CN101817715B - 一种提取沼气中的甲烷气体的方法 - Google Patents

Abstract

一种提取沼气中的甲烷气体的方法，属吸附分离工程技术领域。所述的方法为：1)将预处理后的沼气引入装有吸附剂的塔中，在常压～0.3MPa的压力下完成吸附；2)在真空状态下再生，解吸出来的组分利用真空泵抽离吸附塔；3)完成抽空过程后，利用部分产品甲烷气体将吸附塔压力升至系统的工作压力，进行吸附准备过程。优点是电耗更低；在低压下吸附，需要的均压次数较少，使相应塔数就少。甲烷含量大于95％的沼气甲烷收率可达到92％以上。特别适用于从普通沼气中浓缩提取甲烷气体。

Description

一种提取沼气中的甲烷气体的方法

技术领域

本发明涉及一种提取沼气中甲烷气体的工艺。属吸附分离工程技术领域。

背景技术

普通沼气是由有机废物经过厌氧发酵产生的气体，其主要成分为甲烷(甲烷浓度小于65％体积比)及二氧化碳，同时由于有机废物中硫酸根离子及复杂的组分，在产酸菌群及甲烷生成菌群的代谢作用下，厌氧发酵过程中还将产生少量的H₂S、其他有机及无机气态组分，以及沼气夹带的物理水和饱和水蒸气。普通沼气由于其甲烷浓度低，(小于65％体积比)现阶段主要是将其经过气液分离、压力缓冲后作为民用燃料使用。

随着国家对可再生能源重视程度的日益加深，可再生能源的开发和利用技术也得到了极大的提高。其中之一就包括有机废物厌氧发酵生成的普通沼气。

普通沼气在作为普通燃料使用时，不需要进行特殊的处理。但在作为工业原料和特殊燃料时，对沼气中的甲烷浓度就有严格的要求，例如作为一般公共燃气的天然气时要求甲烷气的含量高于95％(V％)；在做车用天然气时就要求甲烷气的含量要高于97％(V％)。沼气中含有的杂质组分主要是二氧化碳，现有技术在提取沼气中甲烷气体时采用的是传统“脱碳”技术。传统“脱碳”技术主要包括：化学吸收法脱碳和吸附法脱碳。

《小合成氨厂工艺技术与设计手册》P.665披露了两种“化学吸收法脱碳”技术。化学吸收法是基于碱性溶剂对二氧化碳的高溶解度，使气体在通过吸收塔时其中的二氧化碳被碱性溶剂吸收，吸收饱和后的碱性溶剂通过再生塔脱出二氧化碳后循环使用，但是由于化学吸收法脱碳流程长，操作相对复杂；利用化学吸收法脱碳需要原料气具有较高的操作压力。操作费用及能耗较高、投资大，存在一定污染。因此目前还难以被应用于提取沼气中甲烷气体，尤其是在规模比较小时。

传统“脱碳“技术在进行提取时利用压缩机进行升压至较高压力。

吸附法脱碳技术因其工作原理：利用的是以不同吸附剂对不同的物质有着不同的吸附容量(吸附能力)，和相同吸附剂对同一种物质随着压力的升高吸附容量增大，压减小吸附量减少的特性。因受吸附剂自身性能的影响，同样需要原料气体具有的工作压力，《新型变压吸附脱碳技术的开发和利用》一文中介绍的吸附法脱碳技术，其适用于原料气压力范围为：0.7～1.3MPa。

发明内容

本发明的目的是克服传统“脱碳”技术的上述缺点，提出一种采用压力小于0.3MPa交替吸附-真空再生的物理分离法来提取沼气中甲烷气体的方法。

本发明的提取沼气中的甲烷气体的方法，其过程为：1、将预处理后的沼气引入装有吸附剂的塔中，在常压～0.3Mpa的压力下完成吸附；2、在真空状态下再生，解吸出来的组分利用真空泵抽离吸附塔；3、完成抽空过程后，利用部分产品甲烷气体将吸附塔压力升至系统的工作压力，进行吸附的准备过程。

本发明的优点是：

1)普通沼气的压力通常很低，本发明采用低压吸附，因而配置的压缩机排气压力要求低，其电耗相应也低；同时设备耐压要求低，制造成本低，运行安全性高。

2)设备少。采用物理分离时，塔数的多少取决于均压次数的多少，本发明在低压下吸附，需要的均压次数较少，相应塔数就少。

3)甲烷收率高。甲烷气体浓度达到95％以上，甲烷气体的收率可达到92％以上。

本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

附图说明

图1是本实施例的流程示意图

具体实施方式

参见图1，为方便叙述，下面以A、B、C三个吸附塔为例来说明本发明。其中，塔A处于吸附过程，塔B处于准备过程，塔C处于再生过程。下面将每个塔的工作状态简述如下：

吸附过程

本实施例采用单塔吸附，即在任何时候都只有一个塔处于吸附步骤，吸附时间根据产品纯度的不同可自由调整。

将原料沼气经过气液分离、脱硫、升压预处理，沼气压力为0.2MPa。经阀门1a从塔A底部进入，沼气中的二氧化碳等高沸点杂质部分被吸附剂吸附，通过吸附后沼气的甲烷气含量可达95％以上。该甲烷气体经阀门2a从塔A顶部出来，一部分作为产品气送用户使用；另一部分作为准备气源对B塔进行升压使用。塔A达到饱和状态后切换到塔B吸附、塔B达到饱和状态后切换到塔C吸附。形成三塔循环。

再生过程

再生过程包括均压、逆放和抽空。

均压：在塔A吸附的同时，完成吸附步骤的塔C，经阀门4C、4B与塔B进行压力平均，塔C内所有有效空间的甲烷气回收在塔B中，从而提高甲烷气收率；

逆放：完成均压步骤的塔C，经阀门3C逆着吸附的方向，将吸附塔压力从0.2MPa，降低至0.02MPa，因压力降低吸附容量减少，被吸附剂吸附的杂质组分解吸一部分，产生的解吸气体经放空总管排出；

抽空：完成逆放后的塔C内的吸附剂还有很大一部分的杂质没有解吸，需要通过抽空进一步降低吸附剂的吸附容量。本实施例将抽空分成两步进行，第一步是将塔C内的气体通过阀门3C进行抽空，在抽空的同时通过阀门5、6与真空缓冲罐V1进行压力平均；第二步，关闭阀门5，直接使用真空泵P1对塔C进行抽空，使塔C内的压力降低至-0.08Mpa以下，剩余杂质随之排出塔外。完成抽空后，关闭阀门6，开启阀门5利用真空泵P1将真空缓冲罐V1抽至规定的真空度。即完成塔C的再生过程。

吸附准备过程

吸附准备过程包括均压和升压两个过程。

均压：即前所述，来自塔C的浓度很高的甲烷气体经过阀门4c、4b利用压差流入塔B内，通过均压使塔B内的压力得到了增加，同时塔C内的有效组分甲烷气也同时得到回收；

升压：在均压过程结束后，塔B内的压力与系统操作压力之间还存在一定差值，为保证装置稳定、安全的运行，利用产品甲烷气经阀门4B、7从塔B顶部进入，将塔B压力升至吸附压力0.2MPa。完成其吸附准备过程。

塔A达到饱和状态后切换到塔B吸附，塔A转入再生过程、塔C转入吸附准备过程。

三个吸附塔在通过上面的步骤，构成一个循环，保证了原料气的连续进料和产品氢气的连续输出。

实践证明，在常压至0.3MPa的压力范围内吸附，都可以获得上述结果。

Claims (1)

1.一种提取沼气中的甲烷气体的方法，其特征是所述的方法为： 

1)、将预处理后的沼气引入装有吸附剂的塔中，在0.2MPa的压力下完成吸附； 

2)、在真空状态下再生，解吸出来的组分利用真空泵抽离吸附塔； 

3)、完成抽空过程后，利用部分产品甲烷气体将吸附塔压力升至系统的工作压力，进行吸附准备过程；具体步骤为： 

1)吸附过程 

将原料沼气经过气液分离、脱硫、升压预处理，沼气压力为0.2MPa，经阀门(1a)从塔A底部进入，沼气中的二氧化碳等高沸点杂质部分被吸附剂吸附，通过吸附后沼气的甲烷气体含量达95％以上，该甲烷气体经阀门(2a)从塔A顶部出来，一部分作为产品气送用户使用；另一部分作为准备气源对塔B进行升压使用；塔A达到饱和状态后切换到塔B吸附、塔B达到饱和状态后切换到塔C吸附，形成三塔循环； 

2)再生过程 

再生过程包括均压、逆放和抽空； 

均压：在塔A吸附的同时，完成吸附步骤的塔C，经阀门(4c、4b)与塔B进行压力平均，塔C内所有有效空间的甲烷气回收在塔B中，从而提高甲烷气收率； 

逆放：完成均压步骤的塔C，经阀门(3c)逆着吸附的方向，将吸附塔压力从0.2MPa，降低至0.02MPa，因压力降低吸附容量减少，被吸附剂吸附的杂质组分解吸一部分，产生的解吸气体经放空总管排除； 

抽空：完成逆放后的塔C内的吸附剂还有很大一部分的杂质没有解吸，需要通过抽空进一步降低吸附剂的吸附容量，抽空分成两步进行，第一步是将塔C内的气体通过阀门(3c)进行抽空，在抽空的同时通过阀门(5、6)与真空缓冲罐(v1)进行压力平均；第二步，关闭阀门(5)，直接使用真空泵(p1)对塔C进行抽空，使塔C内的压力降低至-0.08MPa以下，剩余杂质随之排出塔外；完成抽空后，关闭塔C与真空泵(p1)之间连接的阀门(6)，开启真空缓冲罐(v1)与真空泵(p1)之间连接的阀门(5)利用真空泵(p1)将真空缓冲罐(v1)抽至规定的真空度，即完成塔C的再生过程； 

3)吸附准备过程 

吸附准备过程包括均压和升压两个过程； 

均压：来自塔C的浓度很高的甲烷气体经过阀门(4c、4b)利用压差流入塔B内，通过均压使塔B内的压力得到了增加，同时塔C内的有效组分甲烷气也同时得到了回收； 

升压：在均压过程结束后，塔B内的压力与系统操作压力之间还存在一定差值，利用产品甲烷气经阀门(4b、7)从塔B顶部进入，将塔B压力升至吸附压力0.2MPa，完成吸附准备过程； 

塔A达到饱和状态后切换到塔B吸附，塔A转入再生过程、塔C转入吸附准备过程，三个吸附塔构成一个循环。