CN104087355B - 一种生物质沼气提纯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生物质沼气提纯方法，将未处理的沼气，通入微粒滤过器，使气流中的微粒和冷凝物分化出来，再进入干燥塔，经干燥去除水分，再经过脱硫塔，在常温常压下去除硫化物，再将脱硫后的沼气经过压缩机，压缩到21-24.5MPa。再经回冷器，使其温度降低后再流入低温提纯塔，控制低温提纯塔内温度-56℃，使沼气中的CO₂液化从低温提纯塔下部析出，得到纯净的甲烷气体，纯净的甲烷气体再经低温提纯塔上方流入回冷器，经回冷器热交换后，温度控制在11-14℃后，通过控制阀门排出，最后由CNG储罐收集，得到纯净的甲烷。本方法的提纯率高，可有效去除H₂S、H₂O、CO₂、卤化混合等气体，达到甲烷浓度在99％以上。

Description

一种生物质沼气提纯方法

技术领域

本发明涉及资源与环境技术领域。更具体地，涉及一种生物质沼气提纯方法。

背景技术

沼气工程建设直接产品是沼气，沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷，含量约为50—75％，其次是25—45％的二氧化碳，此外还有其它气体，如硫化氢、一氧化碳、氮气、水蒸气、氧气等。沼气与天然气组分相差很大，天然气甲烷含量高达96％，热值达33500KJ/m³，而沼气热值只达到天然气的一半左右，这就限制了沼气的用途，主要用于照明、民用和商业灶具、工业热源、沼气发电等，可代替秸秆、薪柴、煤炭等燃料。

沼气的净化主要是对沼气中的H₂S、H₂O、CO₂、卤化混合气体和硅氧烷的去除，如果沼气燃烧放出SO₂，会比H₂S造成更大的危害，SO₂会降低露点，溶于水后生成亚硫酸有腐蚀性；如果导气管中积累了水会溶解H₂S而腐蚀管道，此外当沼气被加压储存时，为了防止因为凝结水而冻坏储气罐，所以必须对水进行去除；去除CO₂是因为CO₂降低了沼气的能量密度，如果所用的沼气需要达到天然气标准或者被用作汽车燃料，那么就必须对其中的CO₂进行去除。目前，国内沼气工程开展沼气提纯工作缓慢，沼气大多只作为农村灶具燃料使用，用途少，使用价值低，在可再生能源发展受到高度重视的现状下，沼气提纯制取生物天然气，扩大沼气用途尤为重要，特别是沼气内一部分杂质未能彻底去除限制了沼气应用领域；又因成本和环境的原因，导致成本过高，工艺复杂，可循环性差，不能很好的发展沼气应用。

因此，需要提供一种净化效率高，操作简单，成本低廉，灵活可靠、适应性好的生物质沼气提纯方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种净化效率高，操作简单，成本低廉，灵活可靠、适应性好的生物质沼气提纯方法。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种生物质沼气提纯方法，包括如下步骤：

第一步：将沼气通入微粒滤过器，待颗粒物与冷凝物分离后，经干燥塔干燥；

第二步：将干燥后的沼气通入脱硫塔进行脱硫，然后经过压缩机压缩，再经第一回冷器降温；

第三步：将降温后的沼气通入低温提纯塔，沼气中液化的CO₂从低温提纯塔下部析出，纯净的甲烷气体经低温提纯塔上方流入第二回冷器，与第二回冷器热交换后，通过控制阀门排出，由CNG储罐收集，得到纯净的甲烷。

优选地，第二步所述脱硫是根据化学原理，在常温常压下采用干法脱硫连续再生工艺去除硫化物；脱硫剂以氧化铁为主要活性催化组分。

脱硫剂还包括多种助催化剂与载体，脱硫率可达90％以上。

多种催化剂主要由石灰石、碳酸钠、乙醇胺化合物、碱性硫酸铝、氧化钙、氧化镁构成。载体为活性炭、活性焦或活性碳纤维中的任何一种，其比表面积为150～2500m²·g^-1。

优选地，第二步所述压缩是将沼气压缩到21-24.5MPa。

优选地，第三步所述低温提纯塔内温度控制在-56℃。

脱除CO₂是根据物理原理，经脱硫后的沼气，主要成分为甲烷与二氧化碳气体，三相点是指在热力学里，可使一种物质三相(气相，液相，固相)共存的一个温度和压力的数值。CO₂的三相点参数为：温度-56摄氏度，压力0.52MPa。干冰在三相点以上吸热时融化为液态二氧化碳；在三相点和三相点一下吸热时，则直接升华为二氧化碳蒸气。由于CO₂在气体与液体中的溶解度有限，当温度低于固体CO₂形成温度时，气体或液体中CO₂的含量超过其饱和溶解度后，就会有CO₂析出。

优选地，第三步所述经过第二回冷器(8)热交换后的沼气温度为11-14℃。

本发明的有益效果如下：

1、本发明方法可有效去除H₂S、H₂O、CO₂、卤化混合等气体，且沼气提纯率高，采用本发明方法提纯后甲烷浓度达到99％以上。

2、脱硫工艺采用干法脱硫连续再生方法，操作简单，具有可连续性。

3、本发明利用物理原理——三相点，有效的控制压力及温度，分离甲烷与二氧化碳气体，且三相点的方式是在低温提纯塔内来实现，不采用溶剂吸附等复杂方式，成本低、操作简单。

4、天然气提纯也有低温液化方式，但一般所指的是使甲烷液化成为LNG的过程中脱去二氧化碳等其他成分，要求的工艺温度达-170℃以下，投入能耗较高，且不适于中小规模生产，产出的LNG在贮存方面有一定的危险性。本发明采用的提纯用俩个回冷器使得最终存储方式直接采用CNG模式。获取的甲烷气体为高压形态以CNG模式存储，便于商品流通，用于化工原料、民用燃料、车用天然气领域等。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明实施例的生物质沼气提纯方法流程图。

图1中：1、沼气，2、微粒滤过器，3、干燥塔，4、脱硫塔，5、压缩机，6、回冷器，7、低温提纯塔，8、回冷器，9、控制阀门，10、CNG储罐。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，将未处理的沼气1，通入微粒滤过器2，使气流中的微粒和冷凝物分化出来，再进入干燥塔3，经干燥使水分去除，再经过脱硫塔4，在常温常压下去除硫化物，脱硫工艺采用干法脱硫连续再生工艺，其中脱硫剂以氧化铁为主要活性催化组分，并添加多种助催化剂与载体，脱硫率可达90％以上；再将脱硫后的沼气经过压缩机5，压缩到22MPa；再经回冷器6，使其温度降低后再流入低温提纯塔7，控制低温提纯塔内温度-56℃，使沼气中的CO₂液化从低温提纯塔下部析出，得到纯净的甲烷气体，纯净的甲烷气体经低温提纯塔7上方流入回冷器8，经回冷器8热交换后，温度控制在11-14℃后，通过控制阀门9排出，最后由CNG储罐10收集，得到纯净的甲烷。所得甲烷浓度为99.1％。排出的CO₂由回收装置进行收集。

实施例2

一种生物质沼气提纯方法，包括如下步骤：

第一步：将沼气1通入微粒滤过器2，待颗粒物与冷凝物分离后，经干燥塔3干燥；

第二步：将干燥后的沼气通入脱硫塔4进行脱硫，然后经过压缩机5压缩到21MPa，再经第一回冷器6降温；所述脱硫是在常温常压下采用干法脱硫连续再生工艺去除硫化物；脱硫剂以氧化铁为主要活性催化组分，还包括多种助催化剂与载体。脱硫率为90％以上。

第三步：将降温后的沼气通入低温提纯塔7，沼气中液化的CO₂从低温提纯塔7下部析出，纯净的甲烷气体经低温提纯塔7上方流入第二回冷器8，与第二回冷器8热交换后，沼气温度控制为11℃，通过控制阀门排出，由CNG储罐收集，得到纯净的甲烷，所得甲烷浓度为99.7％。所述低温提纯塔7内温度控制在-56℃。

实施例3

一种生物质沼气提纯方法，包括如下步骤：

第一步：将沼气1通入微粒滤过器2，待颗粒物与冷凝物分离后，经干燥塔3干燥；

第二步：将干燥后的沼气通入脱硫塔4进行脱硫，然后经过压缩机5压缩到24.5MPa，再经第一回冷器6降温；所述脱硫是在常温常压下采用干法脱硫连续再生工艺去除硫化物；脱硫剂以氧化铁为主要活性催化组分，还包括多种助催化剂与载体。脱硫率为90％以上。

第三步：将降温后的沼气流入低温提纯塔7，沼气中液化的CO₂从低温提纯塔7下部析出，纯净的甲烷气体经低温提纯塔7上方流入第二回冷器8，与第二回冷器8热交换后，沼气温度控制为11℃，通过控制阀门排出，由CNG储罐收集，得到纯净的甲烷，所得甲烷浓度为96％。所述低温提纯塔7内温度控制在-56℃。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (2)

1.一种生物质沼气提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：将沼气(1)通入微粒滤过器(2)，待颗粒物与冷凝物分离后，经干燥塔(3)干燥；

第二步：将干燥后的沼气通入脱硫塔(4)进行脱硫，然后经过压缩机(5)压缩，再经第一回冷器(6)降温；

第三步：将降温后的沼气通入低温提纯塔(7)，沼气中液化的CO₂从低温提纯塔(7)下部析出，纯净的甲烷气体经低温提纯塔(7)上方流入第二回冷器(8)，与第二回冷器(8)热交换后，通过控制阀门排出，由CNG储罐收集，得到纯净的甲烷；

第二步所述压缩是将沼气压缩到21-24.5MPa；

第三步所述低温提纯塔(7)内温度控制在-56℃；

第三步所述经过第二回冷器(8)热交换后的沼气温度为11-14℃。

2.根据权利要求1所述的生物质沼气提纯方法，其特征在于：第二步所述脱硫是指在常温常压下采用干法脱硫连续再生工艺去除硫化物；脱硫剂以氧化铁为主要活性催化组分。