CN103421565B - 气体膜分离同步回收液态co2的沼气脱碳工艺和装置 - Google Patents

气体膜分离同步回收液态co2的沼气脱碳工艺和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103421565B
CN103421565B CN201310329942.XA CN201310329942A CN103421565B CN 103421565 B CN103421565 B CN 103421565B CN 201310329942 A CN201310329942 A CN 201310329942A CN 103421565 B CN103421565 B CN 103421565B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
level
biogas
separation membrane
diffusion barrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310329942.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103421565A (zh
Inventor
郭荣波
罗生军
王传水
许晓晖
师晓爽
戴萌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Original Assignee
Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS filed Critical Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology of CAS
Priority to CN201310329942.XA priority Critical patent/CN103421565B/zh
Publication of CN103421565A publication Critical patent/CN103421565A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103421565B publication Critical patent/CN103421565B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

一种气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳工艺，其步骤为：1）沼气的原料气通过一级气体分离膜进行沼气的初步提纯，渗余侧的气体通过二级气体分离膜控制达到天然气的质量标准；2）将一级气体分离膜渗透侧的气体通过CO2压缩机增压后通过精馏塔，在精馏塔底部收集液态CO2，精馏塔顶部的尾气以及二级气体分离膜渗透侧的气体回到一级气体分离膜再次提纯用以提高CH4回收率。本发明还公开了一种气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳装置。

Description

气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳工艺和装置
技术领域
本发明涉及厌氧发酵产生的沼气或者垃圾填埋场产生的填埋气、主要杂质为CO2的煤层气等的脱碳净化生产过程，更具体地涉及一种气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳工艺。
本发明还涉及一种用于气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳的装置。
背景技术
沼气的主要成分是甲烷和CO2，通过脱除沼气中的CO2能够有效提高沼气的热值从而拓展沼气的应用范围。CH4的温室效应是CO2的21倍，因此提高CH4的回收率对于降低温室气体的排放至关重要。目前沼气脱碳净化的方法均是通过在时间、空间上操作条件的改变，利用介质对CO2和CH4的不同吸收\吸附特性实现脱碳提纯，但是吸收\吸附过程中吸收的少量CH4在解析过程中随着尾气排放，从而在沼气提纯过程中不可避免产生温室气体。
常规的沼气提纯脱碳的方法有：压力水洗、有机胺吸收，PSA，膜分离、深冷分离等方法，现有的技术主要是在降低运行成本方面进行突破：
中国专利201210246607.9提出了用热钾减法吸收提纯沼气的方法，通过加热的方法实现吸收剂的再生。
中国专利200910218274.7提出了用有机胺作为吸收剂进行沼气分离提纯的方法，解吸过程也需要通过加热的方法再生。
中国专利201110031702.2提出了用自来水吸收沼气中的CO2和H2S从而实现甲烷提纯的方法，但是没有涉及到水的回收利用，从规模化的沼气净化过程中没有优势。
中国专利201210184536.4通过变压吸附的方式提纯沼气，该方法是利用不同气体组分在吸附剂中的扩散速度差异实现分离。
中国专利201110404380.1利用将干发酵中的液体循环喷淋，然后在特定的脱除装置中脱除CO2，富集甲烷。
中国专利201210154666.3则提出了将沼气加水雾化提高甲烷纯度。
上述专利都是提出沼气净化脱碳的工艺，并没有考虑到尾气中少量的残余CH4的排放。
由于CH4和CO2的物理化学性质的差异还不足以用单一的一种方法达到100%的分离，现有的技术中压力水洗和有机胺吸收方法，设备参数确定后产品气的纯度基本确定。压力水洗技术以运行成本低为主要特点，CH4回收率一般能够达到98%以上，损失的CH4随着解吸过程中的CO2一同排放，有机胺吸附的方法能够达到99%的甲烷回收率，但是对于没有热源的沼气回收过程能耗相对较高，PSA法在一定的设备投资下，可以通过调节运行参数适当提高沼气的纯度和回收率，但是运行能耗大幅增加。膜法如果需要提高甲烷回收率，其运行能耗和投资成本均大幅增加。从技术整合的角度来看，膜分离的方法能够实现气体的初步分离，可以根据这个特点提出新的沼气净化工艺，有利于在设备投资、运行能耗和CH4回收率之间取得较好地平衡。
气体膜分离是一种根据不同气体在膜中溶解扩散系数的差异实现气体的分离。根据透过膜的速率快慢可将不同气体定义为快气和慢气。快气在膜组件的渗透侧富集，而慢气则在膜组件的渗余侧富集。现有的工程化的高分子聚合物沼气分离膜中，CH4和CO2的分离度一般在为20～50之间，CH4作为慢气在渗余侧富集，CO2作为快气在渗透侧富集。从膜分离的原理来讲，很难避免有CH4透过膜到渗透侧造成损失。相比较常规的多级膜分离的工艺，膜分离的方法结合CO2液化工艺则可以有效降低气体分离膜组件的数量，总体的投资成本与单纯使用三级气体膜分离的方法相当。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳装置。
本发明的又一目的在于提供一种气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳工艺。
为实现上述目的，本发明提供的用于气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳的装置，其结构为：
用于气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳的装置，其结构为：
一级气体分离膜的渗余侧出口连接至二级气体分离膜入口，一级气体分离膜的渗透侧出口气体通过CO2压缩机连接精馏塔的提馏段，精馏塔顶的冷凝器连接至混合器；
达标的天然气从二级气体分离膜的渗余侧排出，二级气体分离膜的渗透侧连接至混合器；
混合器的气体出口连接一级气体分离膜的进气口。
1所述的装置，其中：一级气体分离膜和二级气体分离膜的数量可根据设计运行压力、处理量及产品气纯度要求进行组合。
所述的装置，其中：精馏塔的气体出口通过精馏塔顶部的冷凝器连接至混合器。
本发明提供的气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳工艺，其步骤为：
1）沼气的原料气通过一级气体分离膜进行沼气的初步提纯，渗余侧的气体通过二级气体分离膜控制达到天然气的质量标准；
2）将一级气体分离膜渗透侧的气体通过CO2压缩机增压后通过精馏塔，在精馏塔底部收集液态CO2，精馏塔顶部的尾气以及二级气体分离膜渗透侧的气体回到一级气体分离膜再次提纯用以提高CH4回收率。
所述的沼气脱碳工艺，其中：原料气中的CO2体积分数在20%～90%之间。
所述的沼气脱碳工艺，其中：一级气体分离膜的渗透侧气体CO2的体积分数控制在80%以上，气体压力为0～0.6MPa。
所述的沼气脱碳工艺，其中：精馏塔顶部的尾气通过混合器回到一级气体分离膜。
所述的沼气脱碳工艺，其中：CO2压缩机的排压为1.7～4MPa。
所述的沼气脱碳工艺，其中：冷凝器将压缩后的气体降温至-20～-50℃，使80%以上的气体被液化，进行初步分离。
本发明的沼气脱碳工艺可以解决现有沼气提纯净化过程中CH4回收不完全的问题。同时回收的液态CO2有效提高了产品的品质，拓展了产品出口，所产生的经济效益能够有效抵消沼气净化过程的运行能耗。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图。
图2是本发明具体的工艺流程及各气体组分的示意图。
具体实施方式
本发明提供如下的技术方案：
沼气通过一级气体分离膜进行富集，一级气体分离膜采用较大的气体流速，在渗透侧CO2得到富集，富集的CO2气体中含有大约80%～95%的CO2气体，一级气体分离膜的渗余侧气体通过二级气体分离膜控制其产品气出口浓度能够达到国家天然气标准。一级气体分离膜渗透侧的混合气体经过增压降温后，经气液分离、精馏提纯的方式在精馏塔底部获得高纯度液态CO2，精馏塔顶部的气体与二级气体分离膜的渗透侧气体混合后进入一级气体分离膜进一步回收CH4。在整个体系中出口只有二级气体分离膜的渗余侧和精馏塔的塔底，从而可以得到100%的CH4回收率，并且同时回收液态CO2。
设备投资方面，由于采用部分液化，回流气体量大幅减少，从而膜组件的数量较小，比单纯用三级膜法做气体分离所用的膜组件支数能够减少约1/3，膜组件成本的降低部分基本上抵消了CO2的液化工艺设备的投资。
下面结合实例说明本工艺的实施方式，其中设备的选型及运行工况仅在说明本工艺的运行状况。
实施例：
具体的装置结构见图1，一级气体分离膜10的渗余侧连接至二级气体分离膜11；
一级气体分离膜10的渗透侧通过CO2压缩机12连接精馏塔15的提精馏段，精馏塔15的气体出口连接至混合器18。
二级气体分离膜11的渗透侧连接至混合器18。
混合器18的气体出口连接一级气体分离膜10的进气口。
本发明的装置中，一级气体分离膜10和二级气体分离膜11的数量可根据处理量进行组合。
具体的工艺流程及各气体组分见图2，沼气入口流量为35Nm3/h，沼气的组成为（55%CH4，44%CO2，其他1%），沼气在进入一级气体分离膜10前需要经过经沼气压缩机16的增压，以及脱水、过滤等步骤达到膜分离的气质要求，
进入一级气体分离膜10（采用UBE的CO-C07FH膜组件）的沼气压力为0.9MPa，经过富集CO2后在一级气体分离膜10渗透侧的CO2浓度达到85.7%，渗透侧气体流量为10Nm3/h，渗余侧的约25NM3的气体中CH4浓度初步提升到了69.2%，渗余侧的气体进一步进入二级气体分离膜11（采用UBE的CO-C10FH膜组件），使得二级气体分离膜11渗余侧产品气中的CH4浓度为97.3%左右，完全满足国家三类天然气的标准。二级气体分离膜11渗透侧的气体中CH4纯度为35.7%，重新经过混合器18加压后进入一级气体分离膜10进行回收。而一级气体分离膜渗透侧的10Nm3/h气体经过CO2压缩机12增压至3.0MPa，进入精馏塔15进行提纯和气液分离，精馏塔15顶部的气体经冷凝器17冷凝后，与气液分离器13的出口气体经过混合器18混合后（大约为2.8Nm3/h，CH4纯度为50%左右）返回至一级气体分离膜10进一步回收CH4。在精馏塔14底部采出满足条件的液态CO2产品。
整个体系的中压缩功耗为9.5KWh，其中可用余热为8.5KWh（通过换热器将过程气体降温至40摄氏度），制冷功率为2KWh，合计每方沼气的处理能耗为0.33KW，运行能耗略高，但是如果合理利用余热，可以有效提高利用本工艺脱碳提纯的经济性。

Claims (7)

1.一种用于气体膜分离同步回收液态CO2的沼气脱碳的装置，其结构为：
一级气体分离膜的渗余侧出口连接至二级气体分离膜入口，一级气体分离膜的渗透侧出口气体通过CO2压缩机连接精馏塔的提馏段，精馏塔顶的冷凝器气体出口连接至混合器；
达标的天然气从二级气体分离膜的渗余侧排出，二级气体分离膜的渗透侧连接至混合器；
混合器的气体出口连接一级气体分离膜的进气口；
该装置的实施步骤为：
1)沼气的原料气通过一级气体分离膜进行沼气的初步提纯，渗余侧的气体通过二级气体分离膜控制达到天然气的质量标准；
2)将一级气体分离膜渗透侧的气体通过CO2压缩机增压后通过精馏塔，在精馏塔底部收集液态CO2，精馏塔顶部的尾气以及二级气体分离膜渗透侧的气体回到一级气体分离膜再次提纯用以提高CH4回收率；
通过膜分离和CO2的精馏，实现CH4的100％回收。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：一级气体分离膜和二级气体分离膜的数量根据设计运行压力、处理量及产品气纯度要求进行组合。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：原料气中的CO2体积分数在20％～90％之间。
4.根据权利要求1所述的装置，其中：一级气体分离膜的渗透侧气体CO2的体积分数控制在80％以上，气体压力为0～0.6MPa。
5.根据权利要求1所述的装置，其中：精馏塔顶部的尾气通过混合器回到一级气体分离膜。
6.根据权利要求1所述的装置，其中：CO2压缩机的排压为1.7～4MPa。
7.根据权利要求1所述的装置，其中：冷凝器将压缩后的气体降温至-20～-50℃，使80％以上的气体被液化，进行初步分离。
CN201310329942.XA 2013-07-31 2013-07-31 气体膜分离同步回收液态co2的沼气脱碳工艺和装置 Active CN103421565B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310329942.XA CN103421565B (zh) 2013-07-31 2013-07-31 气体膜分离同步回收液态co2的沼气脱碳工艺和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310329942.XA CN103421565B (zh) 2013-07-31 2013-07-31 气体膜分离同步回收液态co2的沼气脱碳工艺和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103421565A CN103421565A (zh) 2013-12-04
CN103421565B true CN103421565B (zh) 2016-05-11

Family

ID=49646961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310329942.XA Active CN103421565B (zh) 2013-07-31 2013-07-31 气体膜分离同步回收液态co2的沼气脱碳工艺和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103421565B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105502395B (zh) * 2015-12-22 2017-06-16 四川天采科技有限责任公司 一种适用于含高烃富二氧化碳气体的脱烃工艺
CN105927202A (zh) * 2016-04-27 2016-09-07 中国石油天然气股份有限公司 一种气井co2水力压裂后co2回收再利用装置
CN106147905A (zh) * 2016-08-12 2016-11-23 天津市振津石油天然气工程有限公司 小型移动式撬装轻烃回收装置
CN107081045A (zh) * 2017-04-14 2017-08-22 中国石油化工股份有限公司 一种捕集烟气中二氧化碳的方法及其专用设备
CN111256431B (zh) * 2020-02-13 2021-04-27 西安石油大学 一种混合冷剂沼气带压液化系统及其工作方法
JP7262504B2 (ja) * 2021-03-26 2023-04-21 本田技研工業株式会社 ガス濃縮方法及びガス濃縮装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102989257A (zh) * 2012-12-11 2013-03-27 雷学军 一种生物质填埋气体的综合利用设备及方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102989257A (zh) * 2012-12-11 2013-03-27 雷学军 一种生物质填埋气体的综合利用设备及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103421565A (zh) 2013-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103421565B (zh) 气体膜分离同步回收液态co2的沼气脱碳工艺和装置
CN103418210B (zh) 一种co2全捕集和h2s富集工艺
CN103468328B (zh) 一种新型低温甲醇洗工艺
CN106281476B (zh) 一种低温甲醇洗装置及一种脱除合成气中酸性气的方法
CN101492616B (zh) 一种聚乙二醇二甲醚脱硫脱碳合一吸收工艺
CN101126042B (zh) 天然气综合净化分离方法
CN102980374B (zh) 高纯度液体二氧化碳的制备方法及装置
CN104745260B (zh) 一种沼气制取高品质天然气并储存的方法及其设备
CN101760270A (zh) 脱除并回收天然气中co2的方法
CN104692325B (zh) 单吸收双解吸氢气和轻烃综合回收系统
CN102173382B (zh) 氯碱工业副产氢净化回收系统及其方法
CN103055660B (zh) 一种环己烷氧化尾气处理方法和处理系统
CN102502634A (zh) 高浓度二氧化碳排放气制备食品级co2的工艺方法
CN102161925A (zh) 一种利用沼气生产生物天然气的工艺
CN103320193B (zh) 沼气净化制高品质天然气的装置及其方法
CN103695043A (zh) 利用低温甲醇洗干燥、净化和冷却变换粗合成气和sng产品气的方法及其装置
CN1872679A (zh) 利用水泥窑尾气制备食品级液体二氧化碳的方法
CN103157346A (zh) 低温甲醇洗与co2捕集耦合方法及系统
CN203429147U (zh) 一种沼气纯化系统
CN103159580B (zh) 一种净化提浓垃圾填埋气中甲烷的方法
CN103724145B (zh) 一种填埋气净化回收甲烷的溶剂及方法
CN104624022A (zh) 双吸收双解吸氢气和轻烃综合回收系统
CN203333608U (zh) 一种沼气提纯系统
CN102284226A (zh) 从低浓度煤层气中分离甲烷的变压吸附和深冷组合工艺
CN103880578B (zh) 一种煤层气的富集工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant