[发明专利]高速多级旋转床压力水洗脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及高压低温条件下，采用高速多级旋转床压力水洗脱除沼气中二氧化碳的方 法及系统，属于可再生能源领域。

背景技术

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。沼气 的主要成分是甲烷和二氧化碳，还有少量硫化氢。沼气中二氧化碳的存在严重降低其燃烧 的效率，并且二氧化碳是酸性气体，气量大会腐蚀化工设备，所以必须除去沼气中的二氧 化碳。沼气经过提纯，不仅可使甲烷的纯度达到97％以上，沼气的热值会明显提高，而且 气体的性质更加稳定，使提纯后的气体达到车用燃气的使用标准。

目前，常用的沼气脱碳方法有物理吸收法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法、低 温分离法等。物理吸收法中以加压水洗法应用最为广泛，其水溶剂可选用再生循环方式或 非循环方式，使沼气提纯成本相对于其他方法大大降低。但是，目前采用加压水洗法的设 备是塔器，不仅设备占地面积大，长期使用后会存在微生物堵塔的情况，降低提纯效率， 因此需要清洗。若塔器设备过高或体积过大，则会增加其清洗难度。化学吸收法中最常见 的是醇胺法提纯沼气，虽然无须过高的压力，但吸收剂解吸过程要求的温度条件很高，经 济成本过高。使用塔器吸收同样存在与水洗法相同的问题。变压吸附法在沼气领域也得到 了广泛的应用，其工艺流程简单，脱碳效果好，但甲烷的损失率很高，尾气中的甲烷不易 处理。膜分离法是近期国内外研究的热点，现阶段还仅处于实验室研究阶段，技术相对不 成熟。低温冷却法需要的工艺条件苛刻，经济成本较高，不宜用来大规模生产生物甲烷。 所以，开发新处理装置，优化提纯工艺成为提纯技术研究的重点。

李天成(李天成,李十中.沼气净化方法及系统：中国，CN103170281A[P].2013-04-07.) 等利用化学吸收试剂在压力为0.01-0.18MPa，温度为10℃-50℃条件下捕获沼气中二氧化碳 和硫化氢，使CH₄含量提高到95％以上。但化学试剂有腐蚀性且污染环境，操作成本和经 济成本提高。许晶(李秀金,许晶,肖勇等.水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置 及方法：中国，CN102101001A[P].2011-1-28.)等人用水溶解法在压力为0.8-1.2MPa，气量 400-600L/h，液量100-200L/h条件下吸收二氧化碳，使CH₄含量提高到97％-99％。但塔器设 备过高(吸收塔高度2.6m，解析塔高度0.9m)，体积大，不易清洗和维修，设备操作起来 有一定难度。孙宝昌(孙宝昌.超重力环境下水耦合吸收NH₃和CO₂的研究[D].北京化工大 学,2009.)用水吸收CO₂，转速0-2400r/min，液量80-600L/h,气量800-2400L/h，温度在11℃ 左右，压强为0.2MPa，入口CO₂体积含量为9.6％的条件下，二氧化碳吸收率最高达到26％， 即出口CO₂含量为7％，提纯后气体无法达到车用燃气的使用标准。

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种沼气净化提纯方法和设备。该方法 利用高压低温条件下，气体在水中溶解度的不同来达到脱除沼气中CO₂和H₂S的目的。

发明内容

本发明的核心装置是一个高速旋转床，由一个或多个高速旋转的转子组成，在低温和 加压条件下气液以逆向瞬速方式流经转子，进行接触传质。此高速旋转床包括不锈钢圆筒 型金属外壳、液体喷淋管、转鼓、不锈钢金属丝网填料、高速旋转轴。

高速多级旋转床压力水洗脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的系统，其特征在于：

储气罐连接沼气压缩机，沼气压缩机出口与缓冲罐入口相连，缓冲罐出口连接第一级 吸收床进气口，上一级吸收床出气口与下一级吸收床的进气口相连，依次类推，最后一级 吸收床顶部出气口与平衡罐上方的气动调节阀相连；吸收床采用600-1400r/min的高速旋 转吸收床，贫液罐中的液体从下方的出液口中经柱塞计量泵打入每一级吸收床的进液口， 所有吸收床的出液口都连接平衡罐的进液口。平衡罐的出液口连接富液罐的进液口，富液 罐的出液口与解析床的进液口相连，解析床的出液口与贫液罐下方的进液口相连，解析床 为600-1400r/min的高速旋转解析床，贫液罐上方的出液口与上方的进液口与低温冷却液 循环泵相连。