CN104083989A - 沼气压力水洗提纯净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沼气压力水洗提纯净化方法，将增压后的沼气通入水洗塔，气体从塔体下部进入，水分为至少两级从塔体上部向下喷射将气体中二氧化碳和硫化氢去除，控制水洗塔内的压力为1.0-1.2MPa,所有喷水装置的总的水流量为0.6-0.72m3/h，产品气从排气阀排出水洗塔外。本发明利用二氧化碳、硫化氢和甲烷在水中的溶解度不同，依据物理吸附过程建造水洗塔，通过压力水洗，除去沼气中的二氧化碳和硫化氢气体，使得产品气满足GB18047-200要求，不需要填料和吸附剂，水洗塔内压力低，操作方便，成本低，能耗低、节约水资源，无排放，符合国家环保要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据二氧化碳和硫化氢与甲烷在水中的溶解度的差异通过压力水洗，将沼气中的二氧化碳和硫化氢去除的沼气压力水洗提纯方法。
背景技术
沼气是一种具有较高热值的可燃气体，主要成分为甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)和少量的氮气(N2)、氢气(H2)、氧气(O2)、硫化氢(H2S)等气体。目前，大量的沼气利用还是以低品位的热利用为主，但随着集中式沼气工程不断发展，单个沼气工程沼气产量不断增大，沼气的中高端利用途径不断扩展，其中沼气净化提纯后用于车用燃料、并入天然气管网等是今后沼气利用的重要发展方向。沼气净化提纯后用于车用燃料需符合车用压缩天然气标准(GB18047-200)，即甲烷含量≥95％，二氧化碳≤3％，硫化氢≤15mg/m3。
然而，沼气净化提纯却增加了生产成本，目前已经存在变压吸附、化学吸收等沼气提纯技术，不论是变压吸附还是化学吸收，都将涉及到吸附剂或者是吸收剂的使用，操作麻烦，系统复杂，且成本高，不环保。因此寻找一个净化提纯过程能耗低、效率高，并且气体中甲烷含量高、环保、成本低的沼气净化方法称为了目前本领域急需解决的问题之一。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种不需要填料和吸附剂、成本低、环保、能耗低的沼气压力水洗提纯净化方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种沼气压力水洗提纯净化方法，按照如下步骤完成：
(1)、将沼气通过沼气增压装置增压至≥2MPa；
(2)、将增压后的沼气通入水洗塔中，通过压力水洗除去沼气中的二氧化碳和硫化氢：所述水洗塔包括至少两层塔体，最下层塔体的下端设有储液段，所述储液段的底端设有排水阀，所述水洗塔的进气口设置在储液段的上部，所述储液段上还设有一上一下的两个液位窗，其中位于上方的液位窗位于水洗塔的进气口的下方，每层塔体内的顶部设有喷水装置，所述喷水装置包括喷水管和安装在喷水管上的喷嘴，所有喷水管的进水口伸出塔体外，最上层塔体的顶部设有除雾段，所述二氧化碳水洗塔的顶端设有排气阀；所述喷水管的进水口分别通过管道与布水器相连，所述布水器的进水口通过管道连接到储水罐，在布水器与储水罐连接的管道上设有泵；在向水洗塔内通入沼气之前，先对水洗塔进行喷水，当水位达到储液段上方的液位窗时，打开排气阀和排水阀，并向水洗塔内通入沼气，控制水洗塔内的压力≥1.0MPa,所有喷水装置的总的水流量≥0.6m3/h，产品气从排气阀排出水洗塔外。
采用上述技术方案。本发明的提纯方法通过物理吸收过程，实现CO2和H2S与甲烷的分离。压力对提纯效果有很大影响，其对溶解度的影响遵循Henry法则：Pi＝H·Cmax。
其中：Pi为压力[Pa]，H为Henry系数[Pa·m3/mol]，Cmax为饱和浓度[mol/m3]。
二氧化碳、硫化氢和甲烷在水中的溶解度情况见表1：
表1沼气中主要化合物在水中溶解情况
当压力增加时，三种气体在水中的溶解度增加，由于CH4的Henry系数最大，其在水中的溶解度就最小，调节合适的压力参数就能很好的分离甲烷和二氧化碳气体。
利用这一点，沼气通过增压装置增压至≥2MPa后通过缓冲罐后从水洗塔的进气口进入水洗塔，打开泵向布水器中充水，水从喷水装置喷淋到塔体内，待水位至储液段上一个液位窗时，打开储液段底部的排水阀和塔体顶端的排气阀，来调节塔内压力。
增压后的沼气(此时沼气压力≥2MPa)从气体进口进入塔体内，沼气进气流量为4-6m3/h，水分为至少两级从塔体上部向下喷射，塔内压力≥1.0Mpa，水的总流量≥0.6m3/h。水和气体二者逆流接触，提纯沼气从塔顶经干燥后收集，设备运转至少3分钟后，在产品气出口处利用沼气分析仪测定产品气成分。产品气满足GB18047-200要求，即甲烷含量≥95％，二氧化碳≤3％，硫化氢≤15mg/m3。
水洗塔上视镜体的设置便于观察塔体内水气的分布情况，适时调整进水流量和进气流量。本发明的二氧化碳水洗塔不需要吸附剂，不需要填料便能提纯沼气满足国标要求，塔内控制压力低，处理成本低，无污染。
作为优选：水洗塔内的压力为1.0-1.2MPa,所有喷水装置的总的水流量为0.6-0.72m3/h。压力和水的流量再增大，对产品气的纯度影响不大。
在上述技术方案中，从水洗塔下端排水阀出来的富含二氧化碳和硫化氢的水通过鼓气的方式将其中的二氧化碳和硫化氢排出，水再次返回到水洗塔中用于洗脱二氧化碳和硫化氢。水从解析塔的上部留下，鼓风机鼓风从解析塔的下部进入，将水中的二氧化碳和硫化氢去除，然后水再次进入储水罐中用于二氧化碳和硫化氢的洗脱，节约用水，成本低，环保，无三废排放。
在上述技术方案中：所述塔体内，所述水洗塔包括三层塔体。三层塔体，三个喷水装置，使得产品气的提纯效果更好，相对于两个喷水装置又不至于增加更多的成本。
在上述技术方案中：所述视镜体为双面视镜体，包括圆柱体形的视镜体本体，在视镜体本体上设有轴向中心孔，所述轴向中心孔的孔径与塔体的内径相同，在该视镜体本体上还设有径向通孔，所述所述径向通孔的两端的孔口上分别安装有可视镜，所述塔体上安装视镜体的位置对应设有径向孔，所述视镜体插入该径向孔中，并且所述视镜体的轴向中心孔的中心线与塔体的轴线在同一直线上。采用双面视镜体，更便于观察。
在上述技术方案中，为了便于清除纯化气体中的水雾，所述除雾段内设有除雾网。
有益效果：本发明利用二氧化碳、硫化氢和甲烷在水中的溶解度不同，依据物理吸附过程建造水洗塔，通过压力水洗，除去沼气中的二氧化碳和硫化氢气体，产品气纯度高，产品气满足GB18047-200要求，不需要填料、鲍尔环和吸附剂，水洗塔内压力低，操作方便，成本低，能耗低。本发明将富含二氧化碳和硫化氢气体的塔底水通过解析后从新用于沼气的压力水洗，节约水资源，无排放，符合国家环保要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中水洗塔的放大图
图3为本发明的视镜体的结构示意图；
图4为二氧化碳在水中溶解度等压线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1，如图1-3所示，本发明的沼气压力水洗提纯净化方法使用的提纯系统由增压装置1、缓冲罐2、水洗塔、干燥器4、解析塔5、鼓风机6、储水罐7、喷水管8、喷嘴9、视镜体10、布水器11、泵12、流量计13、流量调节阀14、压力表15、气体调节阀16、气体压力表17、除雾网18等部件组成。
沼气增压装置1为现有技术，在此不对其结构做赘述。
沼气增压装置1的气体出口通过管道与缓冲罐2的气体进口连通，缓冲罐2包括罐体，在罐体上设有进气口和气体出口，缓冲罐的顶部设有安全阀，其下端设有排污阀，罐体上还设有检测口和压力表。
水洗塔包括至少两层塔体3-1位于最顶层塔体3-1上方的除雾段3-6以及位于最下层塔体3-1下端的储液段3-2，此处优选为三层塔体3-1，每层塔体3-1之间通过法兰盘连接，最顶层塔体3-1和除雾段3-6之间通过法兰盘连接，最下层塔体3-1和储液段3-2之间通过法兰盘连接。
储液段3-2的底端设有排水阀3-3，排水阀3-3通过管道与位于解析塔5上部的进液口连通，解析塔5的下部设有气体进口，其结构为现有技术，在此不做赘述。鼓风机6的出风口通过管道与解析塔的气体进口相连；解析塔5的下端设有出水口，上端设有排气口，解析塔5的出水口通过管道接到储水罐7。
水洗塔的进气口3-4设置在储液段3-2的上部，缓冲罐2的气体进口通过管道与储液段3-2上的进气口3-4连通。在缓冲罐2与水洗塔的进气口之间的管道上设有气体调节阀16、流量计13和气体压力表17。
储液段3-2上还设有一上一下的两个液位窗3-5，其中位于上方的液位窗3-5位于水洗塔的进气口3-4的下方，每层塔体3-1内的顶部设有喷水装置，喷水装置包括喷水管8和安装在喷水管8上的喷嘴9，所有喷水管8的进水口伸出塔体3-1外，每个喷水管8的进水口分别通过一个管道与布水器11相连，布水器11的进水口通过管道连接到储水罐7，在布水器11与储水罐7连接的管道上设有泵12。每个喷水管8与布水器11相连的管道上分别设有流量计13和流量调节阀14。在布水器11与储水罐7连接的管道上还设有流量调节阀14、流量计13和压力表15。
最上层塔体3-1的顶部设有除雾段3-6，除雾段2-6内设有除雾网18。
水洗塔的顶端设有排气阀3-7，排气阀3-7通过管道与干燥器4连通，每层塔体3-1上还设有有视镜体10；视镜体10为双面视镜体，包括圆柱体形的视镜体本体10-1，在视镜体本体10-1上设有轴向中心孔10-2，轴向中心孔10-2的孔径与塔体3-1的内径相同，在该视镜体本体10-1上还设有径向通孔，径向通孔的两端的孔口上分别安装有可视镜10-3，塔体3-1上安装视镜体10的位置设有径向孔，视镜体10插入该径向孔中，并且视镜体10的轴向中心孔的中心线与塔体3-1的轴线在同一直线上。
使用时，通过沼气增压装置1将沼气压力增压至≥2MPa，将增压后的沼气储存在缓冲罐2内，提纯前，沼气的组成成分为：甲烷63.8％，二氧化碳36.1％，硫化氢885mg/m3。
打开泵12，调节阀14，向水洗塔内喷水，当水位到达水洗塔的储液段3-2的上一个液位窗3-5时，打开水洗塔的排气阀3-7和排水阀3-3，然后通入沼气，沼气进气流量为4-6m3/h，控制水洗塔内压力为1.0MPa，三个喷水装置的水总流量为0.6m3/h。从排气阀3-7出来的产品气经过干燥器4干燥后得到产品气，设备运转至少3分钟后检测产品气，产品气中甲烷含量为96.6％，二氧化碳2.9％，硫化氢≤15mg/m3，其含量满足国标要求。
排水阀3-3出来的富含二氧化碳和硫化氢气体的从解析塔5上部的进液口进入，与来自鼓风机6的风逆向行驶，从而将水中二氧化碳和硫化氢气体吹出，达到解析的目的。从解析塔5流出的水再到储水罐7，用作沼气的水洗提纯。
实施例2
其他条件与实施例1相同，原料沼气的含量也与实施例1相同，不同的是，控制水洗塔内压力为1.2MPa，水总流量为0.6m3/h。产品气中甲烷含量为96.7％，二氧化碳2.7％，硫化氢≤15mg/m3，其含量满足国标要求。
实施例3
其他条件与实施例1相同，原料沼气的含量也与实施例1相同，不同的是，控制水洗塔内压力为1.4MPa，水总流量为0.6m3/h。产品气中甲烷含量为96.6％，二氧化碳2.7％，硫化氢≤15mg/m3，其含量满足国标要求。增加压力对甲烷气体的纯度影响不是很大。
实施例4
其他条件与实施例1相同，原料沼气的含量也与实施例1相同，不同的是，控制水洗塔内压力为1MPa，水总流量为0.72m3/h。产品气中甲烷含量为96.7％，二氧化碳2.8％，硫化氢≤15mg/m3，其含量满足国标要求。
实施例5
其他条件与实施例1相同，原料沼气的含量也与实施例1相同，不同的是，控制水洗塔内压力为1.2MPa，水总流量为0.72m3/h。产品气中甲烷含量为96.7％，二氧化碳2.7％，硫化氢≤15mg/m3，其含量满足国标要求。
实施例6
其他条件与实施例1相同，原料沼气的含量也与实施例1相同，不同的是，控制水洗塔内压力为1MPa，水总流量为0.8m3/h。产品气中甲烷含量为96.7％，二氧化碳2.8％，硫化氢≤15mg/m3，其含量满足国标要求。增加水的流量，对产品纯度影响不大。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种沼气压力水洗提纯净化方法，按照如下步骤完成：
(1)、将沼气通过沼气增压装置增压至≥2MPa；
(2)、将增压后的沼气通入水洗塔中，通过压力水洗除去沼气中的二氧化碳和硫化氢：所述水洗塔包括至少两层塔体，最下层塔体的下端设有储液段，所述储液段的底端设有排水阀，所述水洗塔的进气口设置在储液段的上部，所述储液段上还设有一上一下的两个液位窗，其中位于上方的液位窗位于水洗塔的进气口的下方，每层塔体内的顶部设有喷水装置，所述喷水装置包括喷水管和安装在喷水管上的喷嘴，所有喷水管的进水口伸出塔体外，最上层塔体的顶部设有除雾段，所述二氧化碳水洗塔的顶端设有排气阀；所述喷水管的进水口分别通过管道与布水器相连，所述布水器的进水口通过管道连接到储水罐，在布水器与储水罐连接的管道上设有泵；在向水洗塔内通入沼气之前，先对水洗塔进行喷水，当水位达到储液段上方的液位窗时，打开排气阀和排水阀，并向水洗塔内通入沼气，沼气进气流量为4-6m3/h，控制水洗塔内的压力≥1.0MPa,所有喷水装置的总的水流量≥0.6m3/h，产品气从排气阀排出水洗塔外。
2.根据权利要求1所述沼气压力水洗提纯净化方法，其特征在于：水洗塔内的压力为1.0-1.2MPa,所有喷水装置的总的水流量为0.6-0.72m3/h。
3.根据权利要求1所述沼气压力水洗提纯净化方法，其特征在于：从水洗塔下端排水阀出来的富含二氧化碳和硫化氢的水通过鼓气的方式将其中的二氧化碳和硫化氢排出，水再次返回到水洗塔中用于洗脱二氧化碳和硫化氢。
4.根据权利要求1所述沼气压力水洗提纯净化方法，其特征在于：所述水洗塔包括三层塔体。
5.根据权利要求1所述沼气压力水洗提纯净化方法，其特征在于：所述视镜体为双面视镜体，包括圆柱体形的视镜体本体，在视镜体本体上设有轴向中心孔，所述轴向中心孔的孔径与塔体的内径相同，在该视镜体本体上还设有径向通孔，所述所述径向通孔的两端的孔口上分别安装有可视镜，所述塔体上安装视镜体的位置设有径向孔，所述视镜体插入该径向孔中，并且所述视镜体的轴向中心孔的中心线与塔体的轴线在同一直线上。
6.根据权利要求1所述沼气压力水洗提纯净化方法，其特征在于：所述除雾段内设有除雾网。
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