專利名稱：水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的裝置及方法，屬于可再生 能源領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沼氣是一種清潔能源，原料來源廣泛，目前在我國，沼氣主要用于農(nóng)村炊事、供熱 和發(fā)電，其主要成分是甲烷、二氧化碳、硫化氫和一些其他微量成分。但是的存在 不僅會降低沼氣的燃燒熱值，而且大量的酸性氣體也會對儲氣設備造成嚴重的腐蝕，所以 必須除去沼氣中的ω2和H2S。通過分離(X)2和H2S,不僅可以使沼氣中的甲烷含量提高到 97% _99%，沼氣的熱值也會顯著提高，氣體的性能也更加穩(wěn)定，使用安全性也顯著增強； 而且燃燒沼氣不會再造成二氧化碳的增加，對緩解全球溫室效應的加劇有著積極的意義。目前很多學者對于上述方面進行了大量的研究，但研究方向偏向于理論、機理模 型研究，而且大都使用化學試劑或者膜分離的方法來脫除(X)2和&S，并不能達到很好的效 果，而使用水來脫除(X)2和&S，并且將之工程化、規(guī)模化的研究比較欠缺。S. Rasi在Landfill gas upgrading with countercurrent water wash一文中指 出，在壓力3Mpa，氣體流量50-100L/min，水流量5_10L/min時，垃圾填埋氣中(X)2和H2S經(jīng) 水脫除后CH4含量接近或者超過90%，CO2含量為3. 2%-4.8%，含量低于檢測值。文 中提到的脫除二氧化碳和硫化氫的裝置包括1個吸收塔、1個解析塔、2個氣體儲氣罐、1個 水儲氣罐。上述裝置雖然也能將CH4含量提高到接近或者超過90%，但是其仍存在以下缺 點①使用的壓力較高，對裝置的要求較高；②水不能循環(huán)使用，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用水溶解法脫除沼氣中的二氧化碳和硫化氫的裝置 及方法。該方法是利用水中各種氣體的不同溶解度來到達到脫除(X)2和的。水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的裝置，其主要設備有原料氣罐、氣體壓 縮機、氣體緩沖罐、吸收塔、富液罐、換熱器、鼓風機、再生塔、水泵、貧液罐、過濾裝置，其中， 原料氣罐的出口經(jīng)壓縮機與氣體緩沖罐底部進氣口相連，氣體緩沖罐頂部出氣口與吸收塔 底部進氣口相連，吸收塔頂部出氣口與過濾裝置進氣口相連，貧液罐底部出液口經(jīng)水泵與 吸收塔頂部進液口相連，吸收塔底部出液口與富液罐進液口相連，富液罐下側(cè)經(jīng)過換熱器 與再生塔頂部進液口相連，再生塔底部出液口與貧液罐底部進液口相連，鼓風機出氣口與 再生塔底部進氣口相連。吸收塔如圖2所示，為不銹鋼填料塔，由3-4節(jié)塔體組成，高徑比為6 1，塔內(nèi)所 裝填料為θ型不銹鋼填料(見圖幻，其為直徑4mm，高4mm的不銹鋼θ環(huán)。在塔體每節(jié)相 連的地方設有再分布器，再分布器上裝填一層直徑6mm，高6mm的稍大的不銹鋼θ環(huán)。在吸收塔中水由塔頂均勻的噴灑在填料表面上，氣體由塔底自下而上與水在填料 表面上進行接觸，沼氣中的二氧化碳和硫化氫被水溶解，為了避免填料裝填不十分均勻而引起部分近塔壁處的水沿塔壁流動，需在每節(jié)塔的連接處加上再分布器，在再分布器處裝 填一層直徑稍大的不銹鋼θ環(huán)使沿塔壁流下的液體進行重新分配，還能使吸收塔內(nèi)壓降 降低，不容易出現(xiàn)液泛現(xiàn)象；富液罐的作用體現(xiàn)在富液罐本身不帶壓力，而吸收塔內(nèi)壓力為0. 8-1. 2Mpa,由于 壓差使原本溶解在水中的一部分(X)2和釋放出來，產(chǎn)生的壓力推動富液罐中的水進入再 生塔；但是由于富液罐中的水溫度一般大都在30-40°C，為了達到更好的再生效果，富液罐 中水在進入再生塔之前首先要經(jīng)過換熱器降低溫度至18-20°C后再進入再生塔。富液罐中帶有壓力的水進入再生塔，由于壓力的降低水得到再生；同時，再生塔內(nèi) 裝有直徑為12mm的聚丙烯填料，用鼓風機向內(nèi)送入的空氣自下而上與水在填料表面上進 行接觸，由于空氣中COjnH2S的分壓低于水中COjnH2S的分壓，為了達到平衡，水中的(X)2 和H2S進一步被釋放出來，達到再生效果。下面結(jié)合附圖的裝置介紹水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的具體操作步 驟A.將沼氣通入到氣體緩沖罐(3)中，使其中壓力保持在0.8-1. 2Mpa，將緩沖 罐中的沼氣以400-600L/h的進氣量從吸收塔⑷底部進入吸收塔，保持塔內(nèi)壓力在 0. 8-1. 2Mpa,同時貧液罐(10)中的水由泵(9)從吸收塔(4)頂部以100_200L/h的流量注 入，經(jīng)填料及分布器均勻向下噴灑；B.溶解了二氧化碳和硫化氫的水由吸收塔(4)底部進入富液罐(5)，在壓差作用 下富液罐( 中的水經(jīng)換熱器(6)降溫至18-20°C后進入再生塔(6)；再生后的水由再生塔 (6)底部流回貧液罐(10)，供循環(huán)使用；C.從吸收塔頂排出的凈化后的沼氣，經(jīng)過濾裝置(11)去除沼氣中的其他微量雜 質(zhì)，再經(jīng)冷凝脫水系統(tǒng)脫除沼氣中的游離水，最后得到合格的產(chǎn)品氣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明所采用的裝置簡單，操作方便，投資少，便于工業(yè)化生產(chǎn)。其設計特點在 于①水作為吸收劑，不僅腐蝕性小可以減少設備費用，而且水的粘度也小，不易發(fā) 泡，有利于氣體與液體在吸收塔中的分離和減少動力消耗。除此之外，本發(fā)明最大的有益效 果是水的循環(huán)使用，不僅降低了運營成本，而且綠色環(huán)保，起到了節(jié)能減排的作用。②吸收塔內(nèi)再分布器的使用和采用不同直徑不銹鋼θ環(huán)在每節(jié)相連處的過渡裝 填，都明顯的提高了脫除CO2和H2S效果；③富液罐除了起到儲存水的作用，更重要的是通過壓力的變化不僅使吸收了 CO2 和H2S的水得到部分再生，而且可以保持足夠的壓力使水進入再生塔，減少了動力消耗；④換熱器的使用大大降低了水溫，明顯提高了水的再生效果。


圖1為水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的裝置圖，其中，1為原料氣罐，2為 氣體壓縮機，3為氣體緩沖罐，4為吸收塔，5為富液罐，6為換熱器，7為鼓風機，8為再生塔， 9為水泵，10為貧液罐，11為過濾裝置。圖2為吸收塔局部放大圖，其中，1為填料壓板，2為不銹鋼θ環(huán)填料，3為塔體，4為再分布器。圖3為θ型填料的示意圖
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖及實施例進一步說明本發(fā)明的具體過程，但本發(fā)明的范圍并不限 于以下實施例。以下實施例中吸收塔內(nèi)徑46mm，外徑50mm，有效高度2. 6m,由三節(jié)塔體組成，塔內(nèi) 填料層高度2. 5m，填料為直徑4mm，高4mm的不銹鋼θ環(huán)，每節(jié)之間裝有再分布器，且裝填 有高度為3cm的不銹鋼θ環(huán)，θ環(huán)的直徑6mm，高6mm。再生塔有效高度0. 9m，塔內(nèi)填料高 度0.8m，填料為直徑12mm的聚丙烯填料。所用沼氣經(jīng)分析其主要成分為甲烷4%、二氧 化碳45%、硫化氫0.6%。實施例1將沼氣通入氣體緩沖罐中，通過電磁閥使吸收塔內(nèi)壓力保持在l.OMpa，并以 400L/h的流量通入吸收塔底部，同時通過水泵使水以200L/h的流量從吸收塔頂部進入，在 塔內(nèi)與原料氣進行反向流動，溶解其中的二氧化碳和硫化氫氣體。溶解了二氧化碳和硫化 氫的水則由吸收塔底部進入富液罐，使富液罐壓力由OKpa上升到0. 4Mpa,0. 4Mpa的壓力使 水經(jīng)過換熱器溫度由30°C降到了 20°C之后進入再生塔，在再生塔內(nèi)壓力的減小到常壓，并 且以15m3/h流量的空氣吹托再生，再生后的水由再生塔底部流回貧液罐，之后再進入吸收 塔吸收塔。用氣相色譜測得吸收塔出口(X)2含量為3%，H2S含量為lOppm。
權(quán)利要求
1.水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的裝置，其主要設備有原料氣罐、氣體壓縮 機、氣體緩沖罐、吸收塔、富液罐、換熱器、鼓風機、再生塔、水泵、貧液罐、過濾裝置，其中，原 料氣罐的出口經(jīng)壓縮機與氣體緩沖罐底部進氣口相連，氣體緩沖罐頂部出氣口與吸收塔底 部進氣口相連，吸收塔頂部出氣口與過濾裝置進氣口相連，貧液罐底部出液口經(jīng)水泵與吸 收塔頂部進液口相連，吸收塔底部出液口與富液罐進液口相連，富液罐下側(cè)經(jīng)過換熱器與 再生塔頂部進液口相連，再生塔底部出液口與貧液罐底部進液口相連，鼓風機出氣口與再 生塔底部進氣口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的裝置，其特征是所 述吸收塔是不銹鋼填料塔，由3-4節(jié)塔體組成，高徑比為6 1，塔內(nèi)所裝填料為θ型不銹 鋼填料，其為直徑4mm，高4mm的不銹鋼θ環(huán)；在每節(jié)塔的連接處設有再分布器，在再分布 器內(nèi)裝填一層直徑6mm，高6mm的不銹鋼θ環(huán)。
3.采用權(quán)利要求1所述的裝置脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的方法，具體操作步驟如下Α.將沼氣通入到氣體緩沖罐(3)中，使其中壓力保持在0.8-1. 2Mpa，將緩沖罐中的沼 氣以400-600L/h的進氣量從吸收塔(4)底部進入吸收塔，保持塔內(nèi)壓力在0. 8-1. 2Mpa,同 時貧液罐(10)中的水由泵(9)從吸收塔⑷頂部以100-200L/h的流量注入，經(jīng)填料及分 布器均勻向下噴灑；B.溶解了二氧化碳和硫化氫的水由吸收塔(4)底部進入富液罐(5)，在壓差作用下富 液罐(5)中的水經(jīng)換熱器(6)降溫至18-20°C后進入再生塔(6)；再生后的水由再生塔(6) 底部流回貧液罐(10)，供循環(huán)使用；C.從吸收塔頂排出的凈化后的沼氣，經(jīng)過濾裝置(11)去除沼氣中的其他微量雜質(zhì)，再 經(jīng)冷凝脫水系統(tǒng)脫除沼氣中的游離水，最后得到合格的產(chǎn)品氣。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用水溶解法脫除沼氣中二氧化碳和硫化氫的方法和裝置。本方法根據(jù)沼氣中各種成分在水中溶解度的不同，通過吸收塔內(nèi)壓力、液氣比和溫度的控制，用自來水溶解其中的二氧化碳和硫化氫，溶解了二氧化碳和硫化氫的水經(jīng)過再生可以循環(huán)使用。本發(fā)明所采用的裝置簡單，操作方便，投資少，便于工業(yè)化生產(chǎn)，特別是吸收塔內(nèi)的填料設計和再分布器的使用明顯的提高了脫除CO2和H2S的效果；換熱器的使用提高了水的再生效果。經(jīng)過上述裝置及方法處理后的沼氣中甲烷含量明顯提高，最高可以達到97％-99％，熱值也顯著提高。
文檔編號C10L3/10GK102101001SQ20111003170
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者朱保寧, 李秀金, 肖勇, 袁海榮, 許晶 申請人:北京化工大學