[實用新型]一種沼氣分離凈化裝置

有效

• 申請號: 201320100878.3
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN203212538U
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 蒲薇華;李十中;肖楊;張成明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;B01D53/78;B01D53/62
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本實用新型屬于沼氣分離凈化技術領域，具體涉及一種沼氣分離凈化裝置。?

背景技術

能源與環境是當今社會發展及人類生存的重大問題，積極開發可再生能源、保護生態環境實現持續發展，已成為全世界緊迫而艱巨的任務。相比其他可再生能源，生物質既可生產固、液、氣三態能源產品，又可作為物質載體生產其他化工產品，從而有望替代化石能源及其衍生的各類化工產品；沼氣作為生物質能源的一種，在我國已有近百年的發展應用歷史，它可以直接用作燃料，或經重整后生產合成氣；沼氣經凈化提純后即為生物甲烷，作為一種生物燃氣，具有清潔、高效、安全和可再生四大特征。沼氣也是最易于開發并且應用最為廣泛的能源，它是有機物質通過厭氧分解產生的混合氣體。沼氣的組成與厭氧發酵的原料和操作方式有關，其主要化學成分為甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)，CH₄含量一般在55％~75％，CO₂含量一般為25％~40％，另外還含有少量的水(5％~10％)，硫化氫(0.005％~2％)，有機硫(<O．5％)，硅氧烷(0％～0.02％)，鹵代烴(<0.6％)，氨(<l％)，氧氣(0％～1％)，一氧化碳(?<O．6％)，氮氣(?0％～2％)等成分。純甲烷的熱值為35.9MJ/m3，而沼氣的熱值為20-25MJ/m3，沼氣中大量存在的CO₂、水以及微量硫化氫、氨等雜質氣體，不僅降低其熱值和效率，也嚴重影響其傳輸和應用。因此，分離除去沼氣中的CO₂，提高燃燒值尤為重要，不僅有助于可再生清潔生物質能源的高效利用，同時，對降低碳排放，改善生態環境具有重要意義。經過凈化提純的生物甲烷，甲烷含量可提高到95％~97％，CO₂含量減少到l％~3％．可以作為替代天然氣使用。?

本專利主要涉及沼氣中CO₂脫除技術。目前，國內外有關沼氣中CO₂脫除技術主要包括以下幾種：物理吸收法、化學吸收法、變壓吸附法、膜分離法、低溫分離法等等。?

物理吸收法脫除CO₂是根據溶液在不同壓力下對CO₂的溶解度不同，利用加?壓吸收、減壓再生的方式實現CO₂的吸收與吸收液的再生，主要包括加壓水洗法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇法等。物理吸收法適用于CO₂分壓較高的場合，其中，加壓水洗是沼氣提純中應用最多的物理吸收法。該方法工藝簡單，吸收劑水來源豐富、無毒，且由于CO₂在水中的溶解度遠大于甲烷的溶解度，甲烷損失較少。加壓水洗法脫碳已在歐洲得到了廣泛應用。但該方法在長期使用中存在微生物堵塔的問題，進而影響脫碳效率，需采用紫外線照射，高溫熱水、過氧醋酸、檸檬酸或清潔劑洗塔。?

化學吸收法是利用沼氣中的CO₂在吸收塔內與吸收劑發生化學反應實現CO2的脫除。化學吸收法的優點是氣體凈化度高，處理氣量大，缺點是對原料氣適應性差，需要復雜的預處理過程，吸收劑的再生循環操作較為繁瑣。如目前工業中廣泛采用的醇胺法脫碳技術，實質就是酸堿中和反應，弱堿(醇胺)和弱酸(二氧化碳、硫化氫等)發生可逆反應生成可溶于水的鹽。通過溫度調節控制反應方向，在約38℃下進行CO₂吸收，在110℃下完成CO₂脫吸。根據吸收劑的不同，醇胺法又可細分為MEA法，DEA法和MDEA法等。與其它脫碳工藝相比，醇胺法具有成本低、吸收量大、吸收效果好、溶劑可循環使用并可得到高純產品等特點。?

變壓吸附法應用較廣，常用的吸附劑有活性炭、硅膠、氧化鋁和沸石等。吸附作用在相對較高的壓力下(800?KPa左右)進行，脫附作用在較低的壓力下進行，組分的吸附量受溫度和壓力影響。硫化氫的存在會導致吸附劑永久性中毒，且變壓吸附要求氣體干燥，因此在變壓吸附之前要脫除硫化氫和水。該工藝流程簡單，脫碳率高，但甲烷損失較大，尾氣中甲烷含量達5％，不易處理，應該研發更好的吸收劑。?