一种常压水洗沼气脱碳净化的方法技术

本发明专利技术提供一种常压沼气水洗脱碳方法。根据沼气与空气中CO2的分压的差异和沼气中CH4与CO2在水中溶解度的差异，在吸收容器中的水处于常压的条件下，通过交替向吸收容器中通入增压的沼气和空气，实现沼气中CH4和CO2的分离。本发明专利技术的方法特别适用于中小型沼气工程，运行能耗低，设备投资小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于脱除沼气中CO2的沼气净化方法。本专利技术特别涉及厌氧发酵产生的沼气或者垃圾填埋场产生的填埋气的水洗脱碳净化生产生物天然气的领域，尤其适用于中小型沼气工程。
技术介绍
在生物天然气的领域，通常需要对厌氧发酵产生的沼气或者垃圾填埋场产生的填埋气进行脱碳净化。沼气的主要成分是甲烷和CO2，通过脱除沼气中的CO2能够有效提高沼气的热值从而拓展沼气的使用范围。常规的沼气脱碳净化工程需要加大沼气的处理量来分摊单位气体脱碳净化的设备投资成本，因此，设备投资以及运行过程中的电力需求较大。由于用于沼气厌氧发酵原料的分散性，沼气工程的集中会导致原料和沼气的储运成本的增加，从而降低了沼气作为可再生能源的优势。大规模沼气脱碳净化工程较大的功耗所需要的电力供应无形中会增加沼气净化的投资。沼气脱碳净化的方法均是通过在时间、空间上操作条件的改变，实现沼气中CO2的脱除，和吸收剂/吸附剂的再生。而操作条件的改变通常是压力、温度的改变，因此，实现沼气脱碳和沼气净化过程中的能量消耗主要有气体和吸收介质的增压，以及解吸过程中的能耗。目前，沼气净化脱碳的方法主要有:变压吸附法、化学吸收法，压力水洗法等。变压吸附法是通过压力变化在时间上实现气体的分离提纯与吸附剂的再生；化学吸收法是通过温度变化在空间上实现气体的分离与吸收剂的再生；压力水洗法是通过压力变化在空间上实现气体的分离与吸收剂的再生。综上，气体净化过程中的能耗主要是气体和吸收、吸附剂的压力/温度变化，通常条件下， 只有气体中的压缩能可能保留在最终的产品气当中，其余的压力、温度的改变所需要的能耗均在操作过程中耗散掉。中国专利申请CN201210184536.4通过变压吸附的方式提纯沼气。该方法是利用不同气体组分在吸附剂中的扩散速度差异实现分离，其主要的能耗是气体的增压和真空解吸，经过增压吸收，匀压、泄压、真空解吸等步骤，气体的压缩能都在运行过程中消耗掉，出口气体为常压。中国专利申请CN201110404380.1利用将干发酵中的液体循环喷淋，然后在特定的脱除装置中脱除CO2，富集甲烷。在该过程中，主要的能耗是吸收剂的循环、再生能耗；中国专利申请CN201210154666.3则提出了将沼气加水雾化提高甲烷纯度，该过程仍旧需要通过加压，促进溶解，通过搅动或者将水雾通入水体，利用溶解度差异进行沼气提纯。在国外沼气工程配套的净化设备多采用加压水洗的方法，主要是由于压力水洗的自动化程度要求较低，设备投资相对较低，运行过程中只需要电力消耗。加压水洗沼气脱碳需要对水和气体增压通过在吸收塔内逆流操作实现沼气的净化，在该过程中，循环的水和溶解在水中的CO2在解吸过程中卸压导致压力能不可避免损失，只有气体中的CH4的压力能能够继续保持到下一工序。压力水洗工艺的启、停过程较为复杂，为了保持操作过程的连续运行，沼气工程通常需要有一定的气体储存、缓冲能力，所有压力水洗的设备以及增压用的沼气压缩机和高压水泵等设备投资较大，对于中小型沼气工程，配套的沼气净化设备的投资与大型沼气工程投资基本相当。由于中小型沼气工程并不具有大型沼气工程那样的规模效应，因此在中小型沼气工程中，若使用压力水洗，成本相对较高。而且压力水洗一般配套的动力需求较大。因此开发具有较小的电力需求以及低成本的沼气脱碳净化制备生物天然气方法对于发展新能源具有重要的意义。为了提供一种低投资、低能耗、电力需求低的沼气水洗脱碳净化方法，解决现有中小型沼气净化工程设备投资大，动力需求高的问题，期待一种无需对水进行加压的常压水洗脱碳法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种常压水洗沼气脱碳净化方法。特别是提供一种低投资、低能耗、电力需求低的常压沼气水洗脱碳净化方法，解决现有中小型沼气净化工程设备投资大，动力需求高的问题。为实现本专利技术的目的，本专利技术包括以下内容: [I] 一种用于脱除沼气中CO2的沼气净化方法，所述方法包括:依次交替向吸收容器中通入增压的沼气和空气，其中，所述吸收容器中容纳有常压的水，所述增压的沼气和空气的压力使得其能够从水中通过。[2]根据[I]所述的沼气净化方法，其中，所述吸收容器是高度为1.5m_10m的吸收柱。[3]根据[I]所述的沼气净化方法，其中，通入所述吸收容器的所述沼气和/或空气的气泡直径不超过3mm。[4]根据[I]所述的沼气净化方法，其中，向所述吸收容器内通入沼气的表观气速小于5mm / S。[5]根据[I]所述的沼气净化方法，其中，每次向所述吸收容器通入的所述沼气的总体积不大于所述吸收容器内容纳的水的体积。[6]根据[I]所述的沼气净化方法，其中，向吸收体内通入空气的表观气速小于30mm / S。[7]根据[I]所述的沼气净化方法，其中，每次向所述吸收容器通入的所述空气的总体积为所述吸收容器内容纳的水体积的2-3倍。[8]根据[I]所述的沼气净化方法，其中，通过以下方式连续处理沼气:使用多个所述吸收容器；在向一部分吸收容器通入增压的沼气时，向另一部分吸收容器通入增压的空气。水洗沼气脱碳净化的原理是利用0)2和CH4在水中溶解度的差异，提高产品气中的CH4浓度；在常压水洗沼气脱碳净化过程中，利用沼气和空气中CO2分压差异，实现水对沼气中CO2的吸收过程和溶解在水中的CO2向空气的解吸过程在时间上的分离。沼气增压后经过例如曝气装置，进入容器内的常压水中，形成微小的气泡。一般地，可以使用增压风机进行增压。针对空气和沼气的流量，可以选择共用或分用气体增压风机。在本专利技术中，所得的气泡直径优选在3mm以下，以确保气泡基本保持球型，在上升过程中能够保持较低的上升速率和较大的比表面积，从而达到预期的传质效果。气泡中的CO2在上升过程中逐渐溶解，随着气泡上升，所受的水压降低以及气体体积的减少，综合效应导致气泡上升过程中气泡直径略微减小，在设定的通气量下，能够保证气泡在上升过程中流型比较稳定。在本专利技术中，通入沼气的表观速率优选为5mm / s以下，较低的沼气表观速率能够使得沼气净化过程稳定，从而得到稳定品质的产品气；而通入空气的表观速率优选为30mm / s以下，通入空气的作用为脱除溶解在水中的CO2，较高的表观速率能够有效促进溶解的CO2的解吸。在经过一定高度的水对CO2的吸收后，气泡中的气体主要是CH4。在本专利技术中，容纳有水的吸收容器为柱状，且高度依据待处理气体量进行设计，优选在1.5m至IOm之间。常规气泡直径为3_左右时，气体在上升过程中能够达到天然气的品质所需的最低吸收柱高度为1.5m，但是单次处理的沼气量较少，增加吸收柱的高度能够有效增加单次处理沼气的量，如果吸收柱高度高于10m，设备固定投资以及运行费用均会明显增加。初始阶段，产品气中检测到纯CH4,随着通入沼气时间的延长，溶解在水中的CO2逐渐累积，CO2溶解的驱动力的逐渐减小，CO2吸收不够完全，产品气体中的CO2浓度逐渐上升，当出口气体中CO2上升到一定程度后(产品气累积纯度达到国家天然气标准)，通过常压水洗的效果达不到沼气脱碳要求，这时通过切换气路用空气进行大气量曝气，从而将溶解在水中的CO2气体解吸出来，待水中溶解的CO2脱除到一定程度，再次通入沼气，由此循环往复，实现沼气的脱碳提纯。在此过程中，每次通入沼气的总体积优选不大于吸收容器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于脱除沼气中CO2的沼气净化方法，所述方法包括：依次交替向吸收容器中通入增压的沼气和空气，其中，所述吸收容器中容纳有常压的水，所述增压的沼气和空气的压力使得其能够从水中通过。

【技术特征摘要】
1.一种用于脱除沼气中CO2的沼气净化方法，所述方法包括: 依次交替向吸收容器中通入增压的沼气和空气，其中，所述吸收容器中容纳有常压的水，所述增压的沼气和空气的压力使得其能够从水中通过。2.根据权利要求1所述的沼气净化方法，其中，所述吸收容器是高度为1.5m-10m的吸收柱。3.根据权利要求1所述的沼气净化方法，其中，通入所述吸收容器的所述沼气和/或空气的气泡直径不超过3mm。4.根据权利要求1所述的沼气净化方法，其中，向所述吸收容器内通入沼气的表观气速小于5mm / S。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭荣波，罗生军，许晓晖，王传水，师晓爽，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：