CN203212538U - 一种沼气分离净化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了属于沼气分离净化技术领域的一种沼气分离净化装置。该装置包括净化气体储罐、旋转填充床反应器、吸收原液储罐、再生罐、吸收后液体储罐、沼气储罐和沼气钢瓶依次相连，旋转填充床反应器还分别与吸收后液体储罐、沼气储罐和反应器电机相连。本实用新型的装置利用旋转填充床反应器，对沼气中的CO2进行吸收分离。本实用新型选择的反应装置简单，反应条件温和，操作方便，CO2吸收速率高，分离后沼气纯度高。
Description
技术领域
本实用新型属于沼气分离净化技术领域，具体涉及一种沼气分离净化装置。
背景技术
能源与环境是当今社会发展及人类生存的重大问题，积极开发可再生能源、保护生态环境实现持续发展，已成为全世界紧迫而艰巨的任务。相比其他可再生能源，生物质既可生产固、液、气三态能源产品，又可作为物质载体生产其他化工产品，从而有望替代化石能源及其衍生的各类化工产品；沼气作为生物质能源的一种，在我国已有近百年的发展应用历史，它可以直接用作燃料，或经重整后生产合成气；沼气经净化提纯后即为生物甲烷，作为一种生物燃气，具有清洁、高效、安全和可再生四大特征。沼气也是最易于开发并且应用最为广泛的能源，它是有机物质通过厌氧分解产生的混合气体。沼气的组成与厌氧发酵的原料和操作方式有关，其主要化学成分为甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，CH4含量一般在55％~75％，CO2含量一般为25％~40％，另外还含有少量的水(5％~10％)，硫化氢(0.005％~2％)，有机硫(<O．5％)，硅氧烷(0％～0.02％)，卤代烃(<0.6％)，氨(<l％)，氧气(0％～1％)，一氧化碳( <O．6％)，氮气( 0％～2％)等成分。纯甲烷的热值为35.9MJ/m3，而沼气的热值为20-25MJ/m3，沼气中大量存在的CO2、水以及微量硫化氢、氨等杂质气体，不仅降低其热值和效率，也严重影响其传输和应用。因此，分离除去沼气中的CO2，提高燃烧值尤为重要，不仅有助于可再生清洁生物质能源的高效利用，同时，对降低碳排放，改善生态环境具有重要意义。经过净化提纯的生物甲烷，甲烷含量可提高到95％~97％，CO2含量减少到l％~3％．可以作为替代天然气使用。
本专利主要涉及沼气中CO2脱除技术。目前，国内外有关沼气中CO2脱除技术主要包括以下几种：物理吸收法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法、低温分离法等等。
物理吸收法脱除CO2是根据溶液在不同压力下对CO2的溶解度不同，利用加 压吸收、减压再生的方式实现CO2的吸收与吸收液的再生，主要包括加压水洗法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇法等。物理吸收法适用于CO2分压较高的场合，其中，加压水洗是沼气提纯中应用最多的物理吸收法。该方法工艺简单，吸收剂水来源丰富、无毒，且由于CO2在水中的溶解度远大于甲烷的溶解度，甲烷损失较少。加压水洗法脱碳已在欧洲得到了广泛应用。但该方法在长期使用中存在微生物堵塔的问题，进而影响脱碳效率，需采用紫外线照射，高温热水、过氧醋酸、柠檬酸或清洁剂洗塔。
化学吸收法是利用沼气中的CO2在吸收塔内与吸收剂发生化学反应实现CO2的脱除。化学吸收法的优点是气体净化度高，处理气量大，缺点是对原料气适应性差，需要复杂的预处理过程，吸收剂的再生循环操作较为繁琐。如目前工业中广泛采用的醇胺法脱碳技术，实质就是酸碱中和反应，弱碱(醇胺)和弱酸(二氧化碳、硫化氢等)发生可逆反应生成可溶于水的盐。通过温度调节控制反应方向，在约38℃下进行CO2吸收，在110℃下完成CO2脱吸。根据吸收剂的不同，醇胺法又可细分为MEA法，DEA法和MDEA法等。与其它脱碳工艺相比，醇胺法具有成本低、吸收量大、吸收效果好、溶剂可循环使用并可得到高纯产品等特点。
变压吸附法应用较广，常用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝和沸石等。吸附作用在相对较高的压力下(800 KPa左右)进行，脱附作用在较低的压力下进行，组分的吸附量受温度和压力影响。硫化氢的存在会导致吸附剂永久性中毒，且变压吸附要求气体干燥，因此在变压吸附之前要脱除硫化氢和水。该工艺流程简单，脱碳率高，但甲烷损失较大，尾气中甲烷含量达5％，不易处理，应该研发更好的吸收剂。
膜分离法是近期国内外的研究热点，其基本原理是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。现阶段膜分离法还处于实验室研究和小规模CO2分离应用阶段，研究主要集中在高效低成本的膜材料的开发上。膜分离法工艺简单，操作方便，对环境友好，能耗低，但由于膜价格高，一次投资大，甲烷损失大，沼气中存在的某些少量杂质会导致膜受损，因此目前真正工业应用较少，且通常要与其他工艺联合使用。
低温分离法是利用制冷系统将混合气降温，由于CO2的凝固点比甲烷要高， 先被冷凝下来，从而得以分离。使用该法进行脱碳时，首先要将原料气压缩到8 MPa。再经冷却和换热装置使之降到-45℃，冷凝的CO2得以分离，并经进一步处理以回收其中所溶解的甲烷。沼气再进一步冷却降温，得到纯度较高的甲烷。低温分离法工艺的优点是可得到甲烷含量高于97％以上的净化气，但缺点是工艺复杂、所用设备较多，操作条件苛刻，投资大且能耗较高。
目前，加压水洗法在瑞典用得较多，变压吸附法在德国较为广泛，荷兰在加压水洗法、变压吸附法和膜分离技术都有应用。我国产业技术与先进国家相比存在较大差距，如工程设计余量大、设备选型不合理、投资大、运行费用高、产气效率低等问题。因此，必须开发新吸收工艺、研制新设备、提高吸收效率、降低运行成本、提高经济性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种旋转填充床沼气分离净化装置。
一种旋转填充床沼气分离净化装置，该装置包括净化气体储罐T1、旋转填充床反应器T7、吸收原液储罐T2、再生罐T3、吸收后液体储罐T4、沼气储罐T5和沼气钢瓶T6依次相连；旋转填充床反应器T7还分别与吸收后液体储罐T4、沼气储罐T5和反应器电机T8相连；净化气体储罐T1具有净化气排气口G1；吸收原液储罐T2具有吸收原液加入口G2；再生罐T3具有再生剂加入口G3；吸收后液体储罐T4具有清洗液口G4；沼气储罐T5具有沼气排气口G5，净化气体储罐T1与旋转填充床反应器T7之间具有气体采样口G6。
所述旋转填充床反应器T7与吸收原液储罐T2之间依次安装有液体流量计F1、管路阀门V1和输料泵P1；所述吸收原液储罐T2与再生罐T3之间依次安装有管路阀门V3和输料泵P2；所述再生罐T3与吸收后液体储罐T4之间依次安装有管路阀门V5和输料泵P3。
所述吸收原液加入口G2、再生剂加入口G3、清洗液口G4、沼气排气口G5和气体采样口G6分别安装有管路阀门V2、V4、V8、V10和V12。
所述旋转填充床反应器T7依次通过管路阀门V7和气体流量计F2分别与吸收后液体储罐T4和沼气储罐T5相连；气体流量计F2与吸收后液体储罐T4间具有管路阀门V6；气体流量计F2与沼气储罐T5间具有管路阀门V9。
所述沼气储罐T5和沼气钢瓶T6间具有管路阀门V11。
本实用新型的有益效果为：本实用新型在利用能实现高效气液吸收的旋转填充床反应器进行CO2的吸收分离，结合廉价易得的氢氧化钙碱液吸收剂，该方法工艺简单、设备体积小、效率高、成本低廉，节能环保并可以连续操作，是一种有良好应用前景的沼气中CO2吸收分离技术，克服了现有的催化剂在CO2吸收过程中损失多和成本较高，对环境污染的问题，解决了吸收溶剂在产业化过程中存在的不足和缺陷，从而提供一种新型、高效、来源广泛、成本廉价、环境友好的沼气中CO2的吸收分离技术。
附图说明
图1为旋转填充床沼气分离净化装置；
其中各标号为：T1-净化气体储罐；T2-吸收原液储罐；T3-再生罐；T4-吸收后液体储罐；T5-沼气储罐；T6-沼气钢瓶；T7-旋转填充床反应器；T8-反应器电机；G1-净化气排气口；G2-吸收原液加入口；G3-再生剂加入口；G4-清洗液口；G5-沼气排气口；G6-气体采样口；P1-P3为输料泵；V1-V12为管路阀门；F1-液体流量计；F2-气体流量计；
-压力表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。
如图1所述，本实用新型的一种旋转填充床沼气分离净化装置，该装置包括净化气体储罐T1、旋转填充床反应器T7、吸收原液储罐T2、再生罐T3、吸收后液体储罐T4、沼气储罐T5和沼气钢瓶T6依次相连；旋转填充床反应器T7还分别与吸收后液体储罐T4、沼气储罐T5和反应器电机T8相连；净化气体储罐T1具有净化气排气口G1；吸收原液储罐T2具有吸收原液加入口G2；再生罐T3具有再生剂加入口G3；吸收后液体储罐T4具有清洗液口G4；沼气储罐T5具有沼气排气口G5，净化气体储罐T1与旋转填充床反应器T7之间具有气体采样口G6。
所述旋转填充床反应器T7与吸收原液储罐T2之间依次安装有液体流量计F1、管路阀门V1和输料泵P1；所述吸收原液储罐T2与再生罐T3之间依次安装有管路阀门V3和输料泵P2；所述再生罐T3与吸收后液体储罐T4之间依次安装有管路阀门V5和输料泵P3。
所述吸收原液加入口G2、再生剂加入口G3、清洗液口G4、沼气排气口G5和气体采样口G6分别安装有管路阀门V2、V4、V8、V10和V12。
所述旋转填充床反应器T7依次通过管路阀门V7和气体流量计F2分别与吸收后液体储罐T4和沼气储罐T5相连；气体流量计F2与吸收后液体储罐T4间具有管路阀门V6；气体流量计F2与沼气储罐T5间具有管路阀门V9。
所述沼气储罐T5和沼气钢瓶T6间具有管路阀门V11。
所述净化气体储罐T1、旋转填充床反应器T7、吸收原液储罐T2、再生罐T3、吸收后液体储罐T4、沼气储罐T5和沼气钢瓶T6安装有压力表。
利用上述装置采用碱法吸收CO2净化沼气的方法，该方法按以下步骤进行：
1）配制吸收液：在CaO中加入蒸馏水搅拌混合均匀，静置，取上清液，测pH值，并测定Ca2+浓度，用水稀释到Ca2+浓度为0.01~0.1mol/L，调节 pH为10.5~11.5；
2）控制旋转填充床反应器T7的反应温度为10~40℃；
3）打开沼气钢瓶T6的管路阀门V11，将沼气输入沼气储罐T5中，调整气体流量和压力，使沼气钢瓶T6气体压力和沼气储罐T5中压力达到平衡；
4）开启阀门V9和V7，使沼气进入旋转填充床反应器T7，并使旋转填充床反应器T7压力与沼气储罐T5压力保持平衡，然后在气体采样口G6采集沼气气样进行气相色谱分析，得到吸收前沼气中CH4和CO2的含量；
5）开启吸收原液储罐T2的管路阀门V1及输料泵P1，调节流量计F1，保持吸收液输入流量，将吸收原液储罐T2中的吸收液连续输入旋转填充床反应器T7，同时，开启反应器电机T8，调节转速，进行连续吸收反应；吸收后的净化气体进入净化气体储罐T1，每隔5分钟从净化气排气口G1采集分离后的气体样品进行气相色谱分析，得到吸收后气体中CH 4和CO2的含量；吸收后的溶液进入吸收后液体储罐T4，反应生成的沉淀物经过分离得到纳米CaCO3, 烘干后收集，分离后的滤液进入再生罐T3，通过补加氧化钙调整溶液pH为10.5~11.5后，将再生后的吸收液用输液泵P2输入到吸收原液储罐T2循环使用。
Claims (5)
1.一种沼气分离净化装置，其特征在于，该装置包括净化气体储罐（T1）、旋转填充床反应器（T7）、吸收原液储罐（T2）、再生罐（T3）、吸收后液体储罐（T4）、沼气储罐（T5）和沼气钢瓶（T6）依次相连；旋转填充床反应器（T7）还分别与吸收后液体储罐（T4）、沼气储罐（T5）和反应器电机（T8）相连；净化气体储罐（T1）具有净化气排气口（G1）；吸收原液储罐（T2）具有吸收原液加入口（G2）；再生罐（T3）具有再生剂加入口（G3）；吸收后液体储罐（T4）具有清洗液口（G4）；沼气储罐（T5）具有沼气排气口（G5），净化气体储罐（T1）与旋转填充床反应器（T7）之间具有气体采样口（G6）。
2.根据权利要求1所述的一种沼气分离净化装置，其特征在于，所述旋转填充床反应器（T7）与吸收原液储罐（T2）之间依次安装有液体流量计（F1）、管路阀门（V1）和输料泵（P1）；所述吸收原液储罐（T2）与再生罐（T3）之间依次安装有管路阀门（V3）和输料泵（P2）；所述再生罐（T3）与吸收后液体储罐（T4）之间依次安装有管路阀门（V5）和输料泵（P3）。
3.根据权利要求1所述的一种沼气分离净化装置，其特征在于，所述吸收原液加入口（G2）、再生剂加入口（G3）、清洗液口（G4）、沼气排气口（G5）和气体采样口（G6）分别安装有管路阀门（V2、V4、V8、V10和V12）。
4.根据权利要求1所述的一种沼气分离净化装置，其特征在于，所述旋转填充床反应器（T7）依次通过管路阀门（V7）和气体流量计（F2）分别与吸收后液体储罐（T4）和沼气储罐（T5）相连；气体流量计（F2）与吸收后液体储罐（T4）间具有管路阀门（V6）；气体流量计（F2）与沼气储罐（T5）间具有管路阀门（V9）。
5.根据权利要求1所述的一种沼气分离净化装置，其特征在于，所述沼气储罐（T5）和沼气钢瓶（T6）间具有管路阀门（V11）。
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