CN106811251A - 一种变压变温吸附结合的小型沼气提纯技术 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变压变温吸附结合的小型沼气提纯技术，其步骤是：原料沼气从污泥厌氧池出来，进入到干法脱硫系统脱硫后，进入沼气压缩机增压至0.55MPa；加压后的沼气温度为160～200℃，进入冷却器冷却至常温，再进入干燥机脱水；冷却脱水后的沼气进入同步变温变压脱碳吸附系统，该系统中包含多个吸附塔，每个塔按顺序完成高压吸附和降压再生过程；吸附塔中设有可通循环冷却水或高温沼气的管道，在高压吸附时通入循环冷却水，使塔内温度降低，提高吸附量，在降压再生时通入来自沼气压缩机的高温沼气，提高塔内温度，使解吸更加彻底；从同步变温变压脱碳吸附系统中出来的经提纯的天然气进入后续收集系统，尾气进入真空泵后排出。

Description

一种变压变温吸附结合的小型沼气提纯技术
技术领域
本发明涉及沼气回收和提纯技术，具体是指一种变压变温吸附结合的小型沼气提纯技术。
背景技术
沼气是指有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经各种微生物发酵及分解作用而产生的一种以甲烷为主要成分的混合可燃气体(biogas)。沼气的成分复杂，根据产生的原因不同组成也会发生变化，主要成分为CH4、CO2、H2、H2O及H2S等，直接排放会产生较强的温室效应，且容易引发爆炸事故。同时沼气中的微量有机物会造成严重的环境污染。沼气也是一种可以回收利用的能源。在各种组分中，甲烷含量约占50％～70％，热值约为4700～6600kCal/Nm3，即每立方米沼气中所含能量大约相当于0.6L汽油，因此它是一种利用价值较高的清洁燃料。
目前在国内外工程领域，沼气中CH4回收的主要工艺有变压吸附(PSA)、化学吸收、膜分离等。其中变压吸附的基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯。在变压吸附工艺中，每个吸附塔都要经历在高压下吸附，在常压(或抽真空)下再生的过程来完成一次吸附循环。变压吸附的优点有：
1、低能耗，PSA在常温下操作，可以省去加热或冷却的能耗。
2、产品纯度高且可灵活调节，通过调节压力可以改变产品的纯度。
3、工艺流程简单，可实现多种气体的分离。
4、自动化程度高，操作方便。
5、装置调节能力强，操作弹性大，PSA装置稍加调节就可以改变生产负荷，而且在不同负荷下生产时产品质量可以保持不变，仅回收率稍有变化。变压吸附装置对原料气中杂质含量和压力等条件改变也有很强的适应能力，调节范围很宽。
6、投资小，操作费用低，维护简单，检修时间少，开工率高。
7、吸附剂使用周期长。一般可以使用十年以上。
8、装置可靠性高。变压吸附装置通常只有程序控制阀是运动部件，而目前国内外的程序控制阀经过多年研究改进后，使用寿命长，故障率极低，装置可靠性很高，而且由于计算机专家诊断系统的开发应用，具有故障自动诊断，吸附塔自动切换等功能，使装置的可靠性进一步提高。
9、环境效益好，除因原料气的特性外，PSA装置的运行不会造成新的环境污染，几乎无“三废”产生。
本发明是在变压吸附沼气提纯技术的基础上，利用温度能改变吸附性能的特点，在高压吸附阶段，通入循环冷却水以降低系统温度，增加吸附量，在降压再生阶段，通入高温沼气，使再生更加彻底，从而形成的一种更节能高效的沼气提纯技术。
发明内容
本发明提供一种通过变温变压相结合的方式进行沼气提纯的技术。其原理是：温度可以影响吸附剂的吸附量，温度越高，吸附量越小，在脱碳吸附塔中，吸附时通入低温循环冷却水，增加吸附量，再生时通入高温沼气，使解吸进行的更加彻底，从而提高了分离效率。
本发明的技术方案如下：
1)原料沼气从污泥厌氧池出来，进入到干法脱硫系统。脱硫后的原料沼气进入沼气压缩机，将沼气增压至0.55MPa去下工序；
2)加压后的沼气温度为160～200℃，进入冷却器冷却至常温，再进入干燥机脱水；
3)冷却脱水后的沼气进入同步变温变压脱碳吸附系统，该系统中包含多个吸附塔，每个塔按顺序完成高压吸附和降压再生过程，吸附塔中设有可通冷却水或高温沼气的管道；
4)从同步变温变压脱碳吸附系统中出来的经提纯的天然气进入后续收集系统，尾气进入真空泵后排出。
进一步地，步骤2)中所述的加压后温度为160～200℃的沼气，有一部分在吸附塔降压再生时流入吸附塔内的管道，辅助吸附塔再生后，温度降为100～120℃，再进入冷却器。
进一步地，步骤3)中所述的吸附塔在高温吸附时，有25～30℃的冷却水通入吸附塔内的管道，辅助吸附塔吸附后，排出35～40℃的冷却水。
本发明具有以下优点：
1、提高了分离效率。通过同步变温变压吸附之后，提纯的沼气浓度可由现有技术的90％～95％提高到96％以上。
2、节约能源。在现有技术中，沼气通过压缩机加压后，温度升高，需要经过冷却器冷却至常温后才能进入吸附塔中，本发明将部分高温沼气直接通入吸附塔中帮助解析，排出的低温沼气再进入冷却器，使热能有效利用，可节能20％左右。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实例对本发明作进一步的介绍，但不作为对本发明的限定。
1)含55％～60％CH4的原料沼气首先进入脱硫设备，脱除其中的H2S，以达到可以利用的程度。
2)脱硫后的常温常压沼气进入沼气压缩机升压至0.55MPa左右，同时温度升高至180℃左右。
3)部分高温高压沼气进入同步变温变压脱碳吸附系统中处于再生过程的吸附塔，其余高温高压沼气与从同步变温变压脱碳吸附系统中排出的低温沼气一起进入冷却器冷却至40℃左右。
4)从冷却器出来的高压沼气进入干燥机脱除水分之后，进入同步变温变压脱碳吸附系统中进行沼气提纯。
5)同步变温变压脱碳吸附系统中包含多个吸附塔，每个塔按顺序完成高压吸附和降压再生过程；在高压吸附时，由于压力增大，温度会升高，此时通入25℃左右的循环冷却水，使塔内温度降低，提高吸附量，排出的冷却水温度为35℃左右；在降压再生时，由于压力降低，温度会降低，此时通入来自沼气压缩机的180℃左右的高温沼气，提高塔内温度，使解吸更加彻底，排出温度为120℃左右的沼气进入冷却器继续冷却。
6)从同步变温变压脱碳吸附系统中提纯的沼气CH4含量为96％以上，进入沼气收集系统；尾气进入真空泵后排出。
值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述方法中的具体操作步骤改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (3)

1.一种变压变温吸附结合的小型沼气提纯技术，其特征在于，包括如下步骤：
1)原料沼气从污泥厌氧池出来，进入到干法脱硫系统。脱硫后的原料沼气进入沼气压缩机，将沼气增压至0.55MPa去下工序；
2)加压后的沼气温度为160～200℃，进入冷却器冷却至常温，再进入干燥机脱水；
3)冷却脱水后的沼气进入同步变温变压脱碳吸附系统，该系统中包含多个吸附塔，每个塔按顺序完成高压吸附和降压再生过程，吸附塔中设有可通循环冷却水或高温沼气的管道；
4)从同步变温变压脱碳吸附系统中出来的经提纯的天然气进入后续收集系统，尾气进入真空泵后排出。
2.如权利要求1所述的变压变温吸附结合的小型沼气提纯技术，其特征在于，步骤2)中所述的加压后温度为160～200℃的沼气，有一部分在吸附塔降压再生时流入吸附塔内的管道，辅助吸附塔再生后，温度降为100～120℃，再进入冷却器。
3.如权利要求1所述的变压变温吸附结合的小型沼气提纯技术，其特征在于，步骤3)中所述的吸附塔在高温吸附时，有25～30℃的冷却水通入吸附塔内的管道，辅助吸附塔吸附后，排出35～40℃的冷却水。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109569182A (zh) * 2018-11-28 2019-04-05 中国矿业大学 一种温压协同气体吸附分离提纯系统
CN110227337A (zh) * 2019-07-09 2019-09-13 北京金隅琉水环保科技有限公司 一种对水泥窑尾烟气中co2的捕集提浓与利用系统
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