CN106731503B - 一种加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，涉及沼气提纯净化设备的技术领域。本发明包括塔体，塔体包括至少两段填料段，最底端的填料段的底部设有蓄水段，蓄水段的底部设有出液口，蓄水段的上部设有进气口，每段填料段的顶部设有进液口，塔体的顶部设有出气口；不同段填料段之间的直径自下往上依次减小，每段填料段的内部均设有散堆填料层和规整填料层，规整填料层的上方设有物料分布器。本发明采用多段直径不同的填料段组成塔体，减小了塔体的直径，节约了装置的一次性投资，降低了水的循环用量，降低了能耗，避免了出现壁流现象和由壁流效应而造成气液两相在填料层中分布不均的现象，提高了装置的吸收效率。

Description

一种加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置

技术领域

本发明涉及沼气提纯净化设备的技术领域，特别是指一种加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置。

背景技术

沼气提纯主要是去除沼气中的二氧化碳，提高燃烧时的热值；目前，国内外的沼气提纯方法主要分为：吸附法、吸收法、膜分离法、低温分离法、甲烷原位富集法以及生物技术提纯法等，其中，加压水洗法是吸收法的一种。加压水洗时，CO₂溶解在水中，而CH₄在水中的溶解量较CO₂来说少很多，可认为CH₄在水中几乎不溶解；因此，CH₄在水洗塔顶部富集后被收集，降压时，溶解在水中的CO₂解吸出来，实现了CH₄和CO₂的分离，完成了沼气的提纯；同时，含有CO₂和CH₄的废水可以通过空气吹托再生以循环利用。

加压水洗法中最重要的设备为水洗塔，又称为洗涤吸收塔或洗涤塔，现有的沼气洗涤塔普遍采用单段塔进行吸收，洗涤塔内部填充填料，塔顶为液体分布器。加压水洗普遍在0.4-1Mpa的压力下进行操作，体积较常压最大缩小10倍；由于加压水洗的物理吸收特点，需要的水量很大，喷淋密度较大，从而导致偏流的存在；而且，在填料层内液体的流动不是均匀的柱塞流，而是存在沟流、偏流、壁流现象，这将造成填料塔的放大效应及端效应；因此，传统的洗涤塔为了减少喷淋密度大带来的影响以及增大填料的体积，通常采取加大直径的办法来解决，最直接的影响就是造成塔体设备体积增大；由于设备为压力容器，造价成本往往成倍增长，填料施工难度大，维修复杂，这种传统的设备塔体采用单段塔设计存在很大的弊端。

发明内容

本发明提出一种加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，解决了现有技术中洗涤塔直径大、施工困难和提纯效率低的问题。

本发明的一种加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其技术方案是这样实现的：包括底座，所述底座上设有塔体，所述塔体为立式塔体，所述塔体包括至少两段填料段，最底端的填料段的底部设有蓄水段，所述蓄水段的底部设有出液口，所述蓄水段的上部设有进气口，每段所述填料段的顶部设有进液口，所述塔体的顶部设有出气口；不同段所述填料段之间的直径自下往上依次减小，每段所述填料段的内部均设有两个填料层，两个所述填料层自下往上依次为散堆填料层和规整填料层，所述规整填料层的上方设有物料分布器，所述蓄水段的内部还设有气体分布器。

在传统的吸收塔中，为了保证气相中的关键组分被充分吸收，吸收塔则选用较大的液气比，因此，其循环液的循环量也很大，不得不扩大塔径以减小喷淋密度，从而直接增加了设备的一次性投资；本发明采用多段直径不同的填料段组成塔体，减小了塔体的直径，节约了装置的一次性投资，降低了水的循环用量，降低了能耗；本发明还采用散堆填料层和规整填料层两层填料层组合使用的方式，在最大程度地增加气液接触面积的前提下，充分保证了液体的均匀分布，避免了出现壁流现象和由壁流效应而造成气液两相在填料层中分布不均的现象，提高了装置的吸收效率。

作为一种优选的实施方案，所述填料段包括第一填料段和第二填料段，所述第一填料段的底部为所述蓄水段，所述蓄水段的直径与所述第一填料段的直径相等，所述第一填料段的直径大于所述第二填料段的直径。两段填料段组成的塔体更加适于工业应用，该装置的制造成本低，施工方便，两段填料段组成的塔体在保证提纯效果的前提下，使装置的一次性投资降至最低。

作为一种优选的实施方案，所述第二填料段的直径为所述第一填料段的直径的30-70%。根据沼气在净化提纯过程中杂质含量的不同，在保证喷淋密度的前提下，逐步降低上层填料段的直径，从而达到即保证杂质被充分吸收，又能够缩小塔体直径，降低装置的投资的目的。

作为一种优选的实施方案，所述第一填料段的直径为1000-1400mm，所述第二填料段的直径为400-700mm，所述第一填料段的高度为6-8m，所述第二填料段的高度为10-14m，所述第一填料段的喷淋密度为100-160m³/m²/h，所述第二填料段的喷淋密度为150-180m³/m²/h。这种设计的净化装置最适合工业应用，其不仅净化提纯效果好，而且，投资少，能耗低，应用方便。

作为一种优选的实施方案，所述第二填料段与所述第一填料段通过锥体连接，所述第一填料段与所述蓄水段为一体设置。本发明中第一填料段的直径大于第二填料段的直径，并且，第一填料段的高度小于第二填料段的高度，通过锥体实现了第一填料段和第二填料段的平稳过渡连接，第一填料段和蓄水段设置美观，结构稳固。

作为一种优选的实施方案，所述第一填料段内的物料分布器为槽式分布器，所述槽式分布器包括底盘，所述底盘上设有中心槽，所述中心槽的内部设有两排平行设置的降液孔，所述中心槽的四周设有溢流堰。本发明的第一填料段内使用槽式分布器，槽式分布器可以更好的满足第一填料段内较大的液相量的需求，使液相在此得到更好的分布，从而使气液在第一填料段内进行充分的传质，以达到沼气净化提纯的目的。

作为一种优选的实施方案，所述中心槽的宽度为50-70mm，相邻的两个所述降液孔之间的中心距为80-120mm，所述降液孔的直径为50-100mm，所述降液孔的个数为18-25个，所述溢流堰的堰度为250-450mm。由于两段式填料段中，第一填料段的直径较大，其液相量也较大，合理的中心槽、中心距、降液孔直径和堰高的设置，以保证液相在溢流堰内具有一定的液位高度，从而保证液相在第一填料段的内部分布均匀，而且，还有利于方便第一填料段的操作和防止液泛现象出现。

作为一种优选的实施方案，所述第二填料段内的物料分布器为孔盘式分布器，所述孔盘式分布器包括分布盘，所述分布盘上设有分布孔，所述分布盘的顶部设有升气管，所述升气管内设有挡板。本发明的气体经过第一填料段吸收后，气相的体积大大减少；在第二填料段的内部设置孔盘式分布器，使槽式分布器和孔盘式分布器组合使用，使气液接触均匀，提高吸收效果。

作为一种优选的实施方案，所述升气管的个数为8-12个，所述升气管的横截面积占所述第二填料段的横截面积的8-14%。这种设置的升气管可以更好的满足第二填料段的内部气体流量小和液体流量大的特点。

作为一种优选的实施方案，所述散堆填料层和所述规整填料层的高度相等，所述散堆填料层的高度为2.5-4.0m。散堆填料可以达到很好的液体分布效果，有利于气相在径向方向上的混合，从而保证吸收效果；规整填料可以最大程度的增大比表面积，提高气液接触面；散堆填料和规整填料配合使用，既能保证传质效率和分布效果，又能减弱趋壁效应，提高吸收效率。

工作原理：沼气由塔体底部蓄水段上方的进气口进入塔体内部，在气体分布器的作用下进行初次分布，并沿塔体内部空腔上升；与此同时，循环水由塔体上部不同填料段顶部的进液口进入塔体内部，在物料分布器的作用下进行分布，分布后的液体在规整填料层和散堆填料层内与上升的气体进行充分的传质，使二氧化碳在水中进行充分溶解，溶解在水中的二氧化碳随着液相下降，最后，在蓄水段储存并由出液口排出，以进入解吸塔进行解吸；净化后的沼气继续上升，由塔体顶部的出气口排出。

本发明的有益效果是：本发明采用多段不同直径不同高度的填料段组成塔体，减小了塔体的直径，节约了装置的一次性投资，降低了水的循环用量和能耗；本发明采用了散堆填料层和规整填料层两层填料层组合使用的方式，在最大程度地增加气液接触面积的前提下，充分保证了液体的均匀分布，避免出现壁流现象和由壁流效应而造成气液两相在填料层中分布不均的现象，提高了装置的吸收效率；本发明还将槽式分布器和孔盘式分布器组合使用，使气液接触均匀，提高了吸收效果；其投资少，施工简单，能耗低，提纯后甲烷纯度和回收率高，维护方便，易于进行工业化应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的平面结构示意图；

图2为图1中孔盘式分布器的俯视结构示意图；

图3为图2中孔盘式分布器的A-A向剖视结构示意图；

图4为图1中槽式分布器的俯视结构示意图；

图5为图4中槽式分布器的B-B向剖视结构示意图；

图中：1-底座；2-蓄水段；3-气体分布器；4-第一散堆填料层；5-第一规整填料层；6-第一进液口；7-第二散堆填料层；8-第二规整填料层；9-第二进液口；10-出气口；11-孔盘式分布器；12-锥体；13-槽式分布器；14-出液阀；15-塔体；111-分布盘；112-分布孔；113-升气管；114-安装孔；115-挡板；116-脚板；131-底盘；132-中心槽；133-降液孔；134-溢流堰。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，本发明包括底座1，底座1上设有塔体15，塔体15为立式塔体，底座1用于将塔体15固定和安装在地面上；塔体15包括至少两段填料段，最底端的填料段的底部设有蓄水段2，蓄水段2的底部设有出液口，出液口通过出液管由塔体15外部的出液阀14进行控制，出液阀14控制蓄水段2内部的液体是否流出；蓄水段2的上部设有进气口，蓄水段2的内部还设有气体分布器3，气体分布器3位于进气口的上方，进入塔体15内部的气体经过气体分布器3进行初次分布并沿着塔体15的内部上升；每段填料段的顶部设有进液口，例如：本实施例中，包括第一进液口6和第二进液口9，塔体15的顶部设有出气口10；不同段填料段之间的直径自下往上依次减小，每段填料段的内部均设有两个填料层，两个填料层自下往上依次为散堆填料层和规整填料层，在本实施例中，自下往上依次包括第一散堆填料层4、第一规整填料层5、第二散堆填料层7和第二规整填料层8，规整填料层即第一规整填料层5和第二规整填料层8的上方均设有物料分布器，物料分布器用于对由进液口进入塔体15的液体进行分布。

参阅附图1，本实施例中，填料段包括第一填料段和第二填料段，第一填料段的底部为蓄水段2，蓄水段2的直径与第一填料段的直径相等，第一填料段的直径大于第二填料段的直径。第二填料段的直径为第一填料段的直径的30-70%。第二填料段与第一填料段通过锥体12连接，第一填料段与蓄水段2为一体设置。散堆填料层的高度和规整填料层的高度相等，即第一散堆填料层4的高度和第一规整填料层5的高度相等，第二散堆填料层7的高度和第二规整填料层8的高度相等。

另外，通常情况下，第一填料段的直径为1000-1400mm，第二填料段的直径为400-700mm，第一填料段的高度为6-8m，第二填料段的高度为10-14m，散堆填料层和规整填料层的高度均为2.5-4.0m，第一填料段的喷淋密度为100-160m³/m²/h，第二填料段的喷淋密度为150-180m³/m²/h。这种设置的第一填料段和第二填料段更有利于工业应用，而且，设置方便，经济效益高。

参阅附图2 和附图3 ，第二填料段内的物料分布器为孔盘式分布器11，孔盘式分布器11包括分布盘111，分布盘111上设有分布孔112，分布盘111的顶部设有升气管113，升气管113内设有挡板115。分布盘111的周向上还设有安装孔114，孔盘式分布器11通过分布盘111上的安装孔114安装在塔体15内壁的脚板116上。在孔盘式分布器11中，升气管113的个数可以为8-12个，升气管113的横截面积占第二填料段的横截面积的8-14%。这种设计的孔盘式分布器11可以更好的满足第二填料段内部的物质传质的需要。

参阅附图4 和附图5 ，第一填料段内的物料分布器为槽式分布器13，槽式分布器13包括底盘131，底盘131上设有中心槽132，中心槽132的内部设有两排平行设置的降液孔133，中心槽132的四周设有溢流堰134。在槽式分布器13中，中心槽132的宽度为50-70mm，相邻两个降液孔133之间的中心距为80-120mm，降液孔133的直径为50-100mm，降液孔133的个数为18-25个，溢流堰134的高度为250-450mm。这种设计的槽式分布器13可以充分保证液相在第一填料段的内部进行均匀分布；同时，采用合理的降液孔133的孔径和降液孔133的个数，可以充分保证溢流堰134的内部保持一定的液位高度，避免了因液相量太大而出现液泛现象，方便操作。

工作原理：沼气由塔体15底部蓄水段2上方的进气口进入塔体15内部，在气体分布器3的作用下进行初次分布，并沿塔体15内部空腔上升；与此同时，循环水由塔体15上部不同填料段顶部的进液口包括第一进液口6和第二进液口9进入塔体15内部，在物料分布器即孔盘式分布器11和槽式分布器13的作用下进行分布，分布后的液体在规整填料层和散堆填料层即第一规整填料层5和第一散堆填料层4以及第二规整填料层8和第二散堆填料层7内与上升的气体进行充分的传质，使二氧化碳在水中进行充分溶解，溶解在水中的二氧化碳随着液相下降，最后，在蓄水段2储存并在出液阀14的控制作用下由出液口排出，以进入解吸塔进行解吸；净化后的沼气继续上升，由塔体15顶部的出气口10排出。

取同一批次的甲烷，分别经过本发明的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置和现有的单段塔加压水洗法沼气净化器在设备运行稳定之后进行提纯净化实验，实验结果如表1所示，并计算其能耗，将其能耗与山东某加压水洗现场和内蒙某加压水洗装置进行比较，所得结果如下。

表1 不同净化装置提纯甲烷实验结果统计表

项 目	甲烷纯度（%）	回收率（%）	能耗成本（kwh/ NM<sup>3</sup>）
				本发明的装置	≥97	96	0.30
现有的单段塔	96	95	0.35

由表1可以看出，利用本发明的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置可以使甲烷的纯度达到97%以上，回收率达96%，这明显优于现有的单段塔加压水洗法沼气净化器；同时，本发明的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置的能耗成本只有0.30kwh/ NM³，而现有的单段塔加压水洗法沼气净化器的能耗成本却达到0.35kwh/ NM³。重要的是，本发明的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其一次性投资较现有的单段塔加压水洗法沼气净化器的投资费用降低30%以上，较山东某加压水洗现场的能耗降低14%，较内蒙某加压水洗装置的能耗降低19%。

本发明的有益效果是：本发明采用多段不同直径不同高度的填料段组成塔体15，减小了塔体15的直径，节约了装置的一次性投资，降低了水的循环用量和能耗；本发明采用了散堆填料层和规整填料层两层填料层组合使用的方式，在最大程度地增加气液接触面积的前提下，充分保证了液体的均匀分布，避免出现壁流现象和由壁流效应而造成气液两相在填料层中分布不均的现象，提高了装置的吸收效率；本发明还将槽式分布器13和孔盘式分布器11组合使用，使气液接触均匀，提高了吸收效果；其投资少，施工简单，能耗低，提纯后甲烷纯度和回收率高，维护方便，易于进行工业化应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，包括底座，所述底座上设有塔体，所述塔体为立式塔体，其特征在于：所述塔体包括至少两段填料段，最底端的填料段的底部设有蓄水段，所述蓄水段的底部设有出液口，所述蓄水段的上部设有进气口，每段所述填料段的顶部设有进液口，所述塔体的顶部设有出气口；

不同段所述填料段之间的直径自下往上依次减小，每段所述填料段的内部均设有两个填料层，两个所述填料层自下往上依次为散堆填料层和规整填料层，所述规整填料层的上方设有物料分布器，所述蓄水段的内部还设有气体分布器。

2.根据权利要求1所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述填料段包括第一填料段和第二填料段，所述第一填料段的底部为所述蓄水段，所述蓄水段的直径与所述第一填料段的直径相等，所述第一填料段的直径大于所述第二填料段的直径。

3.根据权利要求2所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述第二填料段的直径为所述第一填料段的直径的30-70%。

4.根据权利要求2所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述第一填料段的直径为1000-1400mm，所述第二填料段的直径为400-700mm，所述第一填料段的高度为6-8m，所述第二填料段的高度为10-14m，所述第一填料段的喷淋密度为100-160m³/m²/h，所述第二填料段的喷淋密度为150-180m³/m²/h。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述第二填料段与所述第一填料段通过锥体连接，所述第一填料段与所述蓄水段为一体设置。

6.根据权利要求2所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述第一填料段内的物料分布器为槽式分布器，所述槽式分布器包括底盘，所述底盘上设有中心槽，所述中心槽的内部设有两排平行设置的降液孔，所述中心槽的四周设有溢流堰。

7.根据权利要求6所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述中心槽的宽度为50-70mm，相邻两个所述降液孔之间的中心距为80-120mm，所述降液孔的直径为50-100mm，所述降液孔的个数为18-25个，所述溢流堰的高度为250-450mm。

8.根据权利要求2所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述第二填料段内的物料分布器为孔盘式分布器，所述孔盘式分布器包括分布盘，所述分布盘上设有分布孔，所述分布盘的顶部设有升气管，所述升气管内设有挡板。

9.根据权利要求8所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述升气管的个数为8-12个，所述升气管的横截面积占所述第二填料段的横截面积的8-14%。

10.根据权利要求1所述的加压水洗法沼气工程高效洗涤净化装置，其特征在于：

所述散堆填料层的高度和所述规整填料层的高度相等，所述散堆填料层的高度为2.5-4.0m。