[發明專利]水合物法從沼氣中連續分離甲烷、二氧化碳、硫化氫的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201410202233.X
• 申請日: 2014-05-08
• 公開（公告）號: CN105087093B
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 羅顯平
• 申請（專利權）人: 羅顯平
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;C07C7/152;C07C9/04;C01B17/16
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種水合物法從沼氣中連續分離甲烷、二氧化碳、硫化氫的方法，和實現該方法的三級氣體分離裝置。該裝置第一級水合物分解塔工作在溫度273.7K～283.1K、壓力1.324MPa～4.502MPa之間，分離出高純甲烷；第二級水合物分解塔工作在溫度272.8K～288.7K、壓力0.093MPa～0.499MPa之間，分離出高純二氧化碳；第三級水合物分解塔工作在常壓和常溫以上，分離出高純硫化氫，能通過編寫的程序用計算機去控制該三級氣體分離裝置自動運行選擇在合適的工作狀態。提高了氣液接觸效率，水合形成速率，分離過程目標氣體的回收率和氣體產品的純度，強化水合物生成熱的去除，實現高壓條件下水合物體系氣、液、固三相自動分離，能替代現有技術應用于工業化水合物法從沼氣中連續分離甲烷、二氧化碳、硫化氫的生產中。

技術領域

本發明涉及混合氣體分離提純，更涉及用水合物法從沼氣中連續分離提純甲烷、二氧化碳、硫化氫的方法及其裝置。

技術背景

用沼氣池生產出來的沼氣主要成分是甲烷。沼氣由50％～80％甲烷(CH₄)、20％～40％二氧化碳(CO₂)、0％～5％氮氣(N₂)、小于1％的氫氣(H₂)、小于0.4％的氧氣(O₂)與0.1％～3％硫化氫(H₂S)等氣體組成。硫化氫(H₂S)有多種用途，0.1％～3％硫化氫(H₂S)，在每立方沼氣中含量雖僅有1～12克，它與水生成硫酸腐蝕我們的用氣設備外，當它在空氣中濃度超過0.1％～0.2％時，可很快致人死亡，是一種有劇毒氣體，故現有沼氣技術必須對它進行脫硫處理。二氧化碳(CO₂)的化學性質是本身不燃燒，更不支持燃燒，作滅火劑、氣肥、藥用等，是造成溫室效應的主要氣體之一，在其中所占百分率大，雖不會腐蝕我們的用氣設備，但如不從沼氣中分離出來加以利用，除造成浪費資源和排放溫室氣體外，還會從沼氣的燃燒中帶走大量的熱量，顯現不利于節能減排。可見，二氧化碳、硫化氫必須從沼氣中去除，我們才能變廢為寶，才能得到高純度的甲烷替代石油用作汽車燃料等。

專家們提出，水合物法混合氣體連續分離技術要實現工業化應用必須解決如下五個方面的問題：

一采用合適的水合物形成促進劑提高水合形成速率；

二采用適當的攪拌方式，提高水合反應的氣液接觸效率，提高水合形成速率；

三采取有效措施強化水合物生成熱的去除；

四采用合適的分離工藝，實現高壓條件下水合物體系氣、液、固三相自動分離；

五采用經濟合理的工藝，提高分離過程目標氣體的回收率和氣體產品的純度，降低分離過程的能耗。

指導思想有了，合適的水合物形成促進劑人們也找到了多種，剩余的是有待我們去研究解決的四大技術問題。網上，專家們一篇從沼氣中分離高純甲烷的研究進展——水合物分離法，詳細介紹了傳統的分離法缺點，水合物分離法較傳統的分離法具有顯著的高效性和經濟性。還提供了一種水合物法分離高純甲烷氣的系統裝置，但該裝置僅是實驗室小批量分離裝置。本發明三種氣體水合物相平衡溫度與壓力關系的數據也正是取自該篇文章。專利號200610123489.7一種水合物法混合氣體連續分離方法及裝置，它揭示的是采用三級串聯逆流連續分離工藝提高煙氣中CO₂的回收率和產品中CO₂的濃度。專利號201110176249.4揭示的是一種水合物法連續分離天然氣中二氧化碳的裝置與方法，并無揭示如何分離硫化氫。可見，四大技術難題還未解決。

沼氣是一種可循環再生綠色能源，經分離提純后的甲烷最有希望替代石油成為汽車燃料、工業燃料，對改變人類能源結構，環境污染，抑制氣候變化有著重要意義。工業化大規模生產沼氣的方法與沼氣池已研究出來，現有分離技術又無法滿足要求，如何解決四大技術問題設計出與之配套的分離裝置把沼氣中的甲烷、二氧化碳、硫化氫連續工業化分離出來已成為人類迫在眉睫要解決的技術問題。