高速多級(jí)旋轉(zhuǎn)床壓力水洗脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及高壓低溫條件下，采用高速多級(jí)旋轉(zhuǎn)床壓力水洗脫除沼氣中二氧化碳 的方法及系統(tǒng)，屬于可再生能源領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過(guò)微生物的發(fā)酵作用而生成的一種可燃?xì)怏w。 沼氣的主要成分是甲燒和二氧化碳，還有少量硫化氨。沼氣中二氧化碳的存在嚴(yán)重降低其 燃燒的效率，并且二氧化碳是酸性氣體，氣量大會(huì)腐蝕化工設(shè)備，所W必須除去沼氣中的二 氧化碳。沼氣經(jīng)過(guò)提純，不僅可使甲燒的純度達(dá)到97% W上，沼氣的熱值會(huì)明顯提高，而且 氣體的性質(zhì)更加穩(wěn)定，使提純后的氣體達(dá)到車用燃?xì)獾氖褂脴?biāo)準(zhǔn)。
[0003] 目前，常用的沼氣脫碳方法有物理吸收法、化學(xué)吸收法、變壓吸附法、膜分離法、低 溫分離法等。物理吸收法中W加壓水洗法應(yīng)用最為廣泛，其水溶劑可選用再生循環(huán)方式或 非循環(huán)方式，使沼氣提純成本相對(duì)于其他方法大大降低。但是，目前采用加壓水洗法的設(shè)備 是塔器，不僅設(shè)備占地面積大，長(zhǎng)期使用后會(huì)存在微生物堵塔的情況，降低提純效率，因此 需要清洗。若塔器設(shè)備過(guò)高或體積過(guò)大，則會(huì)增加其清洗難度?；瘜W(xué)吸收法中最常見的是醇 胺法提純沼氣，雖然無(wú)須過(guò)高的壓力，但吸收劑解吸過(guò)程要求的溫度條件很高，經(jīng)濟(jì)成本過(guò) 高。使用塔器吸收同樣存在與水洗法相同的問(wèn)題。變壓吸附法在沼氣領(lǐng)域也得到了廣泛的 應(yīng)用，其工藝流程簡(jiǎn)單，脫碳效果好，但甲燒的損失率很高，尾氣中的甲燒不易處理。膜分離 法是近期國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，現(xiàn)階段還僅處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，技術(shù)相對(duì)不成熟。低溫冷卻 法需要的工藝條件苛刻，經(jīng)濟(jì)成本較高，不宜用來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)生物甲燒。所W，開發(fā)新處理 裝置，優(yōu)化提純工藝成為提純技術(shù)研究的重點(diǎn)。
[0004] 李天成(李天成，李十中.沼氣凈化方法及系統(tǒng)：中國(guó)，CN103170281A[P]. 2013-04- 07.)等利用化學(xué)吸收試劑在壓力為0.01-0.181?3，溫度為10°(：-50°(：條件下捕獲沼氣中二 氧化碳和硫化氨，使C也含量提高到95 % W上。但化學(xué)試劑有腐蝕性且污染環(huán)境，操作成本 和經(jīng)濟(jì)成本提高。許晶（李秀金，許晶，肖勇等.水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氨的裝 置及方法：中國(guó)，CN102101001A[P]. 2011-1-28.)等人用水溶解法在壓力為0.8-1.2MPa，氣 量400-60化A，液量100-20化A條件下吸收二氧化碳，使邸4含量提高到97 %-99 %。但塔器 設(shè)備過(guò)高(吸收塔高度2.6m，解析塔高度0.9m)，體積大，不易清洗和維修，設(shè)備操作起來(lái)有 一定難度。孫寶昌（孫寶昌.超重力環(huán)境下水禪合吸收N也和C〇2的研究[D].北京化工大學(xué)， 2009.)用水吸收C〇2，轉(zhuǎn)速0-2400r/min，液量80-600LA，氣量800-2400LA，溫度在 1 rC左 右，壓強(qiáng)為0.2M化，入口 C〇2體積含量為9.6 %的條件下，二氧化碳吸收率最高達(dá)到26 %，即 出口 C〇2含量為7 %，提純后氣體無(wú)法達(dá)到車用燃?xì)獾氖褂脴?biāo)準(zhǔn)。
[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種沼氣凈化提純方法和設(shè)備。該 方法利用高壓低溫條件下，氣體在水中溶解度的不同來(lái)達(dá)到脫除沼氣中C〇2和也S的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的核屯、裝置是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)床，由一個(gè)或多個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成，在低 溫和加壓條件下氣液W逆向瞬速方式流經(jīng)轉(zhuǎn)子，進(jìn)行接觸傳質(zhì)。此高速旋轉(zhuǎn)床包括不誘鋼 圓筒型金屬外殼、液體噴淋管、轉(zhuǎn)鼓、不誘鋼金屬絲網(wǎng)填料、高速旋轉(zhuǎn)軸。
[0007] 高速多級(jí)旋轉(zhuǎn)床壓力水洗脫除沼氣中二氧化碳和硫化氨的系統(tǒng)，其特征在于：
[0008] 儲(chǔ)氣罐連接沼氣壓縮機(jī)，沼氣壓縮機(jī)出口與緩沖罐入口相連，緩沖罐出口連接第 一級(jí)吸收床進(jìn)氣口，上一級(jí)吸收床出氣口與下一級(jí)吸收床的進(jìn)氣口相連，依次類推，最后一 級(jí)吸收床頂部出氣口與平衡罐上方的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相連;吸收床采用600-1400r/min的高速 旋轉(zhuǎn)吸收床，貧液罐中的液體從下方的出液口中經(jīng)柱塞計(jì)量累打入每一級(jí)吸收床的進(jìn)液 口，所有吸收床的出液口都連接平衡罐的進(jìn)液口。平衡罐的出液口連接富液罐的進(jìn)液口，富 液罐的出液口與解析床的進(jìn)液口相連，解析床的出液口與貧液罐下方的進(jìn)液口相連，解析 床為600-1400r/min的高速旋轉(zhuǎn)解析床，貧液罐上方的出液口與上方的進(jìn)液口與低溫冷卻 液循環(huán)累相連。
[0009] 進(jìn)一步，鼓風(fēng)機(jī)氣體出口與解析床氣體入口相連。
[0010] 進(jìn)一步，在柱塞計(jì)量累和高速旋轉(zhuǎn)吸收床之間附加一個(gè)換熱器。
[0011] 進(jìn)一步，在富液罐和高速旋轉(zhuǎn)解析床之間附加一個(gè)換熱器。
[0012] 應(yīng)用所述系統(tǒng)的方法，其特征在于:將沼氣通入到緩沖罐(3)中，使其中壓力保持 在0.6-1.2MPa，將緩沖罐(3)中的沼氣從高速一級(jí)旋轉(zhuǎn)吸收床氣體進(jìn)口進(jìn)入吸收床，保持吸 收床內(nèi)壓力為0.6-1.21?曰，溫度為5-27°(：，吸收床和解析床的轉(zhuǎn)速控制在600-1400'/111111， 貧液罐（13)中的水在低溫冷卻液循環(huán)累（15)的冷卻作用下調(diào)節(jié)到5-27Γ，同時(shí)，貧液罐
[13] 中的水由柱塞計(jì)量累(9)打入吸收床的進(jìn)液口；吸收床內(nèi)氣液體積比換算成標(biāo)況后為 3.3-11.5;
[0013] 溶解了二氧化碳的水由吸收床底部流入平衡罐（10)，通過(guò)調(diào)節(jié)平衡罐(10)到富液 罐(12)之間的調(diào)節(jié)閥使液體平穩(wěn)的從平衡罐(10)流入富液罐（12);富液罐中的液體被壓入 高速旋轉(zhuǎn)解析床（16)中，水中的C〇2被解析出來(lái)，解析后的貧液流入貧液罐（13 )，平衡罐 (10)壓力為0.6-1.2MPa，最后一級(jí)吸收床排出的提純后的沼氣，經(jīng)過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥排出設(shè)備 外。
[0014] 更具體的：本裝置的操作條件為：操作壓力在0.6-1.2M化之間，操作溫度為5-27 °C，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速為600-1400r/min，氣量為200-70化A，水量為20-8化A，采用四級(jí)高速旋轉(zhuǎn) 吸收床和一級(jí)高速旋轉(zhuǎn)解析床進(jìn)行沼氣提純。
[0015] 高速多級(jí)旋轉(zhuǎn)床壓力水洗法脫除沼氣中C〇2和出S裝置，其主要設(shè)備有沼氣儲(chǔ)氣罐、 沼氣壓縮機(jī)、緩沖罐、高速一級(jí)旋轉(zhuǎn)吸收床、高速二級(jí)旋轉(zhuǎn)吸收床、高速Ξ級(jí)旋轉(zhuǎn)吸收床、高 速四級(jí)旋轉(zhuǎn)吸收床、換熱器、平衡罐、富液罐、貧液罐、清水電累、低溫冷卻液循環(huán)累、高速旋 轉(zhuǎn)解析床、防爆旋滿鼓風(fēng)機(jī)、防爆控制柜。
[0016] 其中沼氣壓縮機(jī)出口與緩沖罐入口相連，緩沖罐出口連接一級(jí)高速旋轉(zhuǎn)吸收床進(jìn) 氣口，吸收床出氣口與下一級(jí)吸收床的進(jìn)氣口相連，依次類推，第四級(jí)高速旋轉(zhuǎn)吸收床頂部 出氣口與平衡罐上方的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相連，排出的氣體可W進(jìn)行測(cè)量和收集。貧液罐中的液 體從下方的出液口中經(jīng)柱塞計(jì)量累打入每一級(jí)吸收床的進(jìn)液口，所有吸收床的出液口都連 接平衡罐的進(jìn)液口。平衡罐的出液口連接富液罐的進(jìn)液口，富液罐的出液口與高速旋轉(zhuǎn)解 析床的進(jìn)液口相連，解析床的出液口與貧液罐下方的進(jìn)液口相連，貧液罐上方的出液口與 上方的進(jìn)液口與低溫冷卻液循環(huán)累相連。鼓風(fēng)機(jī)氣體出口與解析床氣體入口相連。
[0017] 在高速多級(jí)旋轉(zhuǎn)吸收床中，水由進(jìn)液口進(jìn)入液體噴淋管，再均勻分布到填料表面 與氣體充分接觸，其中的二氧化碳與水在高壓低溫條件下充分接觸后，提純后的氣體進(jìn)入 下一級(jí)吸收床，吸收液進(jìn)入平衡罐中。填料旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，增加了氣液傳質(zhì)速率，使氣液接 觸面積增大，加速反應(yīng)的進(jìn)行。
[0018] 平衡罐本身帶壓力，其與吸收床連通，吸收床內(nèi)壓力為0.6-1.2MPa，因此，平衡罐 內(nèi)壓力為0.6-1.2MPa。設(shè)置平衡罐的目的是穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，使富液收集在平衡罐中作為緩 沖，將收集的富液流入富液罐再進(jìn)行解析過(guò)程。
[0019] 富液罐本身不帶壓力，平衡罐中壓力為0.6-1.2M化，平衡罐中的帶壓液體流入富 液罐，由于壓差使原本溶解在水中的一部分C〇2釋放出來(lái)，產(chǎn)生的壓力推動(dòng)富液罐中的水進(jìn) 入高速旋轉(zhuǎn)解析床，若富液罐中的水溫過(guò)高或過(guò)低，則可W通過(guò)換熱器升溫或降溫來(lái)調(diào)節(jié) 富液溫度，達(dá)到更好的解析效果。
[0020] 富液罐中帶有壓力的水進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)解析床，由于壓力降低，水得到了部分解析； 另外，由于鼓風(fēng)機(jī)從解析床氣體入口由外向內(nèi)進(jìn)入填料中，與分布在絲網(wǎng)填料上的水進(jìn)行 充分接觸，且水中的C〇2分壓高于空氣中C〇2的分壓，為了達(dá)到平衡，水中的C〇2進(jìn)一步被釋放 出來(lái)，達(dá)到再生效果。
[0021] 在水洗沼氣提純過(guò)程中，可W在柱塞計(jì)量累和高速旋轉(zhuǎn)吸收床之間附加一個(gè)換熱 器，目的是對(duì)貧液降溫，使吸收效果更好；同時(shí)，可W在富液罐和高速旋轉(zhuǎn)解析床之間附加 一個(gè)換熱器，目的是對(duì)富液升溫，提高解析效率。兩個(gè)換熱器在其他工藝過(guò)程如堿性溶液提 純沼氣的方法中同樣可W起到升溫和降溫的作用。
[0022] 高速旋轉(zhuǎn)吸收床的個(gè)數(shù)可根據(jù)不同工況下的吸收效果和所要達(dá)到的提純效果來(lái) 決定。例如在壓力為1.2MPa、溫度為24°C、氣液比為3.3、高速旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)速為1000以111111，吸收 床個(gè)數(shù)為1的情況下，提純氣體的甲燒含量為20.7%。因此，需要四級(jí)吸收床串聯(lián)來(lái)對(duì)沼氣 提純可W達(dá)到車用燃?xì)獾氖褂脴?biāo)準(zhǔn)（甲燒含量>97% )。
[0023] 控制柜可W改變旋轉(zhuǎn)吸收床和旋轉(zhuǎn)解析床電機(jī)的頻率來(lái)控制旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速;也可 W控制氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)壓力和輸出開度來(lái)維持吸收床，平衡罐，富液罐內(nèi)的壓力;及兩個(gè) 齒輪累和一個(gè)柱塞計(jì)量累的流量。也可W監(jiān)測(cè)緩沖罐內(nèi)的壓力和溫度;平衡罐和貧液罐內(nèi) 的液位;富液罐內(nèi)的液位、壓力和液體溫度;兩個(gè)換熱器內(nèi)的溫度;吸收床出口的壓力和氣 動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度;旋滿風(fēng)機(jī)的風(fēng)量等。
[0024] 高速旋轉(zhuǎn)床中的高速范圍在600-1400r/min。
[0025] 實(shí)驗(yàn)情況:緩沖罐3、共四級(jí)吸收床(4、5、6、7)和平衡罐的壓力均為0.6-1.21?曰，吸 收液溫度保持在5-27Γ，氣液比（換算成標(biāo)況后的體積比）為3.3-11.5，轉(zhuǎn)速為600-1400'/ min。在此參數(shù)范圍中，二氧化碳出口含量最小可為1 %，甲燒含量99%，達(dá)到了車用燃?xì)馐?用標(biāo)準(zhǔn)（甲燒含量大于97 % )。但在此參數(shù)范圍中，二氧化碳出口含量可能會(huì)達(dá)到17 %，不符 合車用燃?xì)馐褂脴?biāo)準(zhǔn)，運(yùn)樣就需要改變參數(shù)或者適當(dāng)增加吸收床的數(shù)量來(lái)達(dá)到車用燃?xì)馐?用標(biāo)準(zhǔn)。
[0026] 富液罐不需要控制液體溫度，壓力控制在0.2MPaW下，其他參數(shù)的不需要控制。我 們需要通過(guò)壓力的作用，再控制出口處的球閥的開度來(lái)大致調(diào)節(jié)富液罐流入解析床的富液 的流量。但是因?yàn)楦灰汗蕹隹谔庍B接著第二齒