CN106701231A - 一种填埋气提纯方法 - Google Patents

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Abstract

本发明填埋气提纯方法，包括接收预处理后的填埋气的沼气缓冲罐、沼气压缩机、过滤器、冷干机、除油器、换热器、加热器、膜分离器，其中过滤器在管线方向先后连接设置有多个，膜分离器串联的地设置有至少两级中空纤维膜接触器组，中空纤维膜接触器组中的中空纤维膜为硅橡胶中空纤维膜，该硅橡胶中空纤维膜外径130～190μm，壁厚20～50μm；各组中每个中空纤维膜接触器中膜面积1～6m2。本发明具有良好的填埋气净化提纯效果，有效去除有毒有害杂质，使得提纯后的填埋气满足工业以及生活燃料的要求。

Description

一种填埋气提纯方法
技术领域
本发明涉及一种垃圾填埋气脱硫脱硅等去除有毒有害杂质的提纯方法，特别是一种填埋气提纯方法。
背景技术
在21世纪的今天，人类正面临两个严重的环境问题挑战，一方面是垃圾管理问题，另一方面是温室效应加剧问题。
常用生活垃圾处理方式有：(1)卫生填埋；(2)堆肥化处理；(3)焚烧处理。其中卫生填埋是处理城市生活垃圾的主要方式。目前，我国有80％以上的生活垃圾采取卫生填埋方式处理。垃圾填埋所产生的垃圾填埋气的组成成分为二氧化碳、甲烷、氮气、氧气、氨气、硫化氢以及其他有机气体。该垃圾填埋气是一种潜在的清洁能源，其热值一般为7450～22350KJ/m3，脱水除去CO2等杂质组分后，可将热值进一步提高，达到或接近天然气的热值。典型的垃圾填埋气中，甲烷含量约为45％～55％，二氧化碳含量约为40％～55％。如果垃圾填埋气直接排放会产生较强的温室效应。据统计，在美国、德国等一些发达国家，垃圾填埋场已经成为第一大温室气体排放源。然而，目前大部分净化设备只对垃圾填埋气中的甲烷进行提纯，而二氧化碳被当成废气排入到大气中，加剧温室效应。
垃圾填埋气体又称填埋气，是垃圾在填埋后生物降解过程中产生的气体，具有危害性；填埋气体主要成分是甲烷、二氧化碳，其中甲烷约为45％～50％，二氧化碳为40％～60％，还含有少量的有害杂质包括硫化氢和硅氧烷等；进行过加工处理的填埋气，可以直接供给工业及温室用户，其中用于供暖或工业生产这种方式沼气的热效率最高；填埋气经收集后，经压缩机加压输送至内燃机组，经燃烧转化成电能传输到电力升压站，输送到当地电网供用户使用；填埋气除了用于供热供电以外，还可作为运输工具的动力燃料，经脱水净化处理后作为管道气体，应用于二氧化碳工业，用作生产甲醇的燃料等。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种填埋气提纯方法，具有良好的填埋气净化预处理效果，有效去除杂质气以及有毒有害杂质，实现填埋气的提纯，从而便于生产生活的利用，降低提纯的难度和成本，并提高提纯效率。
本发明公开的填埋气提纯方法，包括如下步骤：经过预处理的填埋气在沼气缓冲罐进行缓冲，而后进入沼气压缩机进行加压，而后经过冷干机进行冷却以去除水分，再经除油器除油除水，而后经换热器进行换热回收余热，而后经加热器对气体进行加热，再经膜分离器分离除去过量的氧气和二氧化碳及其它杂质气体，从而获得提纯后的产品气。
本发明公开的填埋气提纯方法的一种改进，膜分离器串联的地设置有至少两级中空纤维膜接触器组，中空纤维膜接触器组中的中空纤维膜为硅橡胶中空纤维膜，该硅橡胶中空纤维膜外径130～190μm，壁厚20～50μm；各组中每个中空纤维膜接触器中膜面积1～6m2。
本发明公开的填埋气提纯方法的一种改进，膜分离器中中空纤维膜接触器组按照串联层次分级，前一级中空纤维膜接触器组处理过的填埋气依次进入下一级进行处理。
本发明公开的填埋气提纯方法的一种改进，同一级的中空纤维膜接触器组中包括并联设置的至少两个中空纤维膜接触器。
本发明公开的填埋气提纯方法的一种改进，除油器的吸附界面上还设有吸附板。
本发明公开的填埋气提纯方法的一种改进，吸附板包括刚性的芯部和包覆在芯部外侧的多孔泡沫结构。进一步优选的，多孔泡沫结构其表面孔径为3-8mm；本方案以较大的表面孔径，增加气体与多孔泡沫表面的接触和吸附性，特别是在存在悬浮液滴油相时，则使其被直接吸附到孔表面，并顺利滑落，从而避免因孔径过小而使油滴在长大过程中极易堵塞孔结构，过大则不仅影响到接触面积还会影响到泡沫强度；进一步优选的，多孔泡沫结构其材质为，聚偏氟乙烯10-20重量份；聚氯乙烯7-15重量份；聚氨酯3-8重量份；无机添加剂1-4.0重量份，通过不同表面性能的材料之间的组配，从而对泡沫表面性能从而增加其表面对油相的吸引能力，同时又具有良好的光洁度，从而使油相易于从吸附面滑落，从而增加易清洁性。
本发明公开的填埋气提纯方法的一种改进，吸附板的芯部为铁质。优选的，芯部表面还具有凸出其表面的取向结构。进一步优选的，凸出部分的长度为0.01-0.03mm。本方案通过采用适当凸出长度的纤维增强过渡结构(凸出部分)，其凸出在芯部表面特定的长度，从而在芯部与外包层之间形成适当的“钉扎”，并且通过对该长度的控制，避免过短而“钉扎”效果不明显，对两者之间的连接增强作用不显著而影响到产品的性能，同时避免过长以在使用过长中受力时而在突出界面处形成较大力矩而是突出部在界面处发生断裂，从而影响整体的使用性能，由此在此长度下是的两者之间具有极好的结合加强性能，而增强材料的耐磨损和腐蚀性能，并且避免了材料的层间剥离。同时，该钉扎结构还可以有效地优化吸附板外保持结构的缺陷，从而提升吸附板的整体耐腐蚀性能。并且以该钉扎结构在边沿出还可以形成较为独特的边缘微型锯齿结构从而产生有效的剪切效应而增强消泡的效果。进一步优选的，纤维增强过渡结构的取向纤维结构为至少部分取向的铁汞齐。以主体结构的多孔表面以铁质薄层形成诱导面并进一步地涂刷汞盐溶液，从而实现铁汞齐的形成，同时通过对溶液浓度和环境温度从而实现取向。该方案中通过采用的表面生长的铁汞齐，从而提高表面结合能力，以其生长的固态增强结构，从而提高了与外包结构的结合性能，从而提升防腐耐磨性能，延长产品的使用寿命。
本发明公开的填埋气提纯方法的一种改进，吸附板为由小块的板单元经过链合而成。可以增加边界长度，并配合边缘独特的锯齿从而有效增强消泡效果。
本发明公开的填埋气提纯方法，具有良好的填埋气提纯效果和较高的提纯效率，有效去除有毒有害杂质以及影响使用安全性和正常使用的杂质气体，从而提高产品的使用安全性和便利性，并且降低提纯成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中，填埋气提纯方法，包括如下步骤：经过预处理的填埋气在沼气缓冲罐进行缓冲，而后进入沼气压缩机进行加压，而后经过冷干机进行冷却以去除水分，再经除油器除油除水，而后经换热器进行换热回收余热，而后经加热器对气体进行加热，再经膜分离器分离除去过量的氧气和二氧化碳及其它杂质气体，从而获得提纯后的产品气。
与上述实例相区别的，膜分离器串联的地设置有两级中空纤维膜接触器组(还可以设置有三级、四级、五级或者更多级)，中空纤维膜接触器组中的中空纤维膜为硅橡胶中空纤维膜，该硅橡胶中空纤维膜外径130μm(外径还可以为包括而不限于如下任一：135、140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190以及130～190μm范围内的其它任意值)，壁厚20μm(外径还可以为包括而不限于如下任一：35、40、45、50、25、30以及20～50μm范围内的其它任意值)；各组中每个中空纤维膜接触器中膜面积1m2(每个中空纤维膜接触器中膜面积还可以为包括而不限于如下任一：1.05、1.1、1.15、1.2、1.25、1.3、1.35、1.40、1.45、1.50、1.55、1.60、1.65、1.70、1.75、1.80、1.85、1.90、1.95、2、2.05、2.1、2.15、2.2、2.25、2.3、2.35、2.40、2.45、2.50、2.55、2.60、2.65、2.70、2.75、2.80、2.85、2.90、2.95、3、3.05、3.1、3.15、3.2、3.25、3.3、3.35、3.40、3.45、3.50、3.55、3.60、3.65、3.70、3.75、3.80、3.85、3.90、3.95、4、4.05、4.1、4.15、4.2、4.25、4.3、4.35、4.40、4.45、4.50、4.55、4.60、4.65、4.70、4.75、4.80、4.85、4.90、4.95、5、5.05、5.1、5.15、5.2、5.25、5.3、5.35、5.40、5.45、5.50、5.55、5.60、5.65、5.70、5.75、5.80、5.85、5.90、5.95、6以及1～6m2范围内的其它任意值)。
与上述实例相区别的，膜分离器中中空纤维膜接触器组按照串联层次分级，前一级中空纤维膜接触器组处理过的填埋气依次进入下一级进行处理。
与上述实例相区别的，同一级的中空纤维膜接触器组中包括并联设置的至少两个中空纤维膜接触器。
与上述实例相区别的，除油器的吸附界面上还设有吸附板。
与上述实例相区别的，吸附板包括刚性的芯部和包覆在芯部外侧的多孔泡沫结构。
与上述实例相区别的，多孔泡沫结构其表面孔径为3mm(多孔泡沫结构其表面孔径还可以为包括而不限于如下任一：3.05、3.1、3.15、3.2、3.25、3.3、3.35、3.40、3.45、3.50、3.55、3.60、3.65、3.70、3.75、3.80、3.85、3.90、3.95、4、4.05、4.1、4.15、4.2、4.25、4.3、4.35、4.40、4.45、4.50、4.55、4.60、4.65、4.70、4.75、4.80、4.85、4.90、4.95、5、5.05、5.1、5.15、5.2、5.25、5.3、5.35、5.40、5.45、5.50、5.55、5.60、5.65、5.70、5.75、5.80、5.85、5.90、5.95、6、6.05、6.1、6.15、6.2、6.25、6.3、6.35、6.40、6.45、6.50、6.55、6.60、6.65、6.70、6.75、6.80、6.85、6.90、6.95、7、7.05、7.1、7.15、7.2、7.25、7.3、7.35、7.40、7.45、7.50、7.55、7.60、7.65、7.70、7.75、7.80、7.85、7.90、7.95、8以及3-8mm范围内的其它任意值)。
与上述实例相区别的，多孔泡沫结构其材质为，聚偏氟乙烯10重量份(聚偏氟乙烯用量还可以为包括而不限于如下任一：10.50、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20以及10-20重量份范围内的其它任意值)；聚氯乙烯7重量份(聚氯乙烯用量还可以为包括而不限于如下任一：7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.50、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15以及7-15重量份范围内的其它任意值)；聚氨酯3重量份(聚氨酯用量还可以为包括而不限于如下任一：3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8以及3-8重量份范围内的其它任意值)；无机添加剂1重量份(无机添加剂用量还可以为包括而不限于如下任一：1.5、2、2.5、3、3.5、4以及1-4重量份范围内的其它任意值)。
与上述实例相区别的，吸附板的芯部为铁质。
与上述实例相区别的，芯部表面还具有凸出其表面的取向结构。
与上述实例相区别的，凸出部分的长度为0.01mm(凸出部分的长度还可以为包括而不限于以下列举中的任一：0.02、0.03、0.014、0.016、0.017、0.019、0.022、0.023、0.025、0.027、0.028、0.029以及0.01-0.03mm范围内的其它任意值)。
与上述实施例相区别的，纤维增强过渡结构(即凸出部分)的取向纤维结构为取向的铁汞齐。
与上述实施例相区别的，纤维增强过渡结构的取向纤维结构为取向的铁汞齐。
与上述实施例相区别的，纤维增强过渡结构的取向纤维结构为取向的铁汞齐，取向方向为垂直于硅橡胶表面。
与上述实施例相区别的，纤维增强过渡结构的取向纤维结构为取向的铁汞齐，取向方向为与硅橡胶表面倾斜。
与上述实施例相区别的，纤维增强过渡结构的取向纤维结构为取向的铁汞齐，取向方向为与硅橡胶表面倾斜，其倾斜角度为30度(倾斜角度还可以为包括而不限于以下列举中的任一：31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45以及30-45度范围内的其它任意值)。该倾斜角度范围的内的铁汞齐使得硅橡胶与复合保护层之间的结合性能与其他方向取向时相比得到增强30-50％的效果，这是利用了钉扎和倾角的嵌合之间配合获得的。
实施例2
本实施例中，填埋气提纯方法，提高采用包括接收预处理后的填埋气的沼气缓冲罐、沼气压缩机、过滤器、冷干机、除油器、换热器、加热器、膜分离器的设备对预处理后的填埋气进行提纯，其中过滤器在管线方向先后连接设置有多个，膜分离器串联的地设置有两级中空纤维膜接触器组，其中第一级包括一个中空纤维膜接触器，第二级包括并联的两个中空纤维膜接触器，中空纤维膜接触器组中的中空纤维膜为硅橡胶中空纤维膜，该硅橡胶中空纤维膜外径137μm，壁厚28μm；各组中每个中空纤维膜接触器中膜面积4.3m2，并且吸附板包括刚性的芯部和包覆在芯部外侧的多孔泡沫结构，芯部表面形成有取向倾斜角度为35.5度长度0.0173mm的铁汞齐。本实施例提高该设备，在宁波周边垃圾填埋场对填埋气进行预处理后再经过预处理的填埋气进行提纯，得到产品气中甲烷含量不低于88.81％、二氧化碳不高于2.54％、氧气不高于0.46％、余量为氮气及微量杂质，设备连续运行10万小时，设备各部分均表面无明显损坏，吸附板无明显裂纹损坏。
本实施例中，经过预处理的填埋气，1500Nm3/h，压力10-30kpa，甲烷含量56％、二氧化碳37.5％、氧气1％、氮气5.5％、硫化氢5ppm，在沼气缓冲罐进行缓冲后提高填埋气输出的稳定性，进入沼气压缩机进行加压提高气体压力，而后经过冷干机进行冷却以去除水分，再经除油器除油除水，而后经换热器进行换热提高余热利用率，而后经加热器对气体进行适度加热从而便于后续工序提高提纯效率，再经膜分离器分离氧气和二氧化碳及其它杂质气体，从而使得产品气900Nm3/h，压力1.0-1.2Mpa，甲烷含量88.81％、二氧化碳2.54％、氧气0.46％、氮气8.18％。
本方法中，还可以在设备间设置多个过滤器(如沼气压缩机与冷干机之间、冷干机与除油器之间、除油器与换热器之间等)，以尽可能地除杂降低杂质的影响。
本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种填埋气提纯方法，其特征在于，包括如下步骤：经过预处理的填埋气在沼气缓冲罐进行缓冲，而后进入沼气压缩机进行加压，而后经过冷干机进行冷却以去除水分，再经除油器除油除水，而后经换热器进行换热回收余热，而后经加热器对气体进行加热，再经膜分离器分离除去过量的氧气和二氧化碳及其它杂质气体，从而获得提纯后的产品气。
2.根据权利要求1所述的填埋气提纯方法，其特征在于，所述膜分离器串联的地设置有至少两级中空纤维膜接触器组，中空纤维膜接触器组中的中空纤维膜为硅橡胶中空纤维膜，该硅橡胶中空纤维膜外径130～190μm，壁厚20～50μm；各组中每个中空纤维膜接触器中膜面积1～6m2。
3.根据权利要求2所述的填埋气提纯方法，其特征在于，所述膜分离器中中空纤维膜接触器组按照串联层次分级，前一级中空纤维膜接触器组处理过的填埋气依次进入下一级进行处理。
4.根据权利要求4所述的填埋气提纯方法，其特征在于，所述同一级的中空纤维膜接触器组中包括并联设置的至少两个中空纤维膜接触器。
5.根据权利要求1所述的填埋气提纯方法，其特征在于，所述除油器的吸附界面上还设有吸附板。
6.根据权利要求5所述的填埋气提纯方法，其特征在于，所述吸附板包括刚性的芯部和包覆在芯部外侧的多孔泡沫结构。
7.根据权利要求6所述的填埋气提纯方法，其特征在于，所述吸附板的芯部为铁质。
8.根据权利要求7所述的填埋气提纯方法，其特征在于，所述吸附板为由小块的板单元经过链合而成。
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