[发明专利]一种沼气分离净化装置及其碱法吸收CO2净化沼气的方法

说明书

技术领域

本发明属于沼气分离净化技术领域，具体涉及一种沼气分离净化装置及其碱法吸收CO₂净化沼气的方法。

背景技术

能源与环境是当今社会发展及人类生存的重大问题，积极开发可再生能源、保护生态环境实现持续发展，已成为全世界紧迫而艰巨的任务。相比其他可再生能源，生物质既可生产固、液、气三态能源产品，又可作为物质载体生产其他化工产品，从而有望替代化石能源及其衍生的各类化工产品；沼气作为生物质能源的一种，在我国已有近百年的发展应用历史，它可以直接用作燃料，或经重整后生产合成气；沼气经净化提纯后即为生物甲烷，作为一种生物燃气，具有清洁、高效、安全和可再生四大特征。沼气也是最易于开发并且应用最为广泛的能源，它是有机物质通过厌氧分解产生的混合气体。沼气的组成与厌氧发酵的原料和操作方式有关，其主要化学成分为甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)，CH₄含量一般在55％~75％，CO₂含量一般为25％~40％，另外还含有少量的水(5％~10％)，硫化氢(0.005％~2％)，有机硫(<O．5％)，硅氧烷(0％～0.02％)，卤代烃(<0.6％)，氨(<l％)，氧气(0％～1％)，一氧化碳( <O．6％)，氮气( 0％～2％)等成分。纯甲烷的热值为35.9MJ/m3，而沼气的热值为20-25MJ/m3，沼气中大量存在的CO₂、水以及微量硫化氢、氨等杂质气体，不仅降低其热值和效率，也严重影响其传输和应用。因此，分离除去沼气中的CO₂，提高燃烧值尤为重要，不仅有助于可再生清洁生物质能源的高效利用，同时，对降低碳排放，改善生态环境具有重要意义。经过净化提纯的生物甲烷，甲烷含量可提高到95％~97％，CO₂含量减少到l％~3％．可以作为替代天然气使用。

本专利主要涉及沼气中CO₂脱除技术。目前，国内外有关沼气中CO₂脱除技术主要包括以下几种：物理吸收法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法、低温分离法等等。

物理吸收法脱除CO₂是根据溶液在不同压力下对CO₂的溶解度不同，利用加压吸收、减压再生的方式实现CO₂的吸收与吸收液的再生，主要包括加压水洗法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇法等。物理吸收法适用于CO₂分压较高的场合，其中，加压水洗是沼气提纯中应用最多的物理吸收法。该方法工艺简单，吸收剂水来源丰富、无毒，且由于CO₂在水中的溶解度远大于甲烷的溶解度，甲烷损失较少。加压水洗法脱碳已在欧洲得到了广泛应用。但该方法在长期使用中存在微生物堵塔的问题，进而影响脱碳效率，需采用紫外线照射，高温热水、过氧醋酸、柠檬酸或清洁剂洗塔。

化学吸收法是利用沼气中的CO₂在吸收塔内与吸收剂发生化学反应实现CO2的脱除。化学吸收法的优点是气体净化度高，处理气量大，缺点是对原料气适应性差，需要复杂的预处理过程，吸收剂的再生循环操作较为繁琐。如目前工业中广泛采用的醇胺法脱碳技术，实质就是酸碱中和反应，弱碱(醇胺)和弱酸(二氧化碳、硫化氢等)发生可逆反应生成可溶于水的盐。通过温度调节控制反应方向，在约38℃下进行CO₂吸收，在110℃下完成CO₂脱吸。根据吸收剂的不同，醇胺法又可细分为MEA法，DEA法和MDEA法等。与其它脱碳工艺相比，醇胺法具有成本低、吸收量大、吸收效果好、溶剂可循环使用并可得到高纯产品等特点。

变压吸附法应用较广，常用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝和沸石等。吸附作用在相对较高的压力下(800 KPa左右)进行，脱附作用在较低的压力下进行，组分的吸附量受温度和压力影响。硫化氢的存在会导致吸附剂永久性中毒，且变压吸附要求气体干燥，因此在变压吸附之前要脱除硫化氢和水。该工艺流程简单，脱碳率高，但甲烷损失较大，尾气中甲烷含量达5％，不易处理，应该研发更好的吸收剂。