将吸附剂吸附的二氧化碳析出，吸附剂得到再生，用于下一个吸附阶段，循环使用。
本发明的原理：利用固态吸附剂对沼气中的二氧化碳、甲烷、一氧化碳、氮气等组分在吸附剂上的平衡吸附量、扩散速率的差异以及吸附量随压力升高而增加，随压力降低而减少的特性。在加压条件下完成沼气中二氧化碳的吸附和甲烷提浓过程。在减压条件下二氧化碳解析而放出，吸附剂完成再生过程。从而达到沼气组分分离提浓，吸附剂再生的循环过程。
本发明通过压縮机、三个并联的吸附塔和缓冲罐等设备称三床流程来实现。
本发明每个吸附塔依次经历以下六个步骤：
第一步吸附：在0.35～0.7mpa，温度为常温下进入吸附塔(C2a)，沼气中大部分二氧化碳被吸附剂吸附，其它组分即为生物天然气排出至生物天然气贮罐H3内，吸附30分钟。
第二步均压：关C2a塔的V1a和V2a阀，与已再生的处于低压的C2c塔用Vc3相连，相连后的平均压力約为原来压力的一半，此时C2a塔的吸附前沿向前推进，但仍未达到出口，均压气体的纯度和产品气基本一样，不影响产品气质量，均压5分钟，累计35分钟。
第三步顺向放压：C2a塔的气体用V4a节流到低压贮罐H4内，用来冲洗已经逆向放压的C2b，顺向放压的压力控制到吸附前沿刚好到达C2a出口而尚未穿透为止。此步排出的气体杂质含量比产品气高，基本上还尚属纯的，作为冲洗气。顺向放压10分钟，累计45分钟。
第四步逆向放压：C2a塔的剩余压力打开V5a阀，将压力降低至常压，将吸附剂吸附的二氧化碳排出。逆向放压10分钟，累计55分钟。
第五步冲洗：利用产品气贮罐H3的气体，开V6a和V4a阀，按顺压放气流程，将部分产品气进入C2a冲洗剩余二氧化碳，冲洗气进入低压贮罐H4，进入压縮机进口回收。冲洗20分钟，累计75分钟。
第六步冲压：冲洗完毕，关V6a和V4a阀，开V6a阀，用贮罐H4产品气冲压，以备用。冲压5分钟，累计80分钟。
本发明的方法将沼气中的二氧化碳和杂质除去，回收率88％以上，甲烷含量提高至95％以上，达到天然气组分的要求，扩大沼气的用途，提高沼气的使用价值，提高沼气在市场上的竞争力。本发明操作简单，投资省，具有明显的经济、社会、环境效益。
本发明具有的优点及效果：
1、沼气提纯将沼气生产企业和沼气使用单位分开，解决了管线长距离输送的困难问题。
2、增加了沼气的使用范围，可开发化工产品，可作车用天然气气源。
3、沼气提纯为广大用户提供了高品质的生物天然气，使沼气能量利用率大幅提高。
4、提高了沼气的使用价值，同时也提高了沼气的价格，大大提高了沼气装置的经济效益。
5、生物天然气的原料来源于当地，充分利用了本地资源，推动了本地的经济发展。
6、本发明具有操作简单，投资少的特点。
附图说明
图1是本发明的沼气变压吸附提浓流程框图。
图2是本发明的三床变压吸附沼气提浓流程。
图3是本发明的三床六步沼气提浓时序分配图。
具体实施方式
实施例1：
如图1和图2所示，本发明通过压縮机、三个并联的吸附塔和缓冲罐等设备称三床流程来实现。
每个吸附塔依次经历以下六个步骤：
第一步吸附：在0.35～0.7mpa，温度为常温下进入吸附塔(C2a)，沼气中大部分二氧化碳被吸附剂吸附，其它组分即为生物天然气排出至生物天然气贮罐H3内，吸附30分钟。
第二步均压：关C2a塔的V1a和V2a阀，与已再生的处于低压的C2c塔用Vc3相连，相连后的平均压力約为原来压力的一半，此时C2a塔的吸附前沿向前推进，但仍未达到出口，均压气体的纯度和产品气基本一样，不影响产品气质量，均压5分钟，累计35分钟。
第三步顺向放压：C2a塔的气体用V4a节流到低压贮罐H4内，用来冲洗已经逆向放压的C2b，顺向放压的压力控制到吸附前沿刚好到达C2a出口而尚未穿透为止。此步排出的气体杂质含量比产品气高，基本上还尚属纯的，作为冲洗气。顺向放压10分钟，累计45分钟。
第四步逆向放压：C2a塔的剩余压力打开V5a阀，将压力降低至常压，将吸附剂吸附的二氧化碳排出。逆向放压10分钟，累计55分钟。
第五步冲洗：利用产品气贮罐H3的气体，开V6a和V4a阀，按顺压放气流程，将部分产品气进入C2a冲洗剩余二氧化碳，冲洗气进入低压贮罐H4，进入压縮机进口回收。冲洗20分钟，累计75分钟。
第六步冲压：冲洗完毕，关V6a和V4a阀，开V6a阀，用贮罐H4产品气冲压，以备用。冲压5分钟，累计80分钟。
其中吸附剂为活性炭，沼气量50m3/h，操作压力0.7mpa，操作温度25℃，吸附塔规格：φ400mm，高3800mm。
实施例2：
每个吸附塔依次经历的六个步骤与实施例1相同。
其中吸附剂为5A分子筛，沼气量100m3/h，操作压力0.35mpa，操作温度30℃，吸附塔规格：φ500mm，高3800mm。
实施例3：
每个吸附塔依次经历的六个步骤与实施例1相同。
其中吸附剂为13X分子筛，沼气量100m3/h，操作压力0.35mpa，操作温度30℃，吸附塔规格：φ400mm，高3800mm。
Claims (2)
1.一种沼气变压吸附提浓的方法，其特征在于主要通过压縮机、三个并联的吸附塔和缓冲罐设备来实现，每个吸附塔依次经历以下六个步骤：
第一步吸附：在0.35～0.7mpa，温度为25～30℃下进入第一吸附塔C2a，沼气中大部分二氧化碳被吸附剂吸附，其它组分即为生物天然气排出至生物天然气贮罐H3内，吸附30分钟；
第二步均压：关第一吸附塔C2a吸附操作的阀门V1a和阀门V2a，与已再生的处于低压的第三吸附塔C2c用阀门V3c相连，相连后的平均压力0.17～0.35mpa，此时第一吸附塔C2a的吸附前沿向前推进，但仍未达到出口，均压5分钟，累计35分钟；
第三步顺向放压：第一吸附塔C2a的气体用阀门V4a节流到低压贮罐H4内，第一吸附塔压力为0.05mpa用来冲洗已经逆向放压的第二吸附塔C2b，顺向放压的压力控制到吸附前沿刚好到达第一吸附塔C2a出口而尚未穿透为止；此步排出的气体作为冲洗气，顺向放压10分钟，累计45分钟；
第四步逆向放压：第一吸附塔C2a的剩余压力打开第一吸附塔阀门V5a，将压力降低至常压，将吸附剂吸附的二氧化碳排出，逆向放压10分钟，累计55分钟；
第五步冲洗：利用产品气贮罐H3的气体，开第一吸附塔阀门V6a和阀门V4a，按顺压放气流程，将部分产品气进入第二吸附塔C2a冲洗的剩余二氧化碳，冲洗气进入低压贮罐H4，进入压缩机进口回收，压力为0.05mpa，冲洗20分钟，累计75分钟；
第六步冲压：冲洗完毕，关第一吸附塔阀门V4a，第一吸附塔阀门V6a，用贮罐H4产品气冲压，压力为0.35～0.7mpa以备用，冲压5分钟，累计80分钟。
2.根据权利要求1所述的沼气变压吸附提浓的方法，其特征在于所述吸附剂为活性炭或5A分子筛或13X分子筛。
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