專(zhuān)利名稱(chēng)：化學(xué)試劑法脫除沼氣及類(lèi)似氣源中CO₂和H₂S的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和可再生能源領(lǐng)域，具體涉及一種利用化學(xué)試劑法脫除沼氣及類(lèi)似氣源中(X)2和的方法和裝置。
背景技術(shù)：
利用有機(jī)垃圾通過(guò)厭氧消化生產(chǎn)出的沼氣是一種很好的清潔能源，其主要成分是甲烷、二氧化碳和微量的硫化氫，以及一些痕量的物質(zhì)氫氣、氮?dú)獾?。目前主要用于農(nóng)村炊事、供熱和發(fā)電。由于沼氣中含有大量的二氧化碳和硫化氫，嚴(yán)重影響了沼氣的熱值及其后續(xù)利用，其利用價(jià)值低、經(jīng)濟(jì)效益差、利用范圍也非常有限，從而限制了沼氣行業(yè)向更高水平產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。目前，去除沼氣中二氧化碳和硫化氫的方法主要有三種，一種是水洗法，該法是利用二氧化碳和硫化氫在水中的溶解度大于甲烷的原理進(jìn)行分離或提純的方法。成本低，但去除效果較差，需較為龐大的設(shè)備和復(fù)雜的操作條件才能得到預(yù)期處理效果。第二種是膜分離法，該法利用不同氣體對(duì)滲透膜的選擇性能，將CH4與(X)2等氣體分離，但該法是在加壓條件下完成二氧化碳和硫化氫脫除的，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)成本較高，投資較大。另外一種方法是變壓吸附法(Pressure Swing Adsorption, PSA)，其基本原理是利用氣體組分在固體材料上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性，通過(guò)周期性的壓力變換過(guò)程實(shí)現(xiàn)氣體的分離或提純的方法，該法屬于物理作用，其具有無(wú)設(shè)備腐蝕、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，但其投資較高、操作復(fù)雜。Mohannad R. M. Abu-Zahra 等在 CO2 capture from power plants Part I. A parametricstudy of the economical performance based on mono—ethanolamine中石if究了在系統(tǒng)壓力為210kPa、系統(tǒng)溫度110至120°C的條件下，質(zhì)量濃度為30%至40%的一乙醇胺(MEA)溶液脫除CO2可達(dá)到80%至99%。雖然其脫除效果較好，但由于其系統(tǒng)壓力較高、吸收液濃度較大，對(duì)裝置的密閉性、壓力要求較高，增加了運(yùn)行成本。專(zhuān)利US 6290754B1公開(kāi)了不同胺類(lèi)溶液對(duì)二氧化碳的吸收效果，在系統(tǒng)壓力為 40atm，反應(yīng)溫度為50°C時(shí)，二氧化碳的去除率可達(dá)83. 5%。由于其系統(tǒng)壓力非常高，因此對(duì)吸收裝置的要求非常嚴(yán)格，投資較高、危險(xiǎn)性大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決現(xiàn)有技術(shù)中系統(tǒng)壓力高、溫度高、吸收劑濃度高、再生能力差的問(wèn)題，提供一種常壓下利用化學(xué)試劑法去除沼氣及類(lèi)似氣源中大量二氧化碳和少量硫化氫的方法和裝置。本發(fā)明所提供的化學(xué)試劑法去除沼氣及類(lèi)似氣源中CO2和吐5的裝置，主要設(shè)備有沼氣壓縮機(jī)、吸收塔、過(guò)濾裝置、預(yù)熱裝置、再生塔和儲(chǔ)液槽；其中，沼氣壓縮機(jī)的出氣口與吸收塔的進(jìn)氣口連接，吸收塔頂部的出氣口與氣體過(guò)濾裝置連接；吸收塔的底部出液口通過(guò)一個(gè)液體閥門(mén)和液泵與預(yù)熱裝置的進(jìn)液口連接，預(yù)熱裝置的出液口與再生塔的進(jìn)液口連接，再生塔的出液口與儲(chǔ)液槽的進(jìn)液口連接，儲(chǔ)液槽的出液口通過(guò)液泵與吸收塔的進(jìn)液口連接。其中，吸收塔和再生塔均為不銹鋼填料塔，其中填料為不銹鋼θ環(huán)，塔內(nèi)設(shè)計(jì)有4 級(jí)花型液體再分布器。填料及再分布器的使用可以避免及減少吸收液壁流、液泛、淹塔情況，同時(shí)為氣液反應(yīng)提供更大的接觸表面積，保證氣液在塔內(nèi)充分接觸、吸收，提高吸收效果。吸收塔與再生塔內(nèi)所裝填的直徑3mm，高2mm的不銹鋼θ環(huán)；吸收塔與再生塔的花型液體再分布器處裝一層稍大一些的不銹鋼θ環(huán)，其尺寸為直徑5mm，高3mm。再生塔外設(shè)有保溫層，通過(guò)繼電控制保證吸收塔內(nèi)的再生反應(yīng)溫度恒定，再生塔塔底裝有電加熱裝置，用于加熱吸收溶液，再生塔塔頂裝有冷凝裝置，用于冷凝吸收溶液蒸汽。過(guò)濾裝置為裝有孔徑為Iym 5μπι的活性炭分子篩的圓柱體。預(yù)熱裝置為電加熱的圓柱形中空容器，用于吸收富液的預(yù)加熱，使其在進(jìn)入再生裝置時(shí)能保持較高的溫度，可以提高其在再生塔中的再生效率。下面結(jié)合圖1的裝置，介紹化學(xué)試劑法脫除沼氣及類(lèi)似氣源中(X)2和的具體操作方法Α.將氣源經(jīng)沼氣壓縮機(jī)(2)從底部入口通入吸收塔(3)，將儲(chǔ)液罐(8)內(nèi)的吸收貧液用液體泵(5)泵入吸收塔(3)塔頂，控制吸收塔內(nèi)壓力為100-120kPa，溫度為 30-35°C，使得沼氣和吸收貧液在吸收塔內(nèi)逆向流動(dòng)；從吸收塔頂出來(lái)的氣體通過(guò)過(guò)濾裝置 (9)去除其中的硅氧烷等雜質(zhì)和水，得到產(chǎn)品氣；B.從吸收塔底部流出的吸收富液經(jīng)液體泵( 流經(jīng)預(yù)熱裝置(6)，使從預(yù)熱裝置 (6)出來(lái)的吸收溶液溫度達(dá)到85-95°C，進(jìn)入再生塔(7)，在溫度為100°C 110°C下進(jìn)行再生；再生后的液體返回儲(chǔ)液槽(8)重復(fù)利用。所述的吸收劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-20%的一乙醇胺水溶液。所述的氣源為沼氣或天然氣。經(jīng)上述裝置處理后得到的產(chǎn)品氣中甲烷含量為97-100%，硫化氫含量為O-IOg/ Nm3，含水率為0-0. 2g/Nm3。采用該方法，二氧化碳的去除率為93-100%，硫化氫的去除率為 99% -100%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明所采用的裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、投資少，便于工業(yè)化生產(chǎn)。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)在于1)吸收塔、再生塔中多級(jí)花型液體再分布器的設(shè)計(jì)使塔內(nèi)氣液分布更為均勻、反應(yīng)更為完全，提高了吸收效率和再生效率；2)再生塔保溫層的設(shè)計(jì)降低了反應(yīng)能耗，節(jié)約了運(yùn)行成本；3)再生塔塔頂冷凝水的設(shè)計(jì)有效地促進(jìn)了再生溶液蒸汽的快速冷凝，提高了再生效率，節(jié)約了運(yùn)行成本；4)吸收富液通過(guò)預(yù)熱裝置預(yù)熱，并經(jīng)過(guò)再生塔再生，可增強(qiáng)吸收劑的再生能力，提高吸收劑重復(fù)利用率；通過(guò)本方法可以把沼氣提純到天然氣水平，用以替代汽油、天然氣等常規(guī)化石能源和原料。


圖1為化學(xué)試劑法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫所用裝置中，1為氣體閥，2為沼氣壓縮機(jī)，3為吸收塔，4為液體閥，5為液泵，6為預(yù)熱裝置，7為再生塔，8為儲(chǔ)液槽，9為過(guò)濾裝置。圖2為吸收塔、再生塔內(nèi)不銹鋼θ環(huán)示意圖
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體過(guò)程，但本發(fā)明的范圍并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例本實(shí)施例所用吸收塔規(guī)格為外徑44mm、內(nèi)徑38mm，塔高2. 9m、塔內(nèi)填料高1. 8m， 吸收塔內(nèi)壁每0. 45m處設(shè)計(jì)有花型液體再分布器，再分布器處填裝一層直徑為5mm、高度為 3mm的填料，塔內(nèi)其他部分填裝直徑為3mm、高度為2mm的填料。再生塔規(guī)格為外徑44mm、 內(nèi)徑38mm，塔高2. 5m、塔內(nèi)填料高1. 6m。再生塔內(nèi)壁每0. 4m處設(shè)計(jì)有花型液體再分布器， 再分布器處填裝一層直徑為5mm、高度為3mm的填料，塔內(nèi)其他部分填裝直徑為3mm、高度為 2mm，塔底裝有電加熱裝置，塔外層裝有厚度為40mm的石棉保溫層。預(yù)熱裝置規(guī)格為直徑 120mm,高250mm的中空不銹鋼圓柱體，裝有電加熱裝置。過(guò)濾裝置為裝有孔徑為5 μ m的活性炭分子篩的有機(jī)玻璃圓柱體，其規(guī)格為直徑90mm、高lm。1)將組分為甲烷8%、二氧化碳44. 1%、硫化氫900ppm沼氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至 0. IMI^a后，輸送至吸收塔底部，調(diào)節(jié)氣體流量為340L/h ；經(jīng)液泵將儲(chǔ)液槽內(nèi)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 10%的一乙醇胺水溶液泵至吸收塔頂部，調(diào)節(jié)液體流量為20L/h，使吸收液與沼氣逆向流動(dòng)，去除其中的二氧化碳和硫化氫，保證此反應(yīng)在30°C至35°C下進(jìn)行。經(jīng)吸收塔后的沼氣中經(jīng)北京北分瑞利分析儀器(集團(tuán))公司生產(chǎn)的氣相色譜儀SP2100檢測(cè)，未檢出二氧化碳和硫化氫。2)將吸收塔塔頂排出的沼氣通入裝有過(guò)濾裝置，去除其中殘余的雜質(zhì)及水；3)經(jīng)吸收塔排出的吸收溶液進(jìn)入預(yù)熱裝置升溫至90°C，然后再進(jìn)入再生塔中，調(diào)節(jié)冷凝水流量為150L/h，液體流量為20L/h，在溫度為110°C的條件下進(jìn)行反應(yīng)，使吸收溶液再生，再生后的吸收溶液輸送至儲(chǔ)液槽，儲(chǔ)液槽中的吸收溶液再經(jīng)液泵輸送至吸收塔中， 用于下一次吸收塔內(nèi)的吸收。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)試劑法脫除沼氣及類(lèi)似氣源中CO2和H2S的裝置，主要設(shè)備有沼氣壓縮機(jī)、 吸收塔、過(guò)濾裝置、預(yù)熱裝置、再生塔和儲(chǔ)液槽；其中，沼氣壓縮機(jī)的出氣口與吸收塔的進(jìn)氣口連接，吸收塔頂部的出氣口與氣體過(guò)濾裝置連接；吸收塔的底部出液口通過(guò)液體閥門(mén)和液泵與預(yù)熱裝置的進(jìn)液口連接，預(yù)熱裝置的出液口與再生塔的進(jìn)液口連接，再生塔的出液口與儲(chǔ)液槽的進(jìn)液口連接，儲(chǔ)液槽的出液口通過(guò)液泵與吸收塔的進(jìn)液口連接所述的吸收塔為不銹鋼填料塔，塔內(nèi)設(shè)計(jì)有4級(jí)花型液體再分布器；所述的再生塔為不銹鋼填料塔，塔內(nèi)設(shè)計(jì)有4級(jí)花型液體再分布器；再生塔外設(shè)有保溫層，通過(guò)繼電控制保證吸收塔內(nèi)的溫度恒定，再生塔塔底裝有電加熱裝置；再生塔塔頂裝有冷凝裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)試劑法脫除沼氣及類(lèi)似氣源中CO2和H2S的裝置，其特征是吸收塔與再生塔內(nèi)所裝填料為直徑3mm，高2mm的不銹鋼θ環(huán)；吸收塔與再生塔的花型液體再分布器處裝有一層稍大一些的不銹鋼θ環(huán)，其尺寸為直徑5mm，高3mm。
3.一種采用權(quán)利要求1所述的裝置進(jìn)行化學(xué)試劑法脫除沼氣及類(lèi)似氣源中CO2和H2S 的方法，具體步驟如下A.將氣源經(jīng)沼氣壓縮機(jī)(2)通入吸收塔(3)，將儲(chǔ)液罐(8)內(nèi)的吸收貧液用液體泵(5) 泵入吸收塔(3)塔頂，控制吸收塔內(nèi)壓力為100-120kPa，溫度為30-35°C，使得沼氣和吸收貧液在吸收塔內(nèi)逆向流動(dòng)；從吸收塔頂出來(lái)的氣體通過(guò)過(guò)濾裝置(9)去除其中的硅氧烷等雜質(zhì)和水，得到產(chǎn)品氣；B.從吸收塔底部流出的吸收富液經(jīng)液體泵(5)流經(jīng)預(yù)熱裝置(6)，使從預(yù)熱裝置(6) 出來(lái)的吸收溶液溫度達(dá)到85-95°C，進(jìn)入再生塔(7)，在溫度為100°C 110°C下進(jìn)行再生； 再生后的液體返回儲(chǔ)液槽(8)重復(fù)利用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)試劑法脫除沼氣及類(lèi)似氣源中CO2和H2S的方法，其特征是所述的吸收劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-20%的一乙醇胺水溶液；所述的氣源為沼氣或天然氣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用化學(xué)試劑法脫除沼氣及類(lèi)似氣源中CO2和H2S的方法及裝置，屬于環(huán)境保護(hù)及可再生能源領(lǐng)域。本方法根據(jù)沼氣及類(lèi)似氣源中各成分的化學(xué)性質(zhì)不同，通過(guò)控制吸收塔的壓力、溫度、流量，用化學(xué)試劑吸收其中的二氧化碳和硫化氫，以達(dá)到提純沼氣及類(lèi)似氣源的目的。另外吸收了二氧化碳和硫化氫的試劑經(jīng)過(guò)再生可以循環(huán)利用。本發(fā)明所提供的裝置特點(diǎn)是在吸收塔及再生塔內(nèi)設(shè)計(jì)使用了花型液體再分布器，明顯地提高了脫除二氧化碳和硫化氫的效果和廢液的再生效率；預(yù)熱裝置的使用提高了化學(xué)吸收試劑的再生效果。經(jīng)過(guò)上述裝置及方法處理后的沼氣中甲烷含量明顯提高，最高可達(dá)97％-100％，有利于進(jìn)一步增值利用。
文檔編號(hào)B01D53/18GK102151456SQ201110032210
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者劉研萍, 朱保寧, 李秀金, 肖勇, 袁海榮, 許晶 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)