本实用新型专利技术涉及一种以沼液为CO2吸收剂的沼气提纯与沼液处理系统，它包括沼液过滤设备、沼液CO2减压再生设备、热交换设备、贫CO2沼液冷却设备、沼液CO2吸收设备、水洗脱氨设备、沼气储气设备、沼液氮和磷脱除设备、氨水冷凝设备、氨水收集设备、沼液沉淀设备、沼气二次提纯设备、沼液储存设备、生物天然气存储设备和CO2集气设备。本实用新型专利技术以有机质厌氧发酵所产生的低成本沼液作为单一CO2吸收剂，可在不添加任何外源吸收剂的情况下，完全依赖沼液的多次“CO2再生到CO2吸收”循环过程，实现沼气工程所产全部沼气的提纯，最终得到高CH4含量的生物天然气，能有效降低沼气CO2分离的成本。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及沼气中CH4富集与沼液无害化处理一体化
，具体涉及一种以沼液为CO2吸收剂的沼气提纯与沼液处理系统。
技术介绍
沼气作为一种可再生能源在我国已有较成熟的应用，大中型及特大型沼气工程的数量日益增加。但由于沼气热值较低，目前沼气主要局限在沼气工程周边使用，很少能实现高值化和产业化利用。沼气的主要成分是CH4(60～70％)、CO2(30～40％)及微量H2S(0.005～0.1％)等杂质，如能将沼气中CH4含量提升到天然气级别(大于95％)，获得可再生的生物天然气或生物甲烷，将具备替代化石天然气的潜力，不仅能在一定程度上缓解天然气供应不足的矛盾，还能在能源利用过程中实现CO2的近零排放。显然，沼气提纯制备生物天然气是实现沼气高值化和产业化利用的重要途径与方向。沼气提纯制备生物天然气的关键在于沼气中CO2的高效低成本脱除。目前，沼气中CO2分离技术主要有高压水洗法、变压吸附法、化学吸收法和膜分离法等，其中化学吸收法是沼气CO2分离技术中发展较成熟的一种，具有CO2分离效率、低CH4损失、高CH4纯度和操作简便等优势，但其主要采用的乙醇胺等常规醇胺类吸收剂富CO2溶液的再生热能耗巨大，可占整个工艺总能耗的60％以上，导致CO2分离成本高，造成生物天然气成本高昂。因此，减少化学吸收法中富CO2吸收剂溶液的再生能耗是降低沼气CO2分离成本的关键。摈弃CO2化学吸收中能耗最高的吸收剂富CO2溶液再生段，只采用单一CO2吸收工艺，是降低化学吸收法提纯成本最有效方式之一，但其关键在于如何选择合适的吸收剂。如典型工艺的是以氨水为吸收剂，吸收CO2的同时生成碳酸氢铵副产物，但此工艺对氨水消耗巨大，因此只能适合中小规模CO2分离情形。沼液作为沼气工程副产物，具有产量巨大、廉价、富含刺激植物生长的有益成分等特点，且呈弱碱性，拥有一定的CO2吸收潜力。如果能以沼气工程每天所产生的沼液作为吸收剂吸收沼气中CO2，处理当天所产生的沼气，同时将生成的富CO2沼液进行农田施用，从而实现完全利用沼气工程所产生的沼液完成其所生产沼气的提纯，摒弃对外源化学吸收剂的依赖，理论上将能有效解决传统CO2化学吸收工艺再生能耗高的问题，也可解决典型单一CO2吸收工艺中吸收剂消耗量大的问题。同时，沼液虽然可以作为一种肥料，但其氨氮、总磷、化学需氧量(COD)等指标远超过排放及施用标准，不经处理的沼液排放会造成空气污染和水体富营养化等，对环境造成较大危害。而我国沼液年产量巨大，资源化利用率还不足20％，过剩的沼液处理成为制约沼气工程发展的另一个原因。因此，需要将沼气高值化利用与沼液无害化处理有机结合起来，在进行沼气CO2分离得到高浓度CH4的同时，有效降低沼液中氮磷和COD等的含量，使沼液直接达到施用标准，减少沼液消纳所需的农田面积。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种以沼液为CO2吸收剂的沼气提纯与沼液处理系统，该系统首先对沼气工程产生的原沼液进行减压再生，分离出原沼液中的原生CO2，恢复沼液的CO2再吸收能力。接着采用此沼液对沼气中CO2进行分离，并依靠沼液“CO2再生到CO2吸收”的多次循环对沼气中CO2进行分离，并根据原沼液中氨氮含量不同来调控循环次数，经过较少循环次数即可将沼气中CH4含量提高到天然气标准。同时，沼液CO2再生后得到的ppm级浓度的CO2气体可作为温室CO2气肥施用。完成沼气CO2分离后的沼液排出沼液CO2吸收系统，通过添加廉价CaO、并工作在负压条件下，实现沼液中氮磷脱除与COD(ChemicalOxygenDemand，化学需氧量)降低，使处理后沼液达到施用标准，可直接作为肥料用于农业施用。同时，沼液脱除的氨氮将以氨水形式回收，进行自用或销售。通过本技术可在沼气工程内完全依靠自身每天所产生的沼液实现沼气CO2分离，使CH4含量富集到天然气级别，同时还能获得可直接施用的低氮磷和COD含量沼液，从而达到沼气高值化利用和沼液处理的双重目标。为解决上述技术问题，本技术公开的一种以沼液为CO2吸收剂的沼气提纯与沼液处理系统，其特征在于：它包括沼液过滤设备、沼液CO2减压再生设备、热交换设备、贫CO2沼液冷却设备、沼液CO2吸收设备、水洗脱氨设备、沼气储气设备、沼液氮和磷脱除设备、氨水冷凝设备、氨水收集设备、沼液沉淀设备、沼气二次提纯设备、沼液储存设备、生物天然气存储设备和CO2集气设备，其中，沼液过滤设备的沼液出口连接沼液CO2减压再生设备的沼液入口，沼液CO2减压再生设备的贫CO2沼液出口连接热交换设备的高温贫CO2沼液入口，热交换设备的低温贫CO2沼液出口连接贫CO2沼液冷却设备的低温沼液入口，贫CO2沼液冷却设备的常温贫CO2沼液出口连接沼液CO2吸收设备的常温贫CO2沼液入口，沼液CO2吸收设备的第一富CO2沼液出口通过第一输送泵连接热交换设备的常温富CO2沼液入口，热交换设备的高温富CO2沼液出口连接沼液CO2减压再生设备的高温富CO2沼液入口，沼液CO2减压再生设备的CO2出口连接水洗脱氨设备的CO2气体入口，水洗脱氨设备的CO2气体出口连接CO2集气设备的CO2气体输入口，水洗脱氨设备的氨水出口连接氨水收集设备的氨水入口，水洗脱氨设备还具有入水口；沼气储气设备的储气设备第一沼气出口通过第二输送泵连接沼液CO2吸收设备的吸收设备沼气入口，沼液CO2吸收设备的吸收设备沼气出口连接沼气储气设备的储气设备沼气入口，沼气储气设备的储气设备第二沼气出口通过第三输送泵连接沼气二次提纯设备的二次提纯设备沼气入口；沼液CO2吸收设备的第二富CO2沼液出口通过第四输送泵连接沼液氮和磷脱除设备的沼液入口，沼液氮和磷脱除设备的真空泵的气体出口连接氨水冷凝设备的氨气入口，沼液氮和磷脱除设备还具有CaO粉末入口，氨水冷凝设备的氨水出口连接氨水收集设备的氨水入口；沼液氮和磷脱除设备的沼液出口连接沼液沉淀设备的浑浊沼液入口，沼液沉淀设备的澄清沼液出口通过第五输送泵连接沼气二次提纯设备的沼液输入口，沼气二次提纯设备的沼液输出口连接沼液储存设备的沼液进入口，沼气二次提纯设备的生物天然气出口连接生物天然气存储设备的生物天然气入口。本技术的有益效果为：1、本技术以有机质厌氧发酵所产生的低成本沼液作为单一CO2吸收剂，可在不添加任何外源吸收剂的情况下，完全依赖沼液的多次“CO2再生到CO2吸收”循环过程，实现沼气工程所产全部沼气的提纯，最终得到高CH4含量的生物天然气，能有效降低沼气CO2分离的成本。2、本技术依靠添加廉价的CaO粉末和改变操作参数，实现沼液中氮、磷、化学需氧量的高效脱除，大大降低沼液最后施用时的植物生理毒性，提高了沼液的资源化利用程度，减少消纳沼液所需的农田面积。3、本技术以系统中产生的CO2气肥和富CO2沼液为CO2载体，从气相和液相两方面为农林作物和植物生长提供生长所必须的CO2，可有效提高农林作物和植物的产量，同时加强其对CO2的固定，有助于减少温室效应。附图说明图1为本技术的结构框图；图2为沼气一次提纯后CH4含量变化图；图3为1000mg/L和2000mg/L氨氮沼液多次提纯后CO2吸收量变化图；图4为氮和磷脱除后总磷含量图；图5为氮和磷脱除后氨氮含量图；图6为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以沼液为CO2吸收剂的沼气提纯与沼液处理系统，其特征在于：它包括沼液过滤设备(1)、沼液CO2减压再生设备(2)、热交换设备(3)、贫CO2沼液冷却设备(4)、沼液CO2吸收设备(5)、水洗脱氨设备(7)、沼气储气设备(8)、沼液氮和磷脱除设备(9)、氨水冷凝设备(10)、氨水收集设备(11)、沼液沉淀设备(13)、沼气二次提纯设备(15)、沼液储存设备(16)、生物天然气存储设备(17)和CO2集气设备(18)，其中，沼液过滤设备(1)的沼液出口(1.2)连接沼液CO2减压再生设备(2)的沼液入口(2.1)，沼液CO2减压再生设备(2)的贫CO2沼液出口(2.2)连接热交换设备(3)的高温贫CO2沼液入口(3.1)，热交换设备(3)的低温贫CO2沼液出口(3.2)连接贫CO2沼液冷却设备(4)的低温沼液入口(4.1)，贫CO2沼液冷却设备(4)的常温贫CO2沼液出口(4.2)连接沼液CO2吸收设备(5)的常温贫CO2沼液入口(5.1)，沼液CO2吸收设备(5)的第一富CO2沼液出口(5.2)通过第一输送泵(6)连接热交换设备(3)的常温富CO2沼液入口(3.3)，热交换设备(3)的高温富CO2沼液出口(3.4)连接沼液CO2减压再生设备(2)的高温富CO2沼液入口(2.3)，沼液CO2减压再生设备(2)的CO2出口(2.4)连接水洗脱氨设备(7)的CO2气体入口(7.1)，水洗脱氨设备(7)的CO2气体出口(7.2)连接CO2集气设备(18)的CO2气体输入口(18.1)，水洗脱氨设备(7)的氨水出口(7.4)连接氨水收集设备(11)的氨水入口(11.1)，水洗脱氨设备(7)还具有入水口(7.3)；沼气储气设备(8)的储气设备第一沼气出口(8.1)通过第二输送泵(19)连接沼液CO2吸收设备(5)的吸收设备沼气入口(5.3)，沼液CO2吸收设备(5)的吸收设备沼气出口(5.4)连接沼气储气设备(8)的储气设备沼气入口(8.2)，沼气储气设备(8)的储气设备第二沼气出口(8.3)通过第三输送泵(20)连接沼气二次提纯设备(15)的二次提纯设备沼气入口(15.3)；沼液CO2吸收设备(5)的第二富CO2沼液出口(5.5)通过第四输送泵(12)连接沼液氮和磷脱除设备(9)的沼液入口(9.1)，沼液氮和磷脱除设备(9)的真空泵(9.4)的气体出口连接氨水冷凝设备(10)的氨气入口(10.1)，沼液氮和磷脱除设备(9)还具有CaO粉末入口(9.3)，氨水冷凝设备(10)的氨水出口(10.2)连接氨水收集设备(11)的氨水入口(11.1)；沼液氮和磷脱除设备(9)的沼液出口(9.2)连接沼液沉淀设备(13)的浑浊沼液入口(13.1)，沼液沉淀设备(13)的澄清沼液出口(13.2)通过第五输送泵(14)连接沼气二次提纯设备(15)的沼液输入口(15.1)，沼气二次提纯设备(15)的沼液输出口(15.2)连接沼液储存设备(16)的沼液进入口(16.1)，沼气二次提纯设备(15)的生物天然气出口(15.4)连接生物天然气存储设备(17)的生物天然气入口(17.1)。...
【技术特征摘要】
1.一种以沼液为CO2吸收剂的沼气提纯与沼液处理系统，其特征在于：它包括沼液过滤设备(1)、沼液CO2减压再生设备(2)、热交换设备(3)、贫CO2沼液冷却设备(4)、沼液CO2吸收设备(5)、水洗脱氨设备(7)、沼气储气设备(8)、沼液氮和磷脱除设备(9)、氨水冷凝设备(10)、氨水收集设备(11)、沼液沉淀设备(13)、沼气二次提纯设备(15)、沼液储存设备(16)、生物天然气存储设备(17)和CO2集气设备(18)，其中，沼液过滤设备(1)的沼液出口(1.2)连接沼液CO2减压再生设备(2)的沼液入口(2.1)，沼液CO2减压再生设备(2)的贫CO2沼液出口(2.2)连接热交换设备(3)的高温贫CO2沼液入口(3.1)，热交换设备(3)的低温贫CO2沼液出口(3.2)连接贫CO2沼液冷却设备(4)的低温沼液入口(4.1)，贫CO2沼液冷却设备(4)的常温贫CO2沼液出口(4.2)连接沼液CO2吸收设备(5)的常温贫CO2沼液入口(5.1)，沼液CO2吸收设备(5)的第一富CO2沼液出口(5.2)通过第一输送泵(6)连接热交换设备(3)的常温富CO2沼液入口(3.3)，热交换设备(3)的高温富CO2沼液出口(3.4)连接沼液CO2减压再生设备(2)的高温富CO2沼液入口(2.3)，沼液CO2减压再生设备(2)的CO2出口(2.4)连接水洗脱氨设备(7)的CO2气体入口(7.1)，水洗脱氨设备(7)的CO2气体出口(7.2)连接CO2集气设备(18)的CO2气体输入口(18.1)，水洗脱氨设备(7)的氨水出口(7.4)连接氨水收集设备(11)的氨水入口(11.1)，水洗脱氨设备(7)还具有入水口(7.3)；沼气储气设备(8)的储气设备第一沼气出口(8.1)通过第二输送泵(19)连接沼液CO2吸收设备(5)的吸收设备沼气入口(5.3)，沼液CO2吸收设备(5)的吸收设备沼气出口(5.4)连接沼气储气设备(8)的储气设备沼气入口(8.2)，沼气储气设备(8)的储气设备第二沼气出口(8.3)通过第三输送泵(20)连接沼气二次提纯设备(15)的二次提纯设备沼气入口(15.3)；沼液CO2吸收设备(5)的第二富CO2沼液出口(5.5)通过第四输送泵(12)连接沼液氮和磷脱除设备(9)的沼液入口(9.1)，沼液氮和磷脱除设备(9)的真空泵(9.4)的气体出口连接氨水冷凝设备(10)的氨气入口(10.1)，沼液氮和磷脱除设备(9)还具有CaO粉末入口(9.3)，氨水冷凝设备(10)的氨水出口(10.2)连接氨水收集设备(11)的氨水入口(11.1)；沼液氮和磷脱除设备(9)的沼液出口(9.2)连接沼液沉淀设备(13)的浑浊沼液入口(13.1)，沼液沉淀设备(13)的澄清沼液...
【专利技术属性】
技术研发人员：晏水平，王文超，贺清尧，刘璐，梁飞虹，余歌，王明，张衍林，王媛媛，艾平，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。