CN205886540U - 水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，包括气体缓冲罐、增压机、塔前分离器、吸收塔、塔后分离器、回收槽、闪蒸槽、贫液泵、贫液过滤器、再生塔、循环水管道泵，本法在脱碳原理上利用二氧化碳不同压力下在水中的溶解度不同，采用加压吸收、常压解析再生的方法脱除沼气中的二氧化碳，将纯化后的沼气中CH₄浓度提高到97%以上送后工序脱水，达到二类生物天然气质量标准。本实用新型采用的工作水解析再生装置与传统设备相比，具有体积小，设备投资小，脱碳效率高，电耗低等优势。

Description

水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置

技术领域

本实用新型涉及可再生能源领域，特别是涉及一种水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的工艺装置。

背景技术

沼气是一种以甲烷和二氧化碳为主的低热值生物质气体，可以通过脱硫、脱二氧化碳、脱水等净化处理环节制精制为满足生物天然气标准的生物天然气。早期的沼气主要来自于农业废弃物处理，规模小，产气量低，大部分用于农户燃气自用，随着环境保护、环境治理意识增强，对再生能源的利用也逐渐得到重视，沼气生产规模越来越大，大部分来源于污水、污泥、垃圾处理的厌氧发酵系统，沼气的利用也慢慢从发电并入电网发展到提纯制成生物天然气并入城市燃气管网或进一步处理制成车用压缩生物天然气供加气站。目前中、大型脱碳装置采用化学吸收法脱碳、PSA脱碳、低温甲醇法、碳酸丙烯脂法等，但随着环保形势越来越竣，采用低廉易得，环保无害的物质作为脱碳吸收剂，是势在必行的。本方案采用水作为吸收液，用以脱除沼气中的二氧化碳，提高沼气中甲烷浓度生产生物天然气，生产过程中既不需要热源（锅炉蒸汽），又不需要独立的循环水系统，使再生资源开发和综合利用得到更好的发展。

CN203530267U《以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置》中提到：本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置包括顺次连通的沼气增压装置Ⅰ、水洗脱碳装置、干燥装置Ⅰ、增压装置Ⅱ、干燥装置Ⅱ和生物天然气储运装置，所述水洗脱碳装置包括顺次连通的沼气缓冲罐、沼气压缩装置和水洗吸收塔，水洗吸收塔的顶部与干燥装置Ⅰ连通，水洗吸收塔的下部依次连接有水力透平机、一级解析塔和二级解析塔，二级解析塔下部与水洗吸收塔上部之间设有管道连通，管道上安装有水泵，一级解析塔顶部和沼气缓冲罐顶部之间有管道连通。但是该装置仍然存在以下缺点：（1）系统需要另外设立单独的循环水处理系统；（2）能耗大；（3）占地面积大。

本方案与之相比较，脱碳的原理是一致的，但在设备结构和工艺流程设置上有所不同，我们的优势和区别在于：（1）对一、二级解析塔内部结构进行了优化，设置了水平解析板，由平板段和孔板段组成，增大了从吸收塔底部出来的富液在解析设备内的解析面积，从而大大缩小了解析设备体积，减少（压力容器）50%左右的制作费，设备体积小，占地面积小，摆放紧凑；（2）在二级解析设备后增加了常压再生塔，塔底设置一台再生风机向塔内从下往上鼓吹空气，与塔保内从上喷淋而下的工作水直接接触，一方面充分解析溶解在水中残余的二氧化碳，提高再生效果，另一方面降低了工作水的温度，这两点作用均提高了进入吸收塔的工作水的吸收二氧化碳的能力，同等负荷下，与专利2013120650773.5相比，可减少入塔水循环量，从而减少高压水泵（贫液泵）电耗约20%。（3）水泵采用变频调节，既保护了设备又降低电耗，更方便装置在负荷波动时水量灵活调节。（4）系统不需要另外设立单独的循环水处理系统，水溶液在冷却压缩机的同时可回收热量用于提升自身的温度，有利于溶解于水溶液中的二氧化碳的解析。

发明内容

为解决现有沼气脱碳装置中存在中的不足，本实用新型的目的在于提供一种节约能源、高压水泵能耗少的水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的工艺装置。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，包括气体缓冲罐、增压机、塔前分离器、吸收塔、塔后分离器、回收槽、闪蒸槽、贫液泵、贫液过滤器、再生塔、循环水管道泵，气体缓冲罐出口与增压机进口相连，增压机出口与塔前分离器相连，塔前分离器与吸收塔进气口相连，吸收塔出气口与塔后分离器进口相连，吸收塔底工作水出口与回收槽进液口相连，回收槽顶部出气口与位于增压机前的气体缓冲罐进气端相连、回收槽底部出液口与闪蒸槽进液口相连，闪蒸槽顶部通过放空阀与外界大气相连，闪蒸槽底部出液口分两个支路，一路与再生塔进液口相连，另一路与循环水管道泵进口相连，再生塔底部出液口与贫液过滤器进口相连，贫液过滤器出口与贫液泵进口相连，贫液泵出口与吸收塔顶部进液口相连，泵出口与增压机冷却水进水管相连，增压机冷却水出水管与再生塔顶进水口相连。

优选地，所述回收槽和/或闪蒸槽内部设有水平解析板，所述水平解析板分为实心板段、孔板段和实心板段。

优选地，实心板段、孔板段和实心板段的长度比为2:3:1。

优选地，所述闪蒸槽安装于再生塔顶部，闪蒸槽与再生塔之间形成一个“U”型管。

优选地，所述再生塔的底部连接鼓风机，鼓风机的送风管高于再生塔底部进气口。

优选地，所述再生塔底部设置液位溢流水封，其溢流口位置低于再生塔底部进风口。

本实用新型具有以下有益效果：（1）该装置采用水作为吸收剂脱除沼气中的二氧化碳，项目整体投资运行费用低，处理效率高，操作方便，且吸收载体为水，不添加任何吸收剂，价廉易得、无毒、易于再生，对周围环境不会带来污染；（2）对一、二级解析塔内部结构进行了优化，设置了水平解析板，由平板段和孔板段组成，增大了从吸收塔底部出来的富液在解析设备内的解析面积，从而大大缩小了解析设备体积，减少（压力容器）50%左右的制作费，设备体积小，占地面积小，摆放紧凑；（3）在二级解析设备后增加了常压再生塔，塔底设置一台再生风机向塔内从下往上鼓吹空气，与塔保内从上喷淋而下的工作水直接接触，一方面充分解析溶解在水中残余的二氧化碳，提高再生效果，另一方面降低了工作水的温度，这两点作用均提高了进入吸收塔的工作水的吸收二氧化碳的能力，同等负荷下，与同类的其他装置相比可减少入塔水循环量，从而减少高压水泵（贫液泵）电耗约20%；（4）水泵采用变频调节，既保护了设备又降低电耗，更方便装置在负荷波动时水量灵活调节；（5）系统不需要另外设立单独的循环水处理系统，水溶液在冷却压缩机的同时可回收热量用于提升自身的温度，有利于溶解于水溶液中的二氧化碳的解析。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

附图1为本实用新型实施例的结构示意图。

附图2为本实用新型实施例的回收槽和/或闪蒸槽结构示意图。

附图3为本实用新型附图2中的A-A剖面图。

附图4为本实用新型附图2中的B-B剖面图。

附图5为本实用新型附图2中的C-C剖面图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，如附图1所示，包括气体缓冲罐、增压机、塔前分离器、吸收塔、塔后分离器、回收槽、闪蒸槽、贫液泵、贫液过滤器、再生塔、循环水管道泵，气体缓冲罐出口与增压机进口相连，增压机出口与塔前分离器相连，塔前分离器与吸收塔进气口相连，吸收塔出气口与塔后分离器进口相连，吸收塔底工作水出口与回收槽进液口相连，回收槽顶部出气口与位于增压机前的气体缓冲罐进气端相连、回收槽底部出液口与闪蒸槽进液口相连，闪蒸槽顶部通过放空阀与外界大气相连，闪蒸槽底部出液口分两个支路，一路与再生塔进液口相连，另一路与循环水管道泵进口相连，再生塔底部出液口与贫液过滤器进口相连，贫液过滤器出口与贫液泵进口相连，贫液泵出口与吸收塔顶部进液口相连，泵出口与增压机冷却水进水管相连，增压机冷却水出水管与再生塔顶进水口相连。其中，该装置中脱除的沼气为经过脱硫处理后的沼气，再进入气体缓冲罐中进行处理，目前工程应用中，这个脱硫方法有化学湿法脱硫、干法脱硫和生物脱硫。附图1中路径A为回收气送压缩进口，路径B为产品气出系统，路径C为脱硫后沼气进入系统，路径D为补给水来自总管，路径E为空气。

其中，工作水解析再生设备回收槽（闪蒸槽）如附图2-5所示，其结构特点：包括槽体101、进水口102、出水口103、水平解析板104、5是立板105、顶部气体收集口106、解析板支撑107、支座108、液位计109。其中水平解析板由实心板平流段、孔板平流段、立板、支撑四部分组成，实心板水平段分两截，分别连接在孔板段的两端，解析板的宽度一致，水平解析板沿器内液体流向分三段布置,分别为实心板段、孔板段和实心板段，三段长度比依次为2:3:1.孔板上孔径大小和个数以解析气量多少的确定，立板的高度为设备筒体直径的三分之二。设备内的解析表面积较立式传统结构增大了120%，吸收了二氧化碳的工作水进入回收槽（闪蒸槽）后先流进实心板平流段，迅速降低流速扩大表面积，大部分气体得到解析，再流经孔板平流段，部分工作水经小孔流入水平解析板下部集液区，集液区解析的气体也沿小孔扩散出来，在槽顶部汇集，经顶部气体收集器缓冲分离水后部分经放空阀放空，回收槽顶部回收气选择性的回收到增压机进口的气体缓冲罐。

其中，可在闪蒸槽的安装位置及出口到再生塔进液口之前设置“U”形管结构。将闪蒸槽安装在再生塔顶部，当工作水从回收槽通过压差作用压至闪蒸槽，在闪蒸槽内将压力完全释放，解析气全部放空，闪蒸槽出口工作液通过一个有效高度为1.5米的“U”形管进入再生塔上部工作液分布器，“U”形管的作用可以有效有防止再生塔内的气体串入闪蒸槽阻碍工作液有效通道，也可以有效杜绝闪蒸槽内未解析完全的气体随着工作水一起串入再生塔，增加再生塔的工作负荷。

其中，本装置将传统解析塔（再生塔）由顶部抽风改成从塔底送风，充分提高了空气与塔顶喷淋而下工作液的接触效果，工作水中残余的二氧化碳解析得更为砌底，同时工作水温度得到降低，确保了再生效果和吸收效果。为防止塔内工作水倒流进入再生风机出口管内损坏风机，装置中设置了两道保障措施，一是进塔空气管高于塔底进气口1米位置安装，二是设置再生塔塔底液位溢流水封，溢流口位置低于塔底进风口0.3米，溢流水封的有效高度为1米，可以在防止塔底空气走近路串出的同时有效保护塔底液位不会高过溢流口倒流入空气管内损坏风机。

本装置通过改造，无需设置专门的循环水处理系统。本装置将将闪蒸槽出来的经二级膨级解析后的工作水部分通过管道泵引出，经管式过滤器过滤杂质后送压缩机冷却水进水总管，冷却水出压缩机后温度升高后送再生塔上部进水口，在再生塔内与其他工作水一起得到完全再生，并降低了温度循环使用。采用这样的冷却水流程，既满足压缩机各级冷却器降温需求，又提高了进再生塔富液的温度，增强了再生塔内富液的解析再生效果，还省去了一个专用的循环水冷却塔，减少设备投资和装置占地面积。

本装置的各项工作步骤如下

(一）沼气脱除二氧化碳过程：

脱硫后的沼气经气体缓冲罐1缓冲并分离汽水后，经增压机2加压到0.9-2.0MPa,温度控制在40℃以内，经过塔前分离器3分离气水后进入吸收塔4下部，由下而上，与塔顶喷淋而下的工作水在塔内填料层表面充分接触，沼气中的大部分二氧化碳被工作水吸收。出吸收塔纯化气中二氧化碳在线浓度分析表22测量值低于3%（根据需要也可以降到1%）以内，经过塔后分离器5分离夹带出来的汽水后，再送后工序脱水干燥制成生物天然气送燃气管网或进一步压缩制成CNG外售。

（二）工作水吸收再生循环过程：

吸收了二氧化碳的工作水（称为富液），从吸收塔4底引出，经过吸收塔液位节阀13控制吸收塔液位14在正常可见范围内操作，吸收塔底富液自调节阀出来后进入回收槽6，回收槽出口液位调节阀15控制回收槽液位16在正常操作范围，回收槽顶部回收气调节阀17控制回收槽压力18在0.4-0.6MPa范围操作，若回收气中甲烷含量偏低，可手动调节回收槽顶放空阀19控制部分解析气直接放空，减少回收至增压机进口气体缓冲罐1的回收气总量。工作液自回收槽液位调节阀15出来后利用余压送入安装在再生塔顶部的闪蒸槽7，闪蒸槽顶部放空与大气相连通，工作液充分减压到常压，闪蒸槽出口工作液利用位差通过一个“U”形管段（既防止闪蒸槽解析气串入再生塔又防止再生塔空气串入闪蒸槽）后流入再生塔8上部的工作液分布器，在塔内均匀分布由上而下流经塔内填料层，与塔底鼓风机12吹入的新鲜空气充分接触，工作液温度降低到32℃以下，残余在水中的二氧化碳被充分解析，随空气一起吹出再生塔外放空。当再生塔内液位过高时，工作水会自动从溢流水封9溢出，液位正常时，溢水水封内有效水位确保了空气不从这里走近路吹出。再生完全的工作液由再生塔底部引出，经过贫液过滤器10过滤机械杂质后送贫液泵11加压到1.4MPa左右送入吸收塔4顶循环使用，根据不同负荷设定对应的贫液流量20，通过贫液泵变频调节维持设定流量稳定。系统的液位补充和新鲜水补充可以通过补水阀21按需要补入系统。

（三）循环冷却水流程：

经回收槽、闪蒸槽二级肿减压膨胀解析的工作水，在进入再生塔前部分经循环水管道泵23抽出，经管式过滤器过滤机械杂质后，送压缩机冷却水进水总管，由压缩机冷却水出水总管引出送再生塔上部进液口，进入再生塔与其余工作水一起由上至下流经填料层，与塔底吹入的新鲜空气直接接触，使进入再生塔底部分工和水再生完全，温度降到指标要求，再送入系统循环使用。

再生塔内工作液由上而下流经填料层，与塔底吹入空气直接接触，工作液中残余的二氧化碳得到解析，贫液温度降到30～32℃ ，贫液中残余二氧化碳吸收量≤100mg/L。

本文中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，包括气体缓冲罐、增压机、塔前分离器、吸收塔、塔后分离器，其特征在于，还包括回收槽、闪蒸槽、贫液泵、贫液过滤器、再生塔、循环水管道泵，气体缓冲罐出口与增压机进口相连，增压机出口与塔前分离器相连，塔前分离器与吸收塔进气口相连，吸收塔出气口与塔后分离器进口相连，吸收塔底工作水出口与回收槽进液口相连，回收槽顶部出气口与位于增压机前的气体缓冲罐进气端相连、回收槽底部出液口与闪蒸槽进液口相连，闪蒸槽顶部通过放空阀与外界大气相连，闪蒸槽底部出液口分两个支路，一路与再生塔进液口相连，另一路与循环水管道泵进口相连，再生塔底部出液口与贫液过滤器进口相连，贫液过滤器出口与贫液泵进口相连，贫液泵出口与吸收塔顶部进液口相连，泵出口与增压机冷却水进水管相连，增压机冷却水出水管与再生塔顶进水口相连。

2.根据权利要求1所述的水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，其特征在于，所述回收槽和/或闪蒸槽内部设有水平解析板，所述水平解析板分为实心板段、孔板段和实心板段。

3.根据权利要求2所述的水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，其特征在于，实心板段、孔板段和实心板段的长度比为2:3:1。

4.根据权利要求1所述的水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，其特征在于，所述闪蒸槽安装于再生塔顶部，闪蒸槽与再生塔之间形成一个“U”型管。

5.根据权利要求1所述的水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，其特征在于，所述再生塔的底部连接鼓风机，鼓风机的送风管高于再生塔底部进气口。

6.根据权利要求5所述的水吸收法脱除沼气中二氧化碳制备生物天然气的装置，其特征在于，所述再生塔底部设置液位溢流水封，其溢流口位置低于再生塔底部进风口。