CN102989257A

CN102989257A - 一种生物质填埋气体的综合利用设备及方法

Info

Publication number: CN102989257A
Application number: CN2012105298624A
Authority: CN
Inventors: 雷学军; 祝加铧; 雷谨榕; 雷训
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-03-27

Abstract

本发明公开了一种生物质填埋气体的综合利用设备及方法。本发明的原理是根据预处理后的混合气体中，各种气体在压力的推动下透过膜的能力不同，从而达到分离目的。本发明的设备和方法可供工业、农业、医药、化工、机械、电子等多个领域使用，清洁高效、经济简单，降低生物质填埋气体对环境的污染和资源的浪费，应用前景广阔。

Description

一种生物质填埋气体的综合利用设备及方法

技术领域

本发明属于生物质填埋气体利用技术领域，具体涉及一种生物质填埋气体的综合利用设备及方法。

背景技术

生物质填埋后有机物经生物化学反应产生大量的气体，通常称为填埋气体。其反应分为四个阶段：第一阶段为好氧生物分解，可能持续几周，主要成分是氮、氧和二氧化碳；氧气是填埋时由生物质带入的，经过一段时间的生物化学反应被逐渐耗尽，二氧化碳随时间的推移而产生。第二阶段为厌氧生物分解，主要成分是氢、氮和二氧化碳；氧气耗尽进入厌氧反应阶段。第三阶段为厌氧生物分解，二氧化碳和氮下降，氢和氧的浓度趋于零，甲烷含量上升。第四阶段为厌氧生物分解，这个阶段的甲烷、二氧化碳、氮的产量达到稳定数值；甲烷产量达到峰值后开始下降。经过较长的一段时间，当有机物被消耗完后，便不再产生任何气体。大量生物质填埋后，填埋气体每时每刻都在向空气中扩散，当空气中的甲烷含量达到5∽15％时就会发生着火爆炸，达到1O％时就可使人员中毒，达到30％时使人麻醉，达到70％时人员就会窒息死亡。填埋气体中的甲烷、二氧化碳都是温室效应气体，甲烷是二氧化碳的21倍。许多国家都做出了限制包括填埋气在内的温室气体排放的国际承诺。生物质填埋气体中的甲烷，经提纯后可直接用作燃料及制造氢气、碳黑、一氧化碳、乙炔、氢氰酸及甲醛等物质的原料。生物质填埋气体中的氮气，经提纯后可合成氨、纤维（锦纶、腈纶）、树脂、橡胶、化肥，还可用作保护气体、置换气体、安全保障气体。生物质填埋气体中的二氧化碳，经提纯后可用于制碱工业、制糖工业、钢铸件的淬火和铅白的制造、焊接领域及制作干冷。生物质填埋就是将植物光合作吸收的二氧化碳填埋到地下，减少地球上二氧化碳的含量，但目前国内外还没有利用生物质填埋来降低温室效应的行动和利用生物质填埋气体的方法。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种生物质填埋气体的综合利用设备及方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述生物质填埋气体的综合利用设备包括集气罐；所述集气罐通过A管道与脱水塔连通；所述脱水塔底部通过M管道与渗滤液池连通，脱水塔顶部通过B管道与过滤塔的底部连通；所述过滤塔底部设有排污阀，过滤塔顶部通过C管道与脱硫塔底部连通；所述脱硫塔顶部通过D管道与真空脱氧塔上部连通；所述真空脱氧塔顶部设有脱氧溶液管，脱氧溶液管伸入真空脱氧塔内腔，真空脱氧塔底部设有排液阀，真空脱氧塔通过E管道与干燥塔底部连通；所述干燥塔顶部通过F管道与膜分离装置连通；

所述膜分离装置通过N管道与缓冲器连通；

所述膜分离装置通过G管道与吸附装置连通，吸附装置通过H管道与甲烷贮存罐连通；

所述膜分离装置通过I管道与氮气纯化装置连通，氮气纯化装置通过J管道与氮气贮存罐连通；

所述膜分离装置通过K管道与二氧化碳纯化装置连通，二氧化碳纯化装置通过L管道与二氧化碳贮存罐连通；

所述A管道上设有抽气泵；所述F、H、J和L管道上设有气体增压泵。

其中，所述过滤塔中设有多重活性炭过滤网；所述脱硫塔中填料层为氧化铁脱硫剂或活性炭脱硫剂；所述真空脱氧塔内腔中脱氧溶液管的末端设有喷淋盘，喷淋盘的下方设有木格条；所述膜分离装置中的有机膜由醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜或聚氟聚合物材料制成；所述吸附装置中填充有活性炭；所述脱硫塔中氧化铁脱硫剂为三氧化二铁；所述A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、N管道上以及甲烷贮存罐、氮气贮存罐、二氧化碳贮存罐出口端均设有气体控制阀，M管道上设有液体控制阀。

本发明还提供了一种基于上述设备的生物质填埋气体综合利用方法，包括如下步骤：

（1）收集生物质填埋气体至集气罐；

（2）将步骤（1）收集的气体经脱水塔脱水、过滤塔过滤、脱硫塔脱硫、真空脱氧塔脱氧、干燥塔干燥后再经膜分离装置分离出甲烷、氮气和二氧化碳；

（3）将步骤（2）分离出的甲烷经吸附装置提纯并压缩后收集到甲烷贮存罐中；将氮气经氮气纯化装置提纯并压缩后收集到氮气贮存罐中；将二氧化碳经二氧化碳纯化装置提纯并压缩后收集到二氧化碳贮存罐中。

其中，步骤（1）是在生物质填埋时设置多个垂直的气体收集井，收集井顶部通过气体疏导管与集气罐连通，利用收集井将生物质填埋气体送至集气罐；所述多个收集井的间距为80～100m，收集井位置呈正六边形分布，使其影响区域相互交迭覆盖整个填埋场，主动收集生物质填埋后产生的气体；所述收集井直径为0.6～1.5m，收集井井下深度3m以上为多孔管，多孔管上孔的直径为150～200mm；所述收集井为耐腐蚀和耐久性的PVC或HDPE材料。

所述步骤（2）是将集气罐中的生物质填埋气体经抽气泵压缩后送入脱水塔中脱水，脱掉的水分从脱水塔底部排入渗滤液池；脱水后的生物质填埋气体从过滤塔底部进入，经多重活性炭过滤网过滤后从过滤塔顶部排出并进入脱硫塔底部，生物质填埋气体过滤后的杂质则通过过滤塔底部的排污阀排出；生物质填埋气体在脱硫塔内经填料层净化后从脱硫塔顶部排出并进入真空脱氧塔上部，生物质填埋气体在真空脱氧塔内经脱氧溶液脱氧后排出并进入干燥塔底部，真空脱氧塔内的脱氧溶液从真空脱氧塔底部的排液阀排出；生物质填埋气体干燥后经气体增压泵压缩后进入膜分离装置，生物质填埋气体经膜分离装置中的有机膜分离出甲烷、氮气、二氧化碳和废气，废气经过滤器过滤后排出。

所述步骤（3）中甲烷经吸附装置中的活性炭除杂后，压缩贮存于甲烷贮存罐内；氮气经氮气纯化装置除杂后，压缩贮存于氮气贮存罐内；二氧化碳在二氧化碳纯化装置中用吸附精馏法提纯后，压缩贮存于二氧化碳贮存罐内。

下面结合原理对本发明作进一步说明：

本发明的设备和方法可供工业、农业、医药、化工、机械、电子等多个领域使用，降低生物质填埋气体对环境的污染和资源的浪费。其原理是根据预处理后的混合气体中，各种气体在压力的推动下透过膜的能力不同，从而达到分离目的。

所述填埋气体是生物质填埋后的必然产物，在生物质填埋时设置气体收集井和输导系统，采用垂直式收集井收集填埋气体。竖井直径0.6～1.5m，深3m以上，井下3m以上为多孔管，孔径在150～200mm，采用耐腐蚀和耐久性的PVC或HDPE，顶部通过气体输导管道与集气罐相连，井间距80～100m，收集井位置呈正六边形分布，使其影响区域相互交迭覆盖整个填埋场，主动收集生物质填埋后产生的气体。

集气罐里的填埋气体经抽气泵压缩后进入脱水塔，利用气液密度不同、受到的重力和惯性不同，细微的液滴与气体分离，液滴在重力的作用下向下汇集到一起通过管道排入渗滤液池内，过滤塔中捕集到的粒颗物与脱硫塔中收集到的含硫物，浓缩后重新与生物质填埋。填埋气体从过滤塔塔底进入，经多重活性炭过滤网，填埋气体中的灰尘、病菌和细小的水滴混合，顺着滤网与塔内壁向下流，形成废渣在塔底集聚，通过排污阀向外排放，过滤后干净的填埋气体从过滤塔顶排出。气体以低流速从脱硫塔底进入，经过塔内填料层，硫化氢氧化成硫、硫氧化物或被转化为硫化铁后，余留在填料层中，净化后气体从塔顶排出；填料层可以是氧化铁脱硫剂、活性炭脱硫剂，最好用三氧化二铁作氧化铁脱硫剂，此脱硫剂硫容大，费用低比较实用。脱硫后的填埋气体从真空脱硫塔上部进入，脱氧液从塔顶进入塔内后，被木格条泼溅成点状，以增大表面积有利于脱气，脱氧后由塔底排液阀流出。在干燥塔内利用变压吸附的原理，湿空气通过吸附剂时，水份被吸附。干燥后的气体经压缩后进入膜分离装置，通过有机膜在分子范围内将甲烷、氮气、二氧化碳和其它利用价值不高废气进行分离，这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂，有机膜是由醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等高分子材料做成。

从膜分离装置分离出来的甲烷进入吸附装置，由于填埋气体中卤化烃含量比较高，有腐蚀性，通过吸附装置中的活性炭去除后，压缩贮存在甲烷贮存罐内。从膜分离装置分离出来的氮气，进入氮气纯化装置中去除其它气体，再通过压缩贮存在氮气贮存罐内。从膜分离装置分离出来的二氧化碳，进入二氧化碳纯化装置中，采用吸附精馏法进行提纯净化，先用吸附剂吸附脱除气源中的氮氧化物、硫化物、醇、醛、轻烃、苯等高沸点杂质，再用联合低温精馏的方法脱除氢气、氧气、氮气、轻质烃类等低沸点物质，从而可以得到高纯纯度二氧化碳，压缩后贮存在二氧化碳贮存罐内。

生物质填埋气体经上工艺流程后，得到提纯的甲烷、氮、二氧化碳浓缩气体，可供工业、农业、医药、化工、机械、电子等多个领域使用，清洁高效、经济简单，降低生物质填埋气体对环境的污染，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明设备的结构示意图。

图中：1、集气罐；2、脱水塔；3、过滤塔；4、脱硫塔；5、真空脱氧塔；6、干燥塔；7、膜分离装置；8、渗滤液池；9、吸附装置；10、甲烷贮存罐；11、氮气纯化装置；12、氮气贮存罐；13、二氧化碳纯化装置；14、二氧化碳贮存罐；15、抽气泵；16—气体增压泵；17、A管道；18、B管道；19、C管道；20、气体控制阀；21、D管道；22、E管道；23、F管道；24、G管道；25、H管道；26、液体控制阀；27、排污阀；28、排液阀；29、I管道；30、J管道；31、K管道；32、L管道；33、M管道；34、N管道；35、缓冲器；36、脱氧溶液管；37、喷淋盘；38、木格条。

具体实施方式

下面详细说明本发明优选的技术方案，但本发明不限于所提供的实施例。

实施例1

参见图1，所述生物质填埋气体的综合利用设备包括集气罐1；所述集气罐1通过A管道17与脱水塔2连通；所述脱水塔2底部通过M管道33与渗滤液池8连通，脱水塔2顶部通过B管道18与过滤塔3的底部连通；所述过滤塔3底部设有排污阀27，过滤塔3顶部通过C管道19与脱硫塔4底部连通；所述脱硫塔4顶部通过D管道21与真空脱氧塔5上部连通；所述真空脱氧塔5顶部设有脱氧溶液管36，脱氧溶液管36伸入真空脱氧塔5内腔，真空脱氧塔5底部设有排液阀28，真空脱氧塔5通过E管道22与干燥塔6底部连通；所述干燥塔6顶部通过F管道23与膜分离装置7连通；

所述膜分离装置7通过N管道34与缓冲器35连通；

所述膜分离装置7通过G管道24与吸附装置9连通，吸附装置9通过H管道25与甲烷贮存罐10连通；

所述膜分离装置7通过I管道29与氮气纯化装置11连通，氮气纯化装置11通过J管道30与氮气贮存罐12连通；

所述膜分离装置7通过K管道31与二氧化碳纯化装置13连通，二氧化碳纯化装置13通过L管道32与二氧化碳贮存罐14连通；

所述A管道17上设有抽气泵15；所述F、H、J和L管道上设有气体增压泵16。

其中，所述过滤塔3中设有多重活性炭过滤网；所述脱硫塔4中填料层为三氧化二铁；所述真空脱氧塔5内腔中脱氧溶液管36的末端设有喷淋盘37，喷淋盘37的下方设有木格条38；所述膜分离装置7中的有机膜由醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜或聚氟聚合物材料制成；所述吸附装置9中填充有活性炭；所述A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、N管道上以及甲烷贮存罐10、氮气贮存罐12、二氧化碳贮存罐14出口端均设有气体控制阀20，所述M管道33上设有液体控制阀26。

实施例2

一种基于上述设备的生物质填埋气体综合利用方法，包括如下步骤：

（1）收集生物质填埋气体至集气罐；

其中，步骤（1）是在生物质填埋时设置多个垂直的气体收集井，收集井顶部通过气体疏导管与集气罐连通，利用收集井将生物质填埋气体送至集气罐；所述多个收集井的间距为80～100m，收集井位置呈正六边形分布，使其影响区域相互交迭覆盖整个填埋场，主动收集生物质填埋后产生的气体；所述收集井直径为0.6～1.5m，收集井井下深度3m以上为多孔管，多孔管上孔的直径为150～200mm；所述收集井为耐腐蚀和耐久性的PVC材料。

Claims

1.一种生物质填埋气体的综合利用设备，其特征在于，所述设备包括集气罐（1）；所述集气罐（1）通过A管道（17）与脱水塔（2）连通；所述脱水塔（2）底部通过M管道（33）与渗滤液池（8）连通，脱水塔（2）顶部通过B管道（18）与过滤塔（3）的底部连通；所述过滤塔（3）底部设有排污阀（27），过滤塔（3）顶部通过C管道（19）与脱硫塔（4）底部连通；所述脱硫塔（4）顶部通过D管道（21）与真空脱氧塔（5）上部连通；所述真空脱氧塔（5）顶部设有脱氧溶液管（36），脱氧溶液管（36）伸入真空脱氧塔（5）内腔，真空脱氧塔（5）底部设有排液阀（28），真空脱氧塔（5）通过E管道（22）与干燥塔（6）底部连通；所述干燥塔（6）顶部通过F管道（23）与膜分离装置（7）连通；

所述膜分离装置（7）通过N管道（34）与缓冲器（35）连通；

所述膜分离装置（7）通过G管道（24）与吸附装置（9）连通，吸附装置（9）通过H管道（25）与甲烷贮存罐（10）连通；

所述膜分离装置（7）通过I管道（29）与氮气纯化装置（11）连通，氮气纯化装置（11）通过J管道（30）与氮气贮存罐（12）连通；

所述膜分离装置（7）通过K管道（31）与二氧化碳纯化装置（13）连通，二氧化碳纯化装置（13）通过L管道（32）与二氧化碳贮存罐（14）连通；

所述A管道（17）上设有抽气泵（15）；所述F、H、J和L管道上设有气体增压泵（16）。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述过滤塔（3）中设有多重活性炭过滤网；所述脱硫塔（4）中填料层为氧化铁脱硫剂或活性炭脱硫剂；所述真空脱氧塔（5）内腔中脱氧溶液管（36）的末端设有喷淋盘（37），喷淋盘（37）的下方设有木格条（38）；所述膜分离装置（7）中的有机膜由醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜或聚氟聚合物材料制成；所述吸附装置（9）中填充有活性炭。

3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述脱硫塔（4）中氧化铁脱硫剂为三氧化二铁。

4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、N管道上以及甲烷贮存罐（10）、氮气贮存罐（12）、二氧化碳贮存罐（14）出口端均设有气体控制阀（20），所述M管道（33）上设有液体控制阀（26）。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述设备的生物质填埋气体综合利用方法，包括如下步骤：

（1）收集生物质填埋气体至集气罐；

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（1）是在生物质填埋时设置多个垂直的气体收集井，收集井顶部通过气体疏导管与集气罐连通，利用收集井将生物质填埋气体送至集气罐。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个收集井的间距为80～100m，收集井位置呈正六边形分布；所述收集井直径为0.6～1.5m，收集井井下深度3m以上为多孔管，多孔管上孔的直径为150～200mm。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述收集井为PVC或HDPE材料。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）是将集气罐中的生物质填埋气体经抽气泵压缩后送入脱水塔中脱水，脱掉的水分从脱水塔底部排入渗滤液池；脱水后的生物质填埋气体从过滤塔底部进入，经多重活性炭过滤网过滤后从过滤塔顶部排出并进入脱硫塔底部，生物质填埋气体过滤后的杂质则通过过滤塔底部的排污阀排出；生物质填埋气体在脱硫塔内经填料层净化后从脱硫塔顶部排出并进入真空脱氧塔上部，生物质填埋气体在真空脱氧塔内经脱氧溶液脱氧后排出并进入干燥塔底部，真空脱氧塔内的脱氧溶液从真空脱氧塔底部的排液阀排出；生物质填埋气体干燥后经气体增压泵压缩后进入膜分离装置，生物质填埋气体经膜分离装置中的有机膜分离出甲烷、氮气、二氧化碳和废气，废气经过滤器过滤后排出。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中甲烷经吸附装置中的活性炭除杂后，压缩贮存于甲烷贮存罐内；氮气经氮气纯化装置除杂后，压缩贮存于氮气贮存罐内；二氧化碳在二氧化碳纯化装置中用吸附精馏法提纯后，压缩贮存于二氧化碳贮存罐内。