本发明专利技术公开了属于沼气分离净化技术领域的一种沼气分离净化装置及其碱法吸收CO2净化沼气的方法。本发明专利技术以Ca(OH)2作为吸收剂，通过旋转填充床反应器，对沼气中的CO2进行吸收分离。本发明专利技术选择的吸收剂来源广泛、成本低廉且环境友好；反应装置简单，反应条件温和，操作方便，CO2吸收速率高，分离后沼气纯度高。在吸收过程中生成的少量纳米CaCO3可用于塑料、橡胶、涂料、油墨和阴极电泳漆中；生成的大量?Ca(HCO3)2溶液可返回CaO的水溶液生成Ca(OH)2循环使用。该工艺分离及再生容易，能耗及成本低，吸收效率高。本发明专利技术对能源化工领域特别是沼气净化分离技术的发展起到重要的促进作用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于沼气分离净化
，具体涉及ー种沼气分离浄化装置及其碱法吸收CO2净化沼气的方法。
技术介绍
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ー种，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，作为ー种生物燃气，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)和ニ氧化碳(C02)，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(〈0.5% )，硅氧烷(0% 0.02% )，卤代烃(〈0.6% )，氨(<1%)，氧气(0% 1%)，一氧化碳(〈0.6%)，氮气(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含量減少到可以作为替代天然气使用。本专利主要涉及沼气中CO2脱除 技木。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カ下对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、聚こニ醇法等。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。该方法エ艺简单，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C02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。如目前エ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(ニ氧化碳、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°C下进行CO2吸收，在110°C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。与其它脱碳エ艺相比，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カ下(800 KPa左右)进行，脱附作用在较低的压カ下进行，组分的吸附量受温度和压カ影响。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。该エ艺流程简单，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。 膜分离法是近期国内外的研究热点，其基本原理是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧分压差的作用下导致其滲透通过纤维膜壁的速率不同而分离。现阶段膜分离法还处于实验室研究和小規模CO2分离应用阶段，研究主要集中在高效低成本的膜材料的开发上。膜分离法エ艺简单，操作方便，对环境友好，能耗低，但由于膜价格高，一次投资大，甲烷损失大，沼气中存在的某些少量杂质会导致膜受损，因此目前真正エ业应用较少，且通常要与其他エ艺联合使用。低温分离法是利用制冷系统将混合气降温，由于CO2的凝固点比甲烷要高，先被冷凝下来，从而得以分离。使用该法进行脱碳时，首先要将原料气压缩到8 MPa。再经冷却和换热装置使之降到-45°C，冷凝的CO2得以分离，并经进ー步处理以回收其中所溶解的甲烷。沼气再进一歩冷却降温，得到纯度较高的甲烷。低温分离法エ艺的优点是可得到甲烷含量高于97%以上的净化气，但缺点是エ艺复杂、所用设备较多，操作条件苛刻，投资大且能耗较闻。目前，加压水洗法在瑞典用得较多，变压吸附法在德国较为广泛，荷兰在加压水洗法、变压吸附法和膜分离技术都有应用。我国产业技术与先进国家相比存在较大差距，如エ程设计余量大、设备选型不合理、投资大、运行费用高、产气效率低等问题。因此，必须开发新吸收エ艺、研制新设备、提高吸收效率、降低运行成本、提高经济性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种旋转填充床沼气分离浄化装置。本专利技术的目的还在于ー种利用上述旋转填充床沼气分离浄化装置，提供ー种使用氢氧化钙溶液碱法吸收CO2净化沼气的方法。一种旋转填充床沼气分离浄化装置，该装置包括净化气体储罐Tl、旋转填充床反应器17、吸收原液储罐T2、再生罐T3、吸收后液体储罐T4、沼气储罐T5和沼气钢瓶T6依次相连；转填充床反应器17还分别与吸收后液体储罐T4、沼气储罐T5和反应器电机T8相连；净化气体储罐Tl具有净化气排气ロ Gl ;吸收原液储罐T2具有吸收原液加入ロ G2 ;再生罐T3具有再生剂加入口 G3 ;吸收后液体储罐T4具有清洗液ロ G4 ;沼气储罐T5具有沼气排气ロ G5，净化气体储罐Tl与旋转填充床反应器T7之间具有气体采样ロ G6。所述转填充床反应器T7与吸收原液储罐T2之间依次安装有液体流量计F1、管路阀门Vl和输料泵Pl ;所述吸收原液储罐T2与再生罐T3之间依次安装有管路阀门V3和输料泵P2 ;所述再生罐T3与吸收后液体储罐T4之间依次安装有管路阀门V5和输料泵P3。所述吸收原液加入ロ G2、再生剂加入口 G3、清洗液ロ G4、沼气排气ロ G5和气体采样ロ G6分别安装有管路阀门V2、V4、V8、V10和V12。所述转填充床反应器17依次通过管路阀门V7和气体流量计F2分别与吸收后液体储罐T4和沼气储罐T5相连；气体流量计F2与吸收后液体储罐T4间具有管路阀门V6 ；气体流量计F2与沼气储罐T5间具有管路阀门V9。所述沼气储罐T5和沼气钢瓶T6间具有管路阀门VII。利用上述装置采用碱法吸收CO2浄化沼气的方法，该方法按以下步骤进行:I)配制吸收液:在CaO中加入蒸馏水搅拌混合均匀，静置，取上清液，测pH值，并测定Ca2+浓度，用水稀释到Ca2+浓度为0.0f0.lmol/L，调节pH为10.5 11.5 ;2)控制旋转填充床反应器17的反应温度为1(T40°C ；3)打开沼气钢瓶T6的管路阀门VII，将沼气输入沼气储罐T5中，调整气体流量和压力，使沼气钢瓶T6气体压力和沼气储罐T5中压カ达到平衡；4)开启阀门V9和V7，使沼气进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种旋转填充床沼气分离净化装置，其特征在于，该装置包括净化气体储罐（T1）、旋转填充床反应器（T7）、吸收原液储罐（T2）、再生罐（T3）、吸收后液体储罐（T4）、沼气储罐（T5）和沼气钢瓶（T6）依次相连；旋转填充床反应器（T7）还分别与吸收后液体储罐（T4）、沼气储罐（T5）和反应器电机（T8）相连；净化气体储罐（T1）具有净化气排气口（G1）；吸收原液储罐（T2）具有吸收原液加入口（G2）；再生罐（T3）具有再生剂加入口（G3）；吸收后液体储罐（T4）具有清洗液口（G4）；沼气储罐（T5）具有沼气排气口（G5），净化气体储罐（T1）与旋转填充床反应器（T7）之间具有气体采样口（G6）。
【技术特征摘要】
1.一种旋转填充床沼气分离浄化装置，其特征在于，该装置包括净化气体储罐(Tl)、旋转填充床反应器(T7)、吸收原液储罐(T2)、再生罐(T3)、吸收后液体储罐(T4)、沼气储罐(T5)和沼气钢瓶(T6)依次相连；旋转填充床反应器(T7)还分别与吸收后液体储罐(T4)、沼气储罐(T5)和反应器电机(T8)相连；净化气体储罐(Tl)具有净化气排气ロ(Gl);吸收原液储罐(T2)具有吸收原液加入ロ(G2);再生罐(T3)具有再生剂加入口(G3);吸收后液体储罐(T4)具有清洗液ロ(G4);沼气储罐(T5)具有沼气排气ロ(G5)，净化气体储罐(Tl)与旋转填充床反应器(T7)之间具有气体采样ロ(G6)。2.根据权利要求1所述的旋转填充床沼气分离浄化装置，其特征在于，所述转填充床反应器(T7 )与吸收原液储罐(T2 )之间依次安装有液体流量计(Fl)、管路阀门(Vl)和输料泵(Pl);所述吸收原液储罐(T2)与再生罐(T3)之间依次安装有管路阀门(V3)和输料泵(P2);所述再生罐(T3)与吸收后液体储罐(T4)之间依次安装有管路阀门(V5)和输料泵(P3)。3.根据权利要求1所述的旋转填充床沼气分离浄化装置，其特征在于，所述吸收原液加入ロ(G2)、再生剂加入口(G3)、清洗液ロ(G4)、沼气排气ロ(G5)和气体采样ロ(G6)分别安装有管路阀门(V2)、(V4)、(V8)、(VlO)和(V12)。4.根据权利要求1所述的旋转填充床沼气分离浄化装置，其特征在于，所述转填充床反应器(T7)依次通过管路阀门(V7)和气体流量计(F2)分别与吸收后液体储罐(T4)和沼气储罐(T5)相连；气体流量计(F2)与吸收后液体储罐(T4)间具有管路阀门(V6);气体流量计(F2)与沼气储罐(T5)间具有管路阀门(V9)。5.根据权利要求1所述的旋转填料床沼气分离浄化装置，其特征在于，所述沼气储罐(T5 )和沼气钢瓶(T6 )间具有管路阀门(V11)。6.利用权利要求1所述装置采用碱法吸收CO2净化沼气的方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒲薇华，李十中，肖杨，张成明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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