CN217868743U - 沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，包括：沼气净化单元，用于利用氨水吸收原料沼气中的二氧化碳，得到二次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料；沼气提纯单元，与所述沼气净化单元连通，用于脱除所述二次脱碳沼气中的氨气与残留的二氧化碳，得到天然气；氨水供给单元，与所述沼气净化单元连通，用于为所述沼气净化单元提供所述氨水；碳酸氢铵制备单元，与所述沼气净化单元连通，用于将所述碳酸氢铵浆料制备成碳酸氢铵晶体。本实用新型的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，实现沼气脱碳、系统固碳、产生碳酸氢铵产品三重效果，具有较好的环保经济价值。

Description

沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统

技术领域

本实用新型涉及沼气脱碳技术领域，尤其涉及沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统。

背景技术

畜禽粪便、秸秆、餐厨垃圾、污泥、污水等经厌氧发酵后，会产生沼气。沼气组成复杂，大致：CH4占总体积的50％～70％，CO225％～40％，其余气体N2，H2O，H2S等。

沼气直接的应用是作为燃料，而燃烧的有效成分是甲烷。尤其是某些高端燃料应用领域，对于甲烷含量具有更高的要求，比如当沼气作汽车燃料使用时，要求含甲烷97％以上。然而CO2占据杂质气体的绝大部分，降低了沼气的热值、能量密度以及燃烧速度，增大了沼气燃烧温度。由此，为实现沼气的有效利用，需进行二氧化碳的脱除。

相关技术中，沼气脱碳方法较多，但是这些方法大多或者能耗高，或者二氧化碳难以达标排放。比如：利用活化MDEA水溶液在高压常温下，将沼气中的CO2吸收，并在降压和升温的情况下，CO2又从溶液中解吸出来，同时溶液得到再生。该方法存在以下问题：(1)CO2从溶液中解吸时，通过沼气加热导热油，加热后的导热油对溶液加热解吸，热能耗量大，能耗高，成本高； (2)解吸出的二氧化碳难以达标排放，造成环境污染，若设置专门装置进行处理，能耗大、成本高。由此，提供一种能耗低，且能保证二氧化碳达标排放的沼气脱碳方法具有重要意义。

发明内容

基于上述目的，本实用新型提供了沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，以解决或部分解决上述技术问题：

沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，包括：

沼气净化单元，用于利用氨水吸收原料沼气中的二氧化碳，得到二次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料；

沼气提纯单元，与所述沼气净化单元连通，用于脱除所述二次脱碳沼气中的氨气与残留的二氧化碳，得到天然气；

氨水供给单元，与所述沼气净化单元连通，用于为所述沼气净化单元提供所述氨水；

碳酸氢铵制备单元，与所述沼气净化单元连通，用于将所述碳酸氢铵浆料制备成碳酸氢铵晶体。

进一步地，所述沼气净化单元包括相连通的第一碳化塔与第二碳化塔，所述第一碳化塔与所述第二碳化塔均连通有外取热器，所述外取热器用于对碳化塔中的液体进行取热降温。

所述第一碳化塔与所述第二碳化塔均为筛板塔。

进一步地，所述沼气提纯单元与所述第一碳化塔、所述第二碳化塔可切换连通；

所述碳酸氢铵制备单元与所述第一碳化塔、所述第二碳化塔可切换连通；

所述氨水供给单元与所述第一碳化塔、所述第二碳化塔可切换连通。

进一步地，所述沼气提纯单元包括相连通的综合塔与清洗塔，所述综合塔与所述第一碳化塔、所述第二碳化塔可切换连通，所述综合塔与所述碳酸氢铵制备单元连通。

进一步地，所述第一碳化塔上设置有第一塔顶出气口、第一塔顶进液口、第一塔底进气口与第一塔底出液口；所述第二碳化塔上设置有第二塔顶出气口、第二塔顶进液口、第二塔底进气口与第二塔底出液口；

所述第一塔顶出气口与所述第二塔底进气口连通，所述第一塔顶进液口与所述第二塔底出液口连通，所述第一塔底出液口与所述碳酸氢铵制备单元连通，所述第二塔顶进液口与所述氨水供给单元连通，所述第二塔顶出气口与所述沼气提纯单元连通。

进一步地，所述综合塔上设置有二脱沼气进口、脱碳气出口、第一软化水进口、稀氨水进口与氨碳液出口，所述二脱沼气进口与所述第二塔顶出气口连通，所述氨碳液出口与所述碳酸氢铵制备单元连通；

所述清洗塔上设置有第二软化水进口、脱碳气进口、稀氨水出口与天然气出口，所述稀氨水进口与所述稀氨水出口连通，所述脱碳气出口与所述脱碳气进口连通。

进一步地，所述氨水供给单元包括沼液子单元，所述沼液子单元包括顺次连通的蒸氨塔与吸收塔；

所述吸收塔与所述碳酸氢铵制备单元、所述第二碳化塔连通。

进一步地，所述氨水供给单元包括沼液子单元，所述沼液子单元包括顺次连通的蒸氨塔与吸收塔；

所述吸收塔与所述碳酸氢铵制备单元、所述第二碳化塔连通。

进一步地，所述氨水供给单元包括液氨子单元，所述液氨子单元包括氨水制备器，所述氨水制备器与所述碳酸氢铵制备单元、所述第二碳化塔连通。

进一步地，所述碳酸氢铵制备单元包括顺次连通的稠厚罐、离心机以及母液槽；

所述稠厚罐与所述第二碳化塔连通，所述母液槽与所述综合塔连通；所述母液槽与所述吸收塔连通，和/或所述母液槽与所述氨水制备器连通。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，具有如下有益效果：

1、实现沼气净化、固碳、产出碳酸氢铵产品三重收益。以氨水作吸收剂吸收沼气中的二氧化碳，氨水与二氧化碳进行碳化反应生成碳酸氢铵产品，沼气脱碳后变成高含量甲烷的天然气。固碳环保、高含量甲烷天然气与额外工业产品碳酸氢铵的产出，三重收益，经济价值高，环保效益好，市场应用前景好。

2、碳酸氢铵收率高、制备效率高。第一碳化塔与第二碳化塔均为板式塔，筛板上的筛孔能够均匀分散气体，气体平稳向上流动，碳化塔内液体中的气泡小而密，增加二氧化碳与液体的接触面积，加强传热传质效果，提高二氧化碳吸收效率；与此同时，在碳化塔外部连通外取热器对碳化塔中的液体进行取热降温后，返输于碳化塔中，保证碳化塔中较低的温度，防止液体、二氧化碳挥发，保证二氧化碳吸收效果，减少物料损失，筛板塔+外取热的方式，提高了碳酸氢铵收率、制备效率。

3、天然气中甲烷的含量达到97％以上；氨气含量小于0.3％；二氧化碳含量小于0.5％。利用碳酸氨溶液吸收沼气中的二氧化碳，实现对沼气的一级脱碳，得到一次脱碳沼气；利用氨水吸收一次脱碳沼气中的二氧化碳，实现对沼气的二级脱碳，得到二次脱碳沼气；再次利用稀氨水吸收二次脱碳沼气中残留的二氧化碳，实现对沼气的三级脱碳，得到脱碳沼气；三级脱碳，层层递进，脱碳程度高，天然气中甲烷含量达到97％以上，二氧化碳含量小于0.5％。利用软化水两级吸收系统中产生的氨气，脱氨效果好，天然气中氨气含量小于0.3％。三级脱碳、两级脱氨，提高沼气纯化程度。

5、系统中废液回收自用，实现废液零排放。离心机中输出的碳酸氢铵母液以及综合塔输出的氨碳混合液，混合成母液混合液用于制备氨水，废液自产自用，无废液排出系统，有利于保护环境。

6、沼气、沼液处理一体化。以沼液脱氨得到的氨水作为沼气处理所需氨水的来源，沼气处理与沼液处理相结合，有利于沼液沼气的规模化处理。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。

图1为本实用新型实施例的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统示意图。

图中：1-沼气净化单元；11-第一碳化塔；111-第一塔顶出气口；112-第一塔顶进液口；113-第一塔底进气口；114-第一塔底出液口；12-第二碳化塔；121- 第二塔顶出气口；122-第二塔顶进液口；123-第二塔底进气口；124-第二塔底出液口；13-外取热器；2-沼气提纯单元；21-综合塔；211-二脱沼气进口；212- 第一软化水进口；213-稀氨水进口；214-氨碳液出口；215-脱碳气出口；22-清洗塔；221-第二软化水进口；222-脱碳气进口；223-稀氨水出口；224-天然气出口；3-氨水供给单元；311-氨水制备器；321-蒸氨塔；322-吸收塔；33-氨水储罐；4-碳酸氢铵制备单元；41-稠厚罐；42-离心机；43-母液槽。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型中使用的“第一”、“第一”和类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连通”或者“连通”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连通，而是可以包括电性的连通，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

相关技术中，沼气脱碳方法主要包括PSA变压吸附脱碳、有机胺液吸附脱附以及高压水吸附脱附。以沼气中二氧化碳含量30％，甲烷含量60％，分析上述沼气脱碳方法。

(1)PSA变压吸附脱碳。采用混合分子筛，通常为：5A+13X+C分子筛。经过PSA变压吸附脱除二氧化碳，脱除1000Nm3沼气(甲烷600Nm3)，通常会损失沼气100Nm3(甲烷50-60Nm3)，效果差的损失沼气160-170Nm3(甲烷100Nm3)。此外，二氧化碳直接排放，不能产生碳指标。

(2)有机胺液吸附脱附(MDEA.MEA)。脱除2600Nm3沼气，有机胺液加热解吸需要消耗沼气约500Nm3(甲烷300Nm3)。此外，二氧化碳直接排放，难以产生碳指标。

(3)高压水吸附脱附。采用0.8MPa的高压水吸附二氧化碳，然后闪蒸脱除二氧化碳，损失3％甲烷气体。二氧化碳排放了，不能产生碳指标。

综上，相关技术中的沼气脱碳方法损失甲烷、能耗高，并且几乎都不能产生碳指标，无论是经济效益，还是环保效益都有待提高。

本申请通过氨水与二氧化碳的碳化反应进行沼气中二氧化碳的脱除，有固碳效果，实现碳指标、碳酸氢铵产品以及沼气脱碳三个收益，并且无需如MDEA 方法中二氧化碳解吸需要耗费大量热能，因此能耗也较低，具备较好的经济环保效益。氨水碳化的总反应方程式如下：

碳化反应过程比较复杂，需要经过一系列中间过程，可分为以下几步：

二氧化碳从气相溶解于液体：

溶解的CO2与溶液中的氨形成氨基甲酸铵：

氨基甲酸铵水解生成碳酸氢铵或碳酸铵：

总的来说，二氧化碳与氨水生成碳酸氨溶液，碳酸氨溶液继续与二氧化碳反应生成碳酸氢铵。当溶液中碳酸氢铵的浓度超过了它所在温度下的溶解度时，便以结晶形式析出，或沉积到已形成的晶核上使晶核长大。

有鉴于此，本实用新型一个或多个实施例提供了沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统。

总体方案：将原料沼气与碳酸氨溶液通入第一碳化塔11中，碳酸氨溶液与原料沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢铵，得到一次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料；将氨水与一次脱碳沼气通入第二碳化塔12中，氨水吸收一次脱碳沼气中残留的二氧化碳生成碳酸氨，得到二次脱碳沼气与碳酸氨溶液。将二次脱碳沼气、软化水、稀氨水通入综合塔21中，软化水吸收二次脱碳沼气中的氨气，稀氨水吸收二次脱碳沼气中残留的二氧化碳，得到脱碳沼气与氨碳混合液。将脱碳沼气、软化水通入清洗塔22中，软化水吸收脱碳沼气中残留的氨气，得到稀氨水与天然气。

以下，通过具体的实施例来详细说明本实用新型一个或多个实施例的技术方案。

以下，通过具体的实施例来详细说明本发明一个或多个实施例的技术方案。

沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的方法，包括：

步骤101，将原料沼气与碳酸氨溶液通入第一碳化塔11中，碳酸氨溶液与原料沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢铵，得到一次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料。

在该步骤中，原料沼气中二氧化碳的含量约为25％～40％。第一碳化塔11 为板式塔。第一碳化塔11中发生的反应：原料沼气中的二氧化碳与碳酸氨溶液进行碳化反应生成碳酸氢铵。反应时，需要控制碳化反应温度35℃左右，以避免高温二氧化碳挥发。由此，采用外取热方式，外部连通外取热器13，用于对第一碳化塔11中的液体进行取热降温。外取热器13可以为2个、3个等。更具体地，外取热器13的热流进口连通第一碳化塔11的下层塔板，热流出口连通第一碳化塔11的上层塔板。实际使用时，将第一碳化塔11下层塔板上温度较高的液体进行冷却后，从上层塔板上进行返输，冷却后的液体在第一碳化塔11内流动，从而降低第一碳化塔11内液体的温度。

步骤102，将氨水与一次脱碳沼气通入第二碳化塔12中，氨水吸收一次脱碳沼气中残留的二氧化碳生成碳酸氨，得到二次脱碳沼气与所述碳酸氨溶液。

在该步骤中，第二碳化塔12为板式塔。筛板上设置筛孔，用于分散气体，增大气体与液体的接触面积，实现二氧化碳的高效吸收。

第二碳化塔12中发生的反应：一次脱碳沼气中残留的二氧化碳与氨水进行碳化反应生成碳酸氨溶液。需要控制反应温度20℃～40℃，以避免温度过高，二氧化碳挥发，导致二氧化碳吸收效率低。由此，第二碳化塔12与第一碳化塔11结构、设置相同，采用外取热方式，外部连通外取热器13及时将第二碳化塔12塔板上液体的热量取走。具体地，外取热器13的热流进口连通第二碳化塔12的下层塔板，热流出口连通第二碳化塔12的上层塔板，以将第二碳化塔12下层塔板上的温度较高的液体进行冷却后，由上层塔板进行返输，冷却后的液体在第二碳化塔12喷淋，从而降低第二碳化塔12内液体的温度，保证碳化反应较为适宜的反应温度。

由于第一碳化塔11中的碳酸氨溶液与原料沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢铵浆料，持续一段时间后，第一碳化塔11会结疤结垢。此时，要将第一碳化塔11与第一碳化塔11上的操作进行对调，即：

步骤201：一定时间后：将原料沼气与碳酸氨溶液通入第二碳化塔12中，碳酸氨溶液与原料沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢铵，得到一次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料。

将氨水与一次脱碳沼气通入第一碳化塔11中，氨水吸收一次脱碳沼气中残留的二氧化碳生成碳酸氨，得到二次脱碳沼气与碳酸氨溶液。

在一些实施例中，还包括：

步骤301：将二次脱碳沼气、软化水、稀氨水通入综合塔21中。

步骤101、步骤102中由于氨水受热挥发等因素产生氨气，由此，二次脱碳沼气中会混入氨气，因此，用软化水吸收二次脱碳沼气中的氨气。此外，为了进一步地脱除二次脱碳沼气中残留的二氧化碳，用稀氨水吸收二次脱碳沼气中残留的二氧化碳，得到脱氨、深度脱碳后的脱碳沼气。

步骤402：将脱碳沼气、软化水通入清洗塔22中。

在该步骤中，利用软化水再次深层次脱除脱碳沼气中残留的氨气，得到天然气，天然气中甲烷含量大于97％(体积分数)。与此同时，清洗塔22中软化水与氨气反应得到的稀氨水，返输于综合塔21用于吸收脱碳沼气中残留的二氧化碳，系统废液回收利用，避免废液输出。

在一些实施例中，还包括：

步骤401：将碳酸氢铵浆料通入稠厚罐41中进行冷却稠厚，以促进碳酸氢铵晶体聚集增长，得到稠厚后的碳酸氢铵浆料。

步骤502：将稠厚后的碳酸氢铵浆料通入离心机42中，以脱除碳酸氢铵浆料中的水分，得到碳酸氢铵晶粒与碳酸氢铵母液。

碳酸氢铵浆料在稠厚罐41中静止、冷却，部分细碎晶体堆贴，或形成大颗粒晶体，或堆积于大颗粒晶体上，使大颗粒晶体越来越大。采用双推料离心机42对冷却稠厚后的碳酸氢铵晶浆，连续脱水出料，生产稳定、高效。

步骤503：将碳酸氢铵母液与氨碳混合液混合，得到母液混合液。对系统中产生的碳酸氢铵母液、氨碳混合液等废液进行回收，将两者混合得到母液混合液，然后将母液混合液用于氨水制备。

在一些实施例中，步骤102中氨水的获得过程具体包括：

步骤501：将原料沼液与汽提蒸汽通入蒸氨塔321中，汽提蒸汽将原料沼液中的氨气蒸出，得到氨气与脱氨沼液。

步骤602：将氨气、母液混合液通入吸收塔322中，母液混合液吸收氨气，得到氨水。

畜禽粪便、秸秆、餐厨垃圾、污泥等经厌氧发酵后，会产生含有高浓度氨氮的原料沼液。高浓度氨氮的原料沼液，直接排放不仅会造成水体、土壤富氧化等环境问题，而且会造成氨氮损失。利用汽提蒸汽汽提原料沼液中的氨氮，得到氨气，然后再利用母液混合液吸收氨气，净化原料沼液的同时，产出的氨水作为沼气脱碳的原料，用于吸收原料沼气中的二氧化碳以净化原料沼气。原料沼液处理与原料沼气处理协同处理，经济效益高。

在一些实施例中，步骤102中氨水的获得过程还包括：

将液氨与母液混合液通入氨水制备器311中，液氨与母液混合液混合，得到氨水。液氨和母液混合液在线制备氨水，对于原料沼气长期脱碳工程，相比市场购买，自制自供，会大大节约成本。

此外，原料沼液脱氮制备所得的氨水，与液氨制备所得的氨水可以通入到氨水储罐33中存储后，通入原料沼气脱碳系统中使用。也可直接由原料沼液脱氮制备与液氨混液制备氨水，在线切换供给氨水给原料沼气脱碳系统。

基于同一发明构思，本发明还提供了沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，包括：沼气净化单元1、沼气提纯单元2、氨水供给单元3以及碳酸氢铵制备单元4，其中：

沼气净化单元1，用于利用氨水吸收原料沼气中的二氧化碳，得到二次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料。沼气提纯单元2，与沼气净化单元1连通，用于脱除二次脱碳沼气中的氨气与残留的二氧化碳，得到天然气。氨水供给单元3，与沼气净化单元1连通，用于为沼气净化单元1提供氨水。碳酸氢铵制备单元4，与沼气净化单元1连通，用于将碳酸氢铵浆料制备成碳酸氢铵晶体。

在一些实施例中，沼气净化单元1包括第一碳化塔11以及第二碳化塔12。第一碳化塔11与第二碳化塔12均连通有外取热器13。

沼气提纯单元2与第一碳化塔11、第二碳化塔12可切换连通。碳酸氢铵制备单元4与第一碳化塔11、第二碳化塔12可切换连通。氨水供给单元3与第一碳化塔11、第二碳化塔12可切换连通。

氨水与二氧化碳的碳化反应包括两个阶段：即氨水吸收一次脱碳沼气中残留的二氧化碳生成碳酸氨，碳酸氨溶液与原料沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢铵，两个阶段分别在两个碳化塔中进行。第一碳化塔11、第二碳化塔12结构可相同，两者可通用。比如可在第一碳化塔11中进行碳酸氨溶液与原料沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢铵的反应，在第二碳化塔12中进行氨水吸收一次脱碳沼气中残留的二氧化碳生成碳酸氨的反应。当这种操作模式进行一段时间后，第一碳化塔11由于产生碳酸氢铵晶体使得第一碳化塔11结垢结疤，由此将第一碳化塔11、第二碳化塔12的操作进行调换。即在第二碳化塔12 中进行碳酸氨溶液与原料沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢铵的反应，在第一碳化塔11中进行氨水吸收一次脱碳沼气中残留的二氧化碳生成碳酸氨的反应。相应的，沼气提纯单元2、碳酸氢铵制备单元4、氨水供给单元3随着两个碳化塔具体进行的反应，进行相应的转换连接。

在一些实施例中，沼气提纯单元2包括相连通的综合塔21与清洗塔22，综合塔21与第一碳化塔21、第二碳化塔22可切换连通。

在一些实施例中，第一碳化塔11上设置有第一塔顶出气口111、第一塔顶进液口112、第一塔底进气口113与第一塔底出液口114；第二碳化塔12上设置有第二塔顶出气口121、第二塔顶进液口122、第二塔底进气口123与第二塔底出液口124；综合塔21上设置有二脱沼气进口211、脱碳气出口215、第一软化水进口212、稀氨水进口213与氨碳液出口214；清洗塔上设置有第二软化水进口221、脱碳气进口222、稀氨水出口223与天然气出口224；第一塔顶出气口111与第二塔底进气口123连通，第一塔顶进液口112与第二塔底出液口124连通，第一塔底出液口114与碳酸氢铵制备单元4连通，第二塔顶进液口122与氨水供给单元3连通，第二塔顶出气口121与二脱沼气进口211连通；稀氨水进口213与稀氨水出口223连通，脱碳气出口214与脱碳气进口222 连通，氨碳液出口214与碳酸氢铵制备单元4连通。

即第一碳化塔11中发生：碳酸氨溶液与原料沼气中的二氧化碳反应生成碳酸氢铵，得到一次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料。第一碳化塔11中发生：将氨水与一次脱碳沼气通入第二碳化塔中，氨水吸收一次脱碳沼气中残留的二氧化碳生成碳酸氨，得到二次脱碳沼气与碳酸氨溶液。第二塔顶出气口121与沼气提纯单元2连通，用于将二次脱碳沼气通入沼气提纯单元2；第二塔顶进液口 122与氨水供给单元3连通，用于将氨水通入第二碳化塔12中；第二塔底进气口123与第一塔顶出气口111连通，用于将一次脱碳沼气通入第二碳化塔12中；第二塔底出液口124与第一塔顶进液口112连通，用于将碳酸氨溶液通入到第一碳化塔11。

第一碳化塔11中发生：碳酸氨溶液与原料沼气反应生成碳酸氢铵，得到一次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料。具体结构：第一塔底进气口113用于通入原料沼气；第一塔底出液口114与碳酸氢铵制备单元4连通，用于输出碳酸氢铵浆料。

综合塔21用于脱除二次脱碳沼气中的氨气以及残留的二氧化碳，具体结构：综合塔21上设置有二脱沼气进口211用于通入二次脱碳沼气；第一软化水进口212用于通入软化水吸收氨气；稀氨水进口213用于通入稀氨水以吸收二次脱碳沼气中残留的二氧化碳；氨碳液出口214用于将吸碳、吸氨后形成的氨碳溶液进行输出；二脱沼气进口211与第一塔顶出气口111连通。氨碳液出口214与碳酸氢铵制备单元4连通。

清洗塔22上设置有第二软化水进口221，用于通入软化水再次吸收脱碳沼气中残留的氨气；脱碳气进口222用于通入脱碳沼气；稀氨水出口223用于输出稀氨水到综合塔21中；天然气出口224用于输出天然气。稀氨水出口223 与稀氨水进口213连通，给综合塔21供稀氨水，稀氨水返输于综合塔21中用于吸收脱碳沼气中残留的二氧化碳，实现系统中废液回收利用。

在一些实施例中，碳酸氢铵制备单元4包括顺次连通的稠厚罐41、离心机 42以及母液槽43，稠厚罐41与第一塔底出液口114连通，对碳酸氢铵浆料进行冷却稠厚；母液槽43与综合塔21、离心机42连通，用于盛装碳酸氢铵母液与氨碳混合液。

在一些实施例中，氨水供给单元3包括液氨子单元、原料沼液子单元与氨水储罐33，其中：

液氨子单元包括氨水制备器311，氨水制备器311与氨水储罐33连通，氨水制备器311与碳酸氢铵制备单元4连通，更具体地，氨水制备器311与母液槽43连通，母液槽43中的母液混合液通入到氨水制备器311中与液氨混合，制备氨水。制备得到的氨水通入氨水储罐33中，氨水储罐33中的氨水通入第二碳化塔12中用于与一次脱碳沼气进行碳化反应。

原料沼液子单元包括顺次连通的蒸氨塔321与吸收塔322，吸收塔322与氨水储罐33连通，吸收塔322与碳酸氢铵制备单元4连通。

氨水储罐33，与第二塔顶进液口122连通。

实际使用时，既可以将从氨水制备器311或吸收塔322出来的氨水直接通入到第二碳化塔12中，也可将从氨水制备器311或吸收塔322出来的氨水存储到氨水储罐33中，再从氨水储罐33中将氨水通入到第二碳化塔12中，依据实际情况可调。

以30000m3/d的原料沼气(20h/d，合计每小时处理1500m3原料沼气)装置为基础核算，进行有机胺液吸附脱附、氨水碳化吸附以及高压水吸附脱附三种原料沼气脱碳工艺经济性对比。

(1)三种原料沼气脱碳工艺参数如表1所示：

表1：三种原料沼气脱碳工艺参数

(2)三种原料沼气脱碳工艺投资如表2所示：

表2：三种原料沼气脱碳工艺投资估算

	有机胺吸收	氨水碳化	高压水吸收
				投资估算	500万	700万	550万

(3)三种原料沼气脱碳工艺经济性如表3所示：

表3：三种原料沼气脱碳工艺经济性对比(费用为负，收益为正)

脱碳工艺	单价	有机胺吸收	氨水碳化	高压水吸收
					电费	0.8元	-89	-89	-464
循环水	0.1元/t	-25	-20	0
					蒸汽	300元/t	-1050	0	0
甲烷	4元/m3	-5	-1	-31
					胺液	12.5元/kg	0	0	0
液氨	4元/kg	0	-1360	0
					添加剂	10元/kg	0	10	0
水	8元/t	0	0	-10
					碳铵经济效益	1元/kg	0	1500	0
每小时运行成本(元)		-1169	40	-504
					每年运行成本(万元)	8000小时	-935	32	-403

由表1可知，与有机胺吸收、高压水吸收相比，本发明的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的方法及系统，用电量、甲烷损失量小，额外产生1500 (kg/h)的碳酸氢铵晶体，具备较好的经济效益；且二氧化碳能够达标排放，具备较好的环境效益。

由表2、3可知，虽然本发明的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的方法及系统初期投资高些，但是长期运行时，有机胺吸收、高压水吸收分别每年运行成本耗费935万元、403万，而本发明的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的方法及系统每年会盈利32万元，长期运行所达到的经济效益远远能弥补初期的投资，具备较大的市场前景。

此外，沼气来源于畜禽粪便、秸秆、餐厨垃圾、污泥、污水等农用市政废物，通过氨水吸收沼气中的二氧化碳，产生农用产品碳酸氢铵。取之于农，用之于农，于农业发展具有深远意义。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本实用新型的范围包括权利要求被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，包括：

沼气净化单元，用于利用氨水吸收原料沼气中的二氧化碳，得到二次脱碳沼气与碳酸氢铵浆料；

沼气提纯单元，与所述沼气净化单元连通，用于脱除所述二次脱碳沼气中的氨气与残留的二氧化碳，得到天然气；

氨水供给单元，与所述沼气净化单元连通，用于为所述沼气净化单元提供所述氨水；

碳酸氢铵制备单元，与所述沼气净化单元连通，用于将所述碳酸氢铵浆料制备成碳酸氢铵晶体。

2.根据权利要求1所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，所述沼气净化单元包括相连通的第一碳化塔与第二碳化塔，所述第一碳化塔与所述第二碳化塔均连通有外取热器，所述外取热器用于对碳化塔中的液体进行取热降温。

3.根据权利要求2所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，所述第一碳化塔与所述第二碳化塔均为筛板塔。

4.根据权利要求3所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，

所述沼气提纯单元与所述第一碳化塔、所述第二碳化塔可切换连通；

所述碳酸氢铵制备单元与所述第一碳化塔、所述第二碳化塔可切换连通；

所述氨水供给单元与所述第一碳化塔、所述第二碳化塔可切换连通。

5.根据权利要求2所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，所述沼气提纯单元包括相连通的综合塔与清洗塔，所述综合塔与所述第一碳化塔、所述第二碳化塔可切换连通，所述综合塔与所述碳酸氢铵制备单元连通。

6.根据权利要求5所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，

所述第一碳化塔上设置有第一塔顶出气口、第一塔顶进液口、第一塔底进气口与第一塔底出液口；所述第二碳化塔上设置有第二塔顶出气口、第二塔顶进液口、第二塔底进气口与第二塔底出液口；

所述第一塔顶出气口与所述第二塔底进气口连通，所述第一塔顶进液口与所述第二塔底出液口连通，所述第一塔底出液口与所述碳酸氢铵制备单元连通，所述第二塔顶进液口与所述氨水供给单元连通，所述第二塔顶出气口与所述沼气提纯单元连通。

7.根据权利要求6所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，

所述综合塔上设置有二脱沼气进口、脱碳气出口、第一软化水进口、稀氨水进口与氨碳液出口，所述二脱沼气进口与所述第二塔顶出气口连通，所述氨碳液出口与所述碳酸氢铵制备单元连通；

所述清洗塔上设置有第二软化水进口、脱碳气进口、稀氨水出口与天然气出口，所述稀氨水进口与所述稀氨水出口连通，所述脱碳气出口与所述脱碳气进口连通。

8.根据权利要求4所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，所述氨水供给单元包括沼液子单元，所述沼液子单元包括顺次连通的蒸氨塔与吸收塔；

所述吸收塔与所述碳酸氢铵制备单元、所述第二碳化塔连通。

9.根据权利要求8所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，所述氨水供给单元包括液氨子单元，所述液氨子单元包括氨水制备器，所述氨水制备器与所述碳酸氢铵制备单元、所述第二碳化塔连通。

10.根据权利要求9所述的沼气脱碳净化生产天然气并联产碳酸氢铵的系统，其特征在于，所述碳酸氢铵制备单元包括顺次连通的稠厚罐、离心机以及母液槽；

所述稠厚罐与所述第二碳化塔连通，所述母液槽与综合塔连通；所述母液槽与吸收塔连通，和/或所述母液槽与所述氨水制备器连通。

Images