CN102101001A - 水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的方法和装置。本方法根据沼气中各种成分在水中溶解度的不同,通过吸收塔内压力、液气比和温度的控制,用自来水溶解其中的二氧化碳和硫化氢,溶解了二氧化碳和硫化氢的水经过再生可以循环使用。本发明所采用的装置简单,操作方便,投资少,便于工业化生产,特别是吸收塔内的填料设计和再分布器的使用明显的提高了脱除CO2和H2S的效果;换热器的使用提高了水的再生效果。经过上述装置及方法处理后的沼气中甲烷含量明显提高,最高可以达到97%-99%,热值也显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及用水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置及方法,属于可再生能源领域。
背景技术
沼气是一种清洁能源,原料来源广泛,目前在我国,沼气主要用于农村炊事、供热和发电,其主要成分是甲烷、二氧化碳、硫化氢和一些其他微量成分。但是CO2和H2S的存在不仅会降低沼气的燃烧热值,而且大量的酸性气体也会对储气设备造成严重的腐蚀,所以必须除去沼气中的CO2和H2S。通过分离CO2和H2S,不仅可以使沼气中的甲烷含量提高到97%-99%,沼气的热值也会显著提高,气体的性能也更加稳定,使用安全性也显著增强;而且燃烧沼气不会再造成二氧化碳的增加,对缓解全球温室效应的加剧有着积极的意义。
目前很多学者对于上述方面进行了大量的研究,但研究方向偏向于理论、机理模型研究,而且大都使用化学试剂或者膜分离的方法来脱除CO2和H2S,并不能达到很好的效果,而使用水来脱除CO2和H2S,并且将之工程化、规模化的研究比较欠缺。
S.Rasi在Landfill gas upgrading with countercurrent water wash一文中指出,在压力3Mpa,气体流量50-100L/min,水流量5-10L/min时,垃圾填埋气中CO2和H2S经水脱除后CH4含量接近或者超过90%,CO2含量为3.2%-4.8%,H2S含量低于检测值。文中提到的脱除二氧化碳和硫化氢的装置包括1个吸收塔、1个解析塔、2个气体储气罐、1个水储气罐。上述装置虽然也能将CH4含量提高到接近或者超过90%,但是其仍存在以下缺点:①使用的压力较高,对装置的要求较高;②水不能循环使用,成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用水溶解法脱除沼气中的二氧化碳和硫化氢的装置及方法。该方法是利用水中各种气体的不同溶解度来到达到脱除CO2和H2S的。
水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置,其主要设备有原料气罐、气体压缩机、气体缓冲罐、吸收塔、富液罐、换热器、鼓风机、再生塔、水泵、贫液罐、过滤装置,其中,原料气罐的出口经压缩机与气体缓冲罐底部进气口相连,气体缓冲罐顶部出气口与吸收塔底部进气口相连,吸收塔顶部出气口与过滤装置进气口相连,贫液罐底部出液口经水泵与吸收塔顶部进液口相连,吸收塔底部出液口与富液罐进液口相连,富液罐下侧经过换热器与再生塔顶部进液口相连,再生塔底部出液口与贫液罐底部进液口相连,鼓风机出气口与再生塔底部进气口相连。
吸收塔如图2所示,为不锈钢填料塔,由3-4节塔体组成,高径比为6∶1,塔内所装填料为θ型不锈钢填料(见图3),其为直径4mm,高4mm的不锈钢θ环。在塔体每节相连的地方设有再分布器,再分布器上装填一层直径6mm,高6mm的稍大的不锈钢θ环。
在吸收塔中水由塔顶均匀的喷洒在填料表面上,气体由塔底自下而上与水在填料表面上进行接触,沼气中的二氧化碳和硫化氢被水溶解,为了避免填料装填不十分均匀而引起部分近塔壁处的水沿塔壁流动,需在每节塔的连接处加上再分布器,在再分布器处装填一层直径稍大的不锈钢θ环使沿塔壁流下的液体进行重新分配,还能使吸收塔内压降降低,不容易出现液泛现象;
富液罐的作用体现在富液罐本身不带压力,而吸收塔内压力为0.8-1.2Mpa,由于压差使原本溶解在水中的一部分CO2和H2S释放出来,产生的压力推动富液罐中的水进入再生塔;但是由于富液罐中的水温度一般大都在30-40℃,为了达到更好的再生效果,富液罐中水在进入再生塔之前首先要经过换热器降低温度至18-20℃后再进入再生塔。
富液罐中带有压力的水进入再生塔,由于压力的降低水得到再生;同时,再生塔内装有直径为12mm的聚丙烯填料,用鼓风机向内送入的空气自下而上与水在填料表面上进行接触,由于空气中CO2和H2S的分压低于水中CO2和H2S的分压,为了达到平衡,水中的CO2和H2S进一步被释放出来,达到再生效果。
下面结合附图的装置介绍水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的具体操作步骤:
A.将沼气通入到气体缓冲罐(3)中,使其中压力保持在0.8-1.2Mpa,将缓冲罐中的沼气以400-600L/h的进气量从吸收塔(4)底部进入吸收塔,保持塔内压力在0.8-1.2Mpa,同时贫液罐(10)中的水由泵(9)从吸收塔(4)顶部以100-200L/h的流量注入,经填料及分布器均匀向下喷洒;
B.溶解了二氧化碳和硫化氢的水由吸收塔(4)底部进入富液罐(5),在压差作用下富液罐(5)中的水经换热器(6)降温至18-20℃后进入再生塔(6);再生后的水由再生塔(6)底部流回贫液罐(10),供循环使用;
C.从吸收塔顶排出的净化后的沼气,经过滤装置(11)去除沼气中的其他微量杂质,再经冷凝脱水系统脱除沼气中的游离水,最后得到合格的产品气。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明所采用的装置简单,操作方便,投资少,便于工业化生产。其设计特点在于:
①水作为吸收剂,不仅腐蚀性小可以减少设备费用,而且水的粘度也小,不易发泡,有利于气体与液体在吸收塔中的分离和减少动力消耗。除此之外,本发明最大的有益效果是水的循环使用,不仅降低了运营成本,而且绿色环保,起到了节能减排的作用。
②吸收塔内再分布器的使用和采用不同直径不锈钢θ环在每节相连处的过渡装填,都明显的提高了脱除CO2和H2S效果;
③富液罐除了起到储存水的作用,更重要的是通过压力的变化不仅使吸收了CO2和H2S的水得到部分再生,而且可以保持足够的压力使水进入再生塔,减少了动力消耗;
④换热器的使用大大降低了水温,明显提高了水的再生效果。
附图说明
图1为水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置图,其中,1为原料气罐,2为气体压缩机,3为气体缓冲罐,4为吸收塔,5为富液罐,6为换热器,7为鼓风机,8为再生塔,9为水泵,10为贫液罐,11为过滤装置。
图2为吸收塔局部放大图,其中,1为填料压板,2为不锈钢θ环填料,3为塔体,4为再分布器。
图3为θ型填料的示意图
具体实施方式
下面将结合附图及实施例进一步说明本发明的具体过程,但本发明的范围并不限于以下实施例。
以下实施例中吸收塔内径46mm,外径50mm,有效高度2.6m,由三节塔体组成,塔内填料层高度2.5m,填料为直径4mm,高4mm的不锈钢θ环,每节之间装有再分布器,且装填有高度为3cm的不锈钢θ环,θ环的直径6mm,高6mm。再生塔有效高度0.9m,塔内填料高度0.8m,填料为直径12mm的聚丙烯填料。所用沼气经分析其主要成分为甲烷54.4%、二氧化碳45%、硫化氢0.6%。
实施例1
将沼气通入气体缓冲罐中,通过电磁阀使吸收塔内压力保持在1.0Mpa,并以400L/h的流量通入吸收塔底部,同时通过水泵使水以200L/h的流量从吸收塔顶部进入,在塔内与原料气进行反向流动,溶解其中的二氧化碳和硫化氢气体。溶解了二氧化碳和硫化氢的水则由吸收塔底部进入富液罐,使富液罐压力由0Kpa上升到0.4Mpa,0.4Mpa的压力使水经过换热器温度由30℃降到了20℃之后进入再生塔,在再生塔内压力的减小到常压,并且以15m3/h流量的空气吹托再生,再生后的水由再生塔底部流回贫液罐,之后再进入吸收塔吸收塔。用气相色谱测得吸收塔出口CO2含量为3%,H2S含量为10ppm。
Claims (3)
1.水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置,其主要设备有原料气罐、气体压缩机、气体缓冲罐、吸收塔、富液罐、换热器、鼓风机、再生塔、水泵、贫液罐、过滤装置,其中,原料气罐的出口经压缩机与气体缓冲罐底部进气口相连,气体缓冲罐顶部出气口与吸收塔底部进气口相连,吸收塔顶部出气口与过滤装置进气口相连,贫液罐底部出液口经水泵与吸收塔顶部进液口相连,吸收塔底部出液口与富液罐进液口相连,富液罐下侧经过换热器与再生塔顶部进液口相连,再生塔底部出液口与贫液罐底部进液口相连,鼓风机出气口与再生塔底部进气口相连。
2.根据权利要求1所述的水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置,其特征是所述吸收塔是不锈钢填料塔,由3-4节塔体组成,高径比为6∶1,塔内所装填料为θ型不锈钢填料,其为直径4mm,高4mm的不锈钢θ环;在每节塔的连接处设有再分布器,在再分布器内装填一层直径6mm,高6mm的不锈钢θ环。
3.采用权利要求1所述的装置脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的方法,具体操作步骤如下:
A.将沼气通入到气体缓冲罐(3)中,使其中压力保持在0.8-1.2Mpa,将缓冲罐中的沼气以400-600L/h的进气量从吸收塔(4)底部进入吸收塔,保持塔内压力在0.8-1.2Mpa,同时贫液罐(10)中的水由泵(9)从吸收塔(4)顶部以100-200L/h的流量注入,经填料及分布器均匀向下喷洒;
B.溶解了二氧化碳和硫化氢的水由吸收塔(4)底部进入富液罐(5),在压差作用下富液罐(5)中的水经换热器(6)降温至18-20℃后进入再生塔(6);再生后的水由再生塔(6)底部流回贫液罐(10),供循环使用;
C.从吸收塔顶排出的净化后的沼气,经过滤装置(11)去除沼气中的其他微量杂质,再经冷凝脱水系统脱除沼气中的游离水,最后得到合格的产品气。
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