[发明专利]一种富甲烷气体的深度净化一体化工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种富甲烷气体深度净化的工艺，属于生物和化工分离工程技术。

背景技术：

我国存在大量分散的、地处偏僻的、气量不稳定的油田伴生气、油田放空气、煤层气、矿井瓦斯、垃圾填埋气，沼气、水溶气等，我们统称之为“富甲烷气”。

天然的富甲烷气体是一种低热值气体，使用范围极其有限，且效率低，如果将富甲烷气体应用于改良的炉灶与发动机使其产热或发电，作为能源供当地用户使用，其利用水平较低。而富甲烷气体经深度净化后则可提高其成分中甲烷的相对含量，增加其热值，纯化后的富甲烷气体可作为一种新型的能源用于管网供能或作为机动车燃料。

富甲烷气体纯化过程的主要任务包括：脱除硫化氢、二氧化碳和水及其他不助燃的杂质。

现有国内外富甲烷气体净化采用的方式概括来说有干法和湿法两大类，可选用其中较有利的一种，也可根据具体情况将某两种组合使用。所谓干法，是指以固体材料吸附或化学反应来脱除富甲烷气体中的H₂S和C0₂组分。其中以分子筛吸附和海绵铁化学反应法最具代表性。所谓湿法，是指用液体溶液吸收富甲烷气体中的H₂S和CO₂。按吸收与再生机理的不同，该法又可分为化学吸收法、物理吸收法和直接氧化法三大类。此外，膜分离法用于分离大量的H₂S及CO₂，具有很大潜力，而且对环境影响小。但是复杂的制膜工艺使得膜系统造价昂贵，此外在工业条件下，膜的性能也不够稳定。

砜胺法是一种湿法净化富甲烷气体的方法，工艺条件成熟。砜胺法采用的溶液包含有物理吸收溶剂和化学吸收溶剂，砜胺法溶液的酸气负荷几乎正比于气相中酸气分压，因此，处理高酸气分压的气体时，砜胺法比单纯的化学吸收法有较高的酸气负荷，因为砜胺溶液中含有醇胺类化合物，因此净化气中酸气含量低，较易达到管输要求的气质标准。砜胺法兼有物理吸收法和化学吸收法二者的优点，但是该方法不能深度脱硫，常用于硫的粗脱，与其它方法配合使用。

活性炭与其他吸附剂(如分子筛)相比具有发达的比表面、微孔结构、热稳定性、在湿气中高的吸附容量以及价格低廉等优点。它在常温下具有加速H₂S氧化为硫的催化作用并使之被吸附。吸附在活性炭上的硫，可用质量分数12％～14％的硫化铵溶液萃取回收得到游离硫。活性炭法的优点是操作简单，能得到很纯的硫，选择合适的活性炭还能除去其他有机化合物。

变压吸附((PSA)是一种重要的气体分离技术，其特点是通过降低被吸附组分的分压使吸附剂得到再生，而分压的快速下降又是靠降低系统总压或使用吹扫气体来实现的。该技术1959 年开发成功，由于其能耗低，目前在工业上应用广泛。1991年荷兰完成了从富甲烷气体中大量除去CO₂中间试验。与传统的化学吸收法相比，以PSA法净化富甲烷气体可在常温、低压下操作，操作弹性大，净化气纯度高。此外，PSA法还具有适应气源广、无环境污染、无设备腐蚀、工艺简单、吸附剂寿命长、起动易、连续生产、自动化程度高和节能降耗显著等特点，可完全克服溶剂法和变温吸附法的缺点。

发明内容：

针对于此，本发明的目的在于提供一种富甲烷气体深度提纯一体化工艺，通过一体化工艺操作，将普通富甲烷气体净化提纯，精制成能够满足车用和民用天然气质量及安全、环保要求，是一种优化配置的富甲烷气体净化工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下顺序步骤进行：

先将采集的沼气进行水洗，除去杂质固体；然后进入冷凝器冷凝脱水；之后将气体压入吸附塔，采用一体化工艺，在吸附塔中同时对沼气进行砜胺法湿法脱硫，活性炭吸附干法脱硫，PSA变压去除CO₂等其他杂质成分，使净化后沼气中CH₄体积分数达到99％以上。

气体压入吸附塔后，操作条件为吸附压力为0.5MPa；吸附时间为60s；产气流量为6.0m³/h；回吹流量为0.8m³/h。

吸附塔的工作数为2；吸附塔A在完成高压吸附后，常压下进行解析再生，同时使用吸附塔B进行高压吸附；吸附塔B在完成高压吸附后，常压下进行解析再生，同时使用吸附塔A进行高压吸附，如此两吸附塔交替使用。

砜胺法采用的溶液包含有物理吸收溶剂和化学吸收溶剂，物理吸收溶剂是环丁砜，化学吸收溶剂用的是甲基二乙醇胺(MDEA)。