CN106190384A - 高回收率的沼气提纯天然气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高回收率的沼气提纯天然气方法,解决已有同类方法CH4收率低、能耗高的问题。原料沼气经沼气压缩机(1)加压后,与脱碳尾气回收气(14)混合,依次通过气液分离器(2)、脱硫系统(3)、脱碳系统(4),净化提纯得到产品天然气(12)。脱碳系统排出的尾气进入低能耗尾气回收系统(5),经提浓CH4后的回收气并入主线进入气液分离器重复使用;高浓度CO2气从尾气回收系统排出。经尾气回收再利用后,产品天然气CH4收率达99%以上,相比普通无尾气回收系统的装置,CH4收率提高5%~10%,装置废气CH4排放量减少94%。
Description
技术领域:
本发明与低能耗且高回收率的沼气提纯天然气的方法有关。
背景技术:
沼气的主要成份为CH4和CO2,沼气提纯天然气的主要工序即脱除CO2,亦即影响沼气提纯CH4收率的关键。目前工业上常用的沼气脱碳工艺主要有:高压水洗法、膜分离法和变压吸附法。三种工艺均对原料气的压力有一定要求,脱碳前需先将沼气加压至0.6~2.5MPa。经脱碳操作后,三种工艺排放的CO2都接近常压。对于沼气制CNG装置,原料沼气升压越高,则用于压缩CO2所浪费的功耗越大。若目标产品为低压管道天然气,则经脱碳后还需对产品天然气减压,则高压操作浪费的压缩功更大,能耗更高。
已有的集成式沼气提纯系统(cn202558833u),沼气脱碳工艺为变压吸附法。脱碳系统排出的尾气中的CH4没有重复使用;产品天然气CH4收率低,废气中CH4含量高,对环境污染重。洗涤水用量大,能耗高。
发明内容:
本发明的目的是提供一种在低压操作下,同时实现低能耗且高甲烷回收率的沼气提纯天然气的方法。
本发明的另一目的是最大限度的利用脱硫剂,且保证脱硫精度,同时又能保证在不影响装置正常运行的情况下,更换脱硫剂。
本发明的具体技术方案如下:
高回收率的沼气提纯天然气方法,包括一条沼气净化提纯主线和一条尾气回收支线。所述沼气净化提纯主线为:原料沼气经沼气压缩机1加压后,与脱碳尾气回收气14混合,进入气液分离器2,在此分离掉游离水等杂质,之后进入脱硫系统3脱除H2S,然后进入脱碳系统4脱除CO2,得到的产品天然气12输出界外。尾气回收支线为:脱碳系统4的脱碳尾气13经尾气压缩机6增压后进入尾气水洗塔7,在此将尾气中CO2通过水洗部分脱除,提浓CH4后的回收气14并入主线进入气液分离器2重复使用;尾气水洗塔7釜液经减压后进入解析塔8,其中溶解的CO2在此解析,解析得到的高浓度CO2废气15由塔顶排出,塔釜水经循环泵9加压后返回尾气水洗塔7重复使用。
作为优选,主线沼气压缩机1后可为0.2~0.5MPa低压操作。
作为优选,脱硫系统3可根据原料沼气中的H2S含量情况,采用常规湿法或干法脱硫工艺。
作为优选,脱硫系统3如采用干法脱硫工艺,脱硫器设置2台或多台串联或并联操作,可在不停车的情况下在线更换其中任1台的脱硫剂。正常生产时串联操作,在保证脱硫精度的前提下,可使前端脱硫器的脱硫剂达到完全饱和,使其充分利用。
所述的脱硫系统3采用第一、二脱硫器16、17并联,原料沼气24输送管经进第一、二气阀18、20分别进与第一、二脱硫器16、17连接,第一、二脱硫器16、17经第一、二阀门19、21与产品气25输送管连接,第一气阀18输出端经第三阀门22与第二阀门21输入端连接,第二气阀20输出端经第四阀门23与第一阀门19输入端连接。
作为优选,脱碳系统4采用低压变压吸附脱碳工艺,沼气中的CO2和水分被吸附剂床层吸附,CH4穿透吸附剂床层作为产品天然气输出。
作为优选,低能耗尾气回收系统5,可在0.2~0.5MPa的低操作压力下运行,且水洗精度仅需达到水洗后回收气14的CO2含量为30%~50%即可。
本发明有如下优点:
本发明脱碳系统4排出的尾气进入低能耗尾气回收系统5,经提浓CH4后的回收气返回主线气液分离器2重复利用。经尾气回收再利用后,产品天然气CH4收率达99%以上,相比普通无尾气回收系统的装置,CH4收率提高5%~10%,装置废气CH4排放量减少94%。
低能耗尾气回收系统5,在0.2~0.5MPa的低操作压力下运行,且水洗精度仅需达到水洗后回收气14的CO2含量为30%~50%即可。使得该系统可在低压、低洗涤水量的状态下操作,比普通水洗工艺节电达70%。
附图说明:
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明脱硫系统采用干法脱硫时的流程图。
具体实施方式:
实施例1:
原料沼气经沼气压缩机1加压后,与脱碳尾气回收气14混合,进入气液分离器2,沼气中的冷凝水及部分溶解在冷凝水中的杂质从11处连续排出,气相进入脱硫系统3脱除H2S。脱硫系统3共设置2台脱硫器,可串联或并联操作,且可在不停车的情况下在线更换其中任1台的脱硫剂。正常生产时串联操作,在保证脱硫精度的前提下,可使前端脱硫器的脱硫剂达到完全饱和,使其充分利用。脱硫器内积聚的游离水和污垢,不定期排出,脱硫后沼气进入脱碳系统4脱除CO2。该系统共设置5台吸附器,其中任何时刻均有1台吸附器进行吸附净化操作,其余各台分别进行均压升、均压降、终充、逆放、抽空等操作,使吸附器组连续稳定运行,得到的产品天然气12输出界外;脱碳系统4的解吸气13经尾气压缩机6增压后进入尾气水洗塔7,在此将解吸气中CO2通过水洗部分脱除,水洗后净化气14并入主线进入气液分离器2重复利用;尾气水洗塔7釜液经减压后进入解析塔8,其中溶解的CO2在此解析后,解析废气15由塔顶排出,经再生后的洗涤水由塔釜排出,经循环泵9加压后返回尾气水洗塔7重复使用。
干法脱硫流程:
正常生产为串联流程,关闭阀门19、20、22,开启阀门18、21、23。原料沼气24经进气阀18进入脱硫器16的脱硫剂床层,将沼气中的绝大部分H2S脱除,然后经阀门23进入脱硫器17的脱硫剂床层,进一步深度脱硫,脱硫后净化气经阀门21离开系统,得到净化后产品气25。当检测到脱硫器16的进出口硫含量几乎无变化时,或脱硫器17出口硫含量接近控制值时,说明脱硫器16的脱硫剂已达到饱和状态,需对其进行更换或再生。
此时需切换到并联流程,关闭阀门18、19、22、23,开启阀门20、21,26隔离以对其进行脱硫剂的更换或再生。完成脱硫剂的更换或再生后,再次切换为串联流程,并切换原料气流经两脱硫器的先后顺序,关闭阀门18、21、23,开启阀门19、20、22,即原料沼气24依次通过阀门20、脱硫器17、阀门22、脱硫器16、阀门19,得到净化后产品气25离开脱硫系统。
如此往复循环操作,可最大限度的利用脱硫剂,且保证脱硫精度,同时又能保证在不影响装置正常运行的情况下,更换脱硫剂。
工艺参数如下:
主线沼气压缩机1和支线尾气压缩机6后的操作压力均为0.15MPa,解析塔8的操作压力为常压。
进入沼气压缩机的原料沼气10流量840Nm3/h,CH4含量57%,CO2含量41%;产品天然气16产量500.88Nm3/h,CO2含量<2%,CH4收率99.3%。沼气压缩机1轴功率46kw,尾气压缩机6轴功率13kw,单位产品天然气总电耗:0.258kwh。
实施例2:
工艺流程和操作状态与实施例1基本相类似,其差别仅在于主线沼气压缩机1和支线尾气压缩机6后的操作压力均为0.3MPa,解析塔8的操作压力为常压。
进入沼气压缩机的原料沼气10流量840Nm3/h,CH4含量57%,CO2含量41%;产品天然气16产量499.42Nm3/h,CO2含量<2%,CH4收率99.6%。沼气压缩机1轴功率59kw,尾气压缩机6轴功率17kw,单位产品天然气总电耗:0.309kwh。
Claims (7)
1.高回收率的沼气提纯天然气方法,其特征在于:原料沼气经沼气压缩机(1)加压后,与脱碳尾气回收气(14)混合,依次通过气液分离器(2)、脱硫系统(3)、脱碳系统(4),净化提纯得到产品天然气(12),脱碳系统排出的尾气进入低能耗尾气回收系统(5),经尾气压缩机(6)增压后进入尾气水洗塔(7),在此将尾气中CO2通过水洗部分脱除,提浓CH4后的回收气(14)并入主线进入气液分离器(2)重复使用;尾气水洗塔的釜液经减压后进入解析塔(8),其中溶解的CO2在此解析后由塔顶排出,塔釜水经循环泵(9)加压后返回尾气水洗塔(7)重复使用。
2.根据权利要求1的高回收率的沼气提纯天然气方法,其特征在于:所述的沼气压缩机(1)和尾气压缩机(6),采用排气压力为0.2~0.5MPa的低压往复式压缩机,压缩级数可为1级或2级。
3.根据权利要求1的高回收率的沼气提纯天然气方法,其特征在于:所述的脱硫系统(3),可根据原料沼气中的H2S含量情况,采用常规湿法、干法或生物脱硫工艺。
4.根据权利要求3的高回收率的沼气提纯天然气方法,其特征在于:所述的脱硫系统(3)采用干法脱硫工艺,脱硫器设置2台或多台串联或并联操作,在不停车的情况下在线更换其中任1台的脱硫剂,正常生产时串联操作。
5.根据权利要求4的高回收率的沼气提纯天然气方法,其特征在于:所述的脱硫系统(3)采用第一、二脱硫器(16、17)并联,原料沼气(24)输送管经进第一、二气阀(18、20)分别进与第一、二脱硫器(16、17)连接,第一、二脱硫器(16、17)经第一、二阀门(19、21)与产品气(25)输送管连接,第一气阀(18)输出端经第三阀门(22)与第二阀门(21)输入端连接,第二气阀(20)输出端经第四阀门(23)与第一阀门(19)输入端连接。
6.根据权利要求1的高回收率的沼气提纯天然气方法,其特征在于:所述的脱碳系统(4)采用低压变压吸附脱碳工艺,沼气中的CO2和水分被吸附剂床层吸附,CH4穿透吸附剂床层作为产品天然气输出。
7.根据权利要求1的高回收率的沼气提纯天然气方法,其特征在于:所述的低能耗尾气回收系统(5),在0.2~0.5MPa的低操作压力下运行,且水洗精度仅需达到水洗后回收气(14)的CO2含量为30%~50%即可。
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