[发明专利]沼气净化方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域。具体而言，本发明涉及沼气净化方法及系统。

背景技术

现阶段，针对沼气提纯净化，主要有变压吸附法、溶剂吸收法、深冷分离法、膜分离法和微生物转化法等。深冷分离、水或低温甲醇洗、变压吸附和溶剂吸收等技术在传统煤制气、合成气和烟气精制方面广泛工业化应用，然而基于传统工艺设备（低温、塔器）、和分离介质（吸附剂、吸收剂等），存在提纯能耗大、运行成本高和二次污染严重等缺陷，而新型膜分离和微生物转化技术受诸多技术瓶颈所限，尚处于试验阶段，未获稳定化、大规模商业化使用。

就化学吸收-解吸再生法气体净化技术而言，传统工艺路线围绕煤制气、合成气、烟道气等富含CO₂的气源，升温加压工况下基于（改良）热钾碱液、加压（活化）有机醇胺溶液等吸收剂采用塔设备（板式塔或填料塔）吸收-解吸循环操作完成对CO₂、H₂S等的脱除，存在吸收-解吸过程操作温度高（80-120摄氏度）、吸收剂消耗大、二次污染严重、净化升压能耗高和设备庞大等缺点；同时，生物有机质厌氧消化发生的沼气具有常温常压、含CO₂、H₂S和H₂O等特点，若直接将热钾碱法、有机醇胺法等传统工艺用于沼气净化提纯，则难以实现高效、快速净化沼气。

其次，现有离子液体复配吸收剂制备工艺复杂，吸收剂需求量高，未获得满足台架中试需要量之离子液体，因此现有工艺还不能达到采用离子液体复配溶液吸收剂净化提纯沼气的中试规模。

由此，对沼气的净化处理工艺还有待进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种沼气净化方法以及系统，该方法及系统具有显著提高沼气净化度和H₂S与CO₂脱除率，缩短停留时间、降低吸收剂用量、节约提纯净化能耗、减小设备体积和提高生产效率等优点。

为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种沼气净化方法，该方法包括：在超重力分离装置中，分别利用改良热钾碱溶液、活化醇胺溶液和含有亲水性离子液体的吸收剂，捕获所述沼气中的二氧化碳和硫化氢，以便获得经过净化的沼气、改良热钾碱吸收液、活化醇胺吸收液和含有亲水性离子液体吸收液；以及在常压、60-80摄氏度的条件下，解吸操作使所述改良热钾碱吸收液和活化醇胺吸收液释放二氧化碳和硫化氢，以便再生所述改良热钾碱溶液和活化醇胺溶液；在常温和低压的条件下，解吸操作使所述含有亲水性离子液体吸收液释放二氧化碳和硫化氢，以便再生所述含有亲水性离子液体的吸收剂。

根据本发明的实施例，利用上述方法可以显著提高沼气净化度和H₂S与CO₂脱除率。并且吸收剂的解吸附在常压、60-80摄氏度或者常温和低压的条件下即可进行，显著节省了能耗。

另外，根据本发明上述实施例的沼气净化方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述改良热钾碱溶液包含：10-50%重量份的无水K₂CO₃；1-10%重量份的NaBO₂·4H₂O；0.1-1%重量份的NaVO₃·2H₂O；以及其余量为水，所述活化醇胺溶液包含：1-5%重量份的N-甲基二乙醇胺；1-15%重量份的二乙醇胺；以及其余量为水，所述含有亲水性离子液体的吸收剂包含：30-60%重量份的[NH₂-C₃mim]Br其余量为水。由此通过采用上述吸收剂，尤其采用了含有亲水性离子液体的吸收剂，可以进一步提高沼气的净化效率。

根据本发明的实施例，所述沼气是由生物有机质厌氧发酵产生的。由此可以进一步提高沼气的纯度，以便为后期沼气的净化节省能耗。

根据本发明的实施例，在所述超重力分离装置中，操作温度为10～50摄氏度，操作压力为0.01～0.18MPa，超重力场因子为20～70。由此可以在达到净化沼气的同时节省能耗，并且可以进一步提高沼气的净化效率。

根据本发明的实施例，在所述超重量分离装置中，操作温度为10～35摄氏度，操作压力为0.05～0.18MPa，气液比为4～12，气象停留时间为10～150秒，液相停留时间为3～6分钟。由此可以进一步提高沼气的净化效率。