[发明专利]化学试剂法脱除沼气及类似气源中CO2和H2S的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于环境保护和可再生能源领域，具体涉及一种利用化学试剂法脱除沼气及类似气源中CO₂和H₂S的方法和装置。

背景技术

利用有机垃圾通过厌氧消化生产出的沼气是一种很好的清洁能源，其主要成分是甲烷、二氧化碳和微量的硫化氢，以及一些痕量的物质：氢气、氮气等。目前主要用于农村炊事、供热和发电。由于沼气中含有大量的二氧化碳和硫化氢，严重影响了沼气的热值及其后续利用，其利用价值低、经济效益差、利用范围也非常有限，从而限制了沼气行业向更高水平产业化方向发展。

目前，去除沼气中二氧化碳和硫化氢的方法主要有三种，一种是水洗法，该法是利用二氧化碳和硫化氢在水中的溶解度大于甲烷的原理进行分离或提纯的方法。成本低，但去除效果较差，需较为庞大的设备和复杂的操作条件才能得到预期处理效果。第二种是膜分离法，该法利用不同气体对渗透膜的选择性能，将CH₄与CO₂等气体分离，但该法是在加压条件下完成二氧化碳和硫化氢脱除的，其经济技术成本较高，投资较大。另外一种方法是变压吸附法(Pressure Swing Adsorption，PSA)，其基本原理是利用气体组分在固体材料上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化而变化的特性，通过周期性的压力变换过程实现气体的分离或提纯的方法，该法属于物理作用，其具有无设备腐蚀、无环境污染等优点，但其投资较高、操作复杂。

Mohannad R.M.Abu-Zahra等在CO₂ capture from power plants Part I.A parametricstudy of the economical performance based on mono-ethanolamine中研究了在系统压力为210kPa、系统温度110至120℃的条件下，质量浓度为30％至40％的一乙醇胺(MEA)溶液脱除CO₂可达到80％至99％。虽然其脱除效果较好，但由于其系统压力较高、吸收液浓度较大，对装置的密闭性、压力要求较高，增加了运行成本。

专利US 6290754B1公开了不同胺类溶液对二氧化碳的吸收效果，在系统压力为40atm，反应温度为50℃时，二氧化碳的去除率可达83.5％。由于其系统压力非常高，因此对吸收装置的要求非常严格，投资较高、危险性大。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有技术中系统压力高、温度高、吸收剂浓度高、再生能力差的问题，提供一种常压下利用化学试剂法去除沼气及类似气源中大量二氧化碳和少量硫化氢的方法和装置。

本发明所提供的化学试剂法去除沼气及类似气源中CO₂和H₂S的装置，主要设备有沼气压缩机、吸收塔、过滤装置、预热装置、再生塔和储液槽；其中，沼气压缩机的出气口与吸收塔的进气口连接，吸收塔顶部的出气口与气体过滤装置连接；吸收塔的底部出液口通过一个液体阀门和液泵与预热装置的进液口连接，预热装置的出液口与再生塔的进液口连接，再生塔的出液口与储液槽的进液口连接，储液槽的出液口通过液泵与吸收塔的进液口连接。

其中，吸收塔和再生塔均为不锈钢填料塔，其中填料为不锈钢θ环，塔内设计有4级花型液体再分布器。填料及再分布器的使用可以避免及减少吸收液壁流、液泛、淹塔情况，同时为气液反应提供更大的接触表面积，保证气液在塔内充分接触、吸收，提高吸收效果。

吸收塔与再生塔内所装填的直径3mm，高2mm的不锈钢θ环；吸收塔与再生塔的花型液体再分布器处装一层稍大一些的不锈钢θ环，其尺寸为直径5mm，高3mm。

再生塔外设有保温层，通过继电控制保证吸收塔内的再生反应温度恒定，再生塔塔底装有电加热装置，用于加热吸收溶液，再生塔塔顶装有冷凝装置，用于冷凝吸收溶液蒸汽。

过滤装置为装有孔径为1μm～5μm的活性炭分子筛的圆柱体。

预热装置为电加热的圆柱形中空容器，用于吸收富液的预加热，使其在进入再生装置时能保持较高的温度，可以提高其在再生塔中的再生效率。

下面结合图1的装置，介绍化学试剂法脱除沼气及类似气源中CO₂和H₂S的具体操作方法：