本發(fā)明涉及可再生能源利用領(lǐng)域，尤其是一種用于凈化生物質(zhì)氣并回收甲烷的方法和裝置。
背景技術(shù)：
填埋場(chǎng)以及污水處理廠污泥厭氧消化產(chǎn)生的生物氣除甲烷、二氧化碳等主要組分外，還含有其他組分，如硫化氫和硅氧烷等，硅氧烷的存在嚴(yán)重影響生物氣使用，阻礙生物氣的使用價(jià)值。
近幾年來(lái)，不少研究機(jī)構(gòu)評(píng)估硅氧烷對(duì)人類和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。丹麥環(huán)境保護(hù)局已發(fā)現(xiàn)六甲基二硅氧烷會(huì)刺激皮膚，影響腎臟，已將六甲基二硅氧烷歸為危險(xiǎn)物質(zhì)。美國(guó)環(huán)保局(EPA)和康寧公司報(bào)道指出：十甲基環(huán)五硅氧烷可能是致癌物質(zhì)。加拿大有報(bào)道指出：在市政供水中存在硅氧烷不利于魚(yú)和水生組織的生存，同時(shí)八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷影響荷爾蒙的分泌，從而有可能影響人類繁殖。我國(guó)是硅氧烷生產(chǎn)大國(guó)，對(duì)周圍環(huán)境造成的危害是不可低估的。
專利CN201210393660.1“一種去除可燃?xì)怏w中硅氧烷氣體的裝置及方法”介紹了一種采用硅膠吸附法去除可燃?xì)怏w中的硅氧烷的方法和裝置，這種方法利用硅膠吸附，其效率會(huì)受到氣體中水分的影響，另外，吸附劑的再生溫度較高，需要大量的再生熱，增加了成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提出一種便于應(yīng)用、安全且低成本的生物質(zhì)氣中脫除硫化氫、二氧化碳和硅氧烷并回收甲烷的方法及裝置。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種用于凈化生物質(zhì)氣并回收甲烷的方法，包括以下步驟：
1)將攜帶有固相和液相雜質(zhì)的生物質(zhì)氣依此通入網(wǎng)式過(guò)濾器和氣液兩相立式分離器，去除生物質(zhì)氣中的水、泡沫及固體顆粒；
2)將上述步驟1)得到的生物質(zhì)氣加壓后通入中空纖維陶瓷膜接觸器，對(duì)含有硫化氫、二氧化碳和硅氧烷的生物質(zhì)氣進(jìn)行膜吸收凈化處理，利用吸收劑脫除生物質(zhì)氣中的硫化氫、二氧化碳和硅氧烷；
3)將上述步驟2)得到的生物質(zhì)氣通入填充了硅膠的干燥塔，脫除甲烷氣體攜帶的水蒸氣后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，存儲(chǔ)甲烷氣體；
4)將上述步驟2)中吸收了硫化氫、二氧化碳和硅氧烷的吸收劑通入另一個(gè)中空纖維陶瓷膜接觸器，對(duì)吸收劑進(jìn)行膜蒸餾再生處理；經(jīng)過(guò)了膜蒸餾再生的吸收劑可循環(huán)利用于步驟2)中生物質(zhì)氣的膜吸收凈化處理。
進(jìn)一步的說(shuō)，本發(fā)明所述的硅氧烷為六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、六甲基環(huán)三硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、十甲基環(huán)五硅氧烷、十二甲基環(huán)六硅氧烷中的一種或至少兩種的組合。
再進(jìn)一步的說(shuō)，本發(fā)明所述的吸收劑由聚乙二醇二甲醚、甲基二乙醇胺、對(duì)三聯(lián)苯和2-辛基十二烷基硫酸鈉按照一定的比例復(fù)配而成。其中聚乙二醇二甲醚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23％～50％，甲基二乙醇胺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45％～60％，對(duì)三聯(lián)苯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％～13％；所述的2-辛基十二烷基硫酸鈉占吸收劑總?cè)芤旱臐舛葹?×10-4～5×10-4mol/L。
本發(fā)明所述工藝方法為：膜吸收生物質(zhì)氣凈化和膜蒸餾吸收液再生集成工藝方法。
本發(fā)明所述的用于膜吸收的中空纖維陶瓷膜接觸器所用膜材料為氧化鋁中空纖維陶瓷膜；所述的膜吸收凈化處理的操作溫度為常溫。
同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種用于凈化生物質(zhì)氣并回收甲烷的裝置，：包括前處理系統(tǒng)、膜吸收生物質(zhì)氣凈化系統(tǒng)、膜蒸餾吸收液再生系統(tǒng)和甲烷回收系統(tǒng)；
所述的前處理系統(tǒng)包括網(wǎng)式過(guò)濾器、氣液兩相立式分離器和壓縮機(jī)；所述的網(wǎng)式過(guò)濾器通過(guò)入口管線連接原料氣池，出口管線與氣液兩相立式分離器相連，入口管線和出口管線上都安裝有閥門；氣液兩相立式分離器下部設(shè)有帶液位控制閥的排液管，底部設(shè)有排污孔，上部出口設(shè)有一個(gè)迪克松板除霧器；氣體經(jīng)除霧器后進(jìn)入除霧器出口管線，除霧器出口管線上安裝有壓力控制閥；氣液分離器的出口管線連接壓縮機(jī)入口，壓縮機(jī)的出口管線連接膜吸收生物質(zhì)氣凈化系統(tǒng)中第一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的管程入口，連接管線上裝有閥門；
所述的膜吸收生物質(zhì)氣凈化系統(tǒng)包括吸收液罐、離心泵、一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的中空纖維陶瓷膜接觸器、連接管線和控制閥門；所述的吸收液罐里的吸收液通過(guò)離心泵送至第一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器殼程入口；吸收液吸收了生物質(zhì)氣中的硫化氫、二氧化碳和硅氧烷后，從第一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器殼程出口流出，回到吸收液罐；生物質(zhì)氣從中空纖維陶瓷膜接觸器的管程進(jìn)口進(jìn)入，被吸收液除去硫化氫、二氧化碳和硅氧烷后，從管程出口流出，進(jìn)入甲烷回收系統(tǒng)；
所述的膜蒸餾吸收液再生系統(tǒng)包括電加熱器、一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的中空纖維陶瓷膜接觸器、冷凝管、儲(chǔ)液罐、緩沖罐、真空泵以及連接管線和控制閥門；所述的電加熱器連接離心泵和另一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器管程入口；所述的儲(chǔ)液罐、緩沖罐、真空泵依次連接；
所述的甲烷回收系統(tǒng)包括填充硅膠的干燥塔和甲烷儲(chǔ)氣罐；所述的干燥塔入口與膜吸收生物質(zhì)氣凈化系統(tǒng)中最后一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器管程出口通過(guò)帶閥門的管線相連，干燥塔出口與甲烷儲(chǔ)氣罐相連，出口管線上裝有閥門。
進(jìn)一步的說(shuō)，本發(fā)明所述的多個(gè)中空纖維陶瓷膜接觸器的串聯(lián)通過(guò)連接管線和控制閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)，即第一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的出口和第二級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的入口之間通過(guò)帶有閥門的管線相連接，第二級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的出口和第三級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的入口之間通過(guò)帶有閥門的管線相連接，以此類推。
再進(jìn)一步的說(shuō)，為了消除氣液界面上的氣泡，以利于氣體從液體中溢出，本發(fā)明所述的氣液兩相立式分離器的中部設(shè)置有消泡板。
本發(fā)明的有益效果是：
1.本發(fā)明通過(guò)采用膜吸收方法脫除生物質(zhì)氣中的硫化氫、二氧化碳和硅氧烷，得到凈化的甲烷氣體，硅氧烷的脫除率可達(dá)95％以上，硫化氫和二氧化碳的脫除率均超過(guò)98％；
2.本發(fā)明通過(guò)采用膜蒸餾方法再生吸收液，吸收液再生溫度低于80℃，吸收液的再生過(guò)程中硫化氫、二氧化碳和硅氧烷的脫除率達(dá)到85％以上；
3.本發(fā)明與現(xiàn)有的方法相比具有操作條件簡(jiǎn)單、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明對(duì)減少大氣污染、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。
附圖說(shuō)明
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明工藝流程及結(jié)構(gòu)圖；
圖中：1-網(wǎng)式過(guò)濾器；3-氣液兩相立式分離器；4-除霧器；5-消泡板；6-液位控制閥；7-壓力控制閥；8-氣體壓縮機(jī)；10，26-中空纖維陶瓷膜接觸器；11，24-中空纖維陶瓷膜接觸器管程入口；12，25-中空纖維陶瓷膜接觸器管程出口；13-中空纖維陶瓷膜接觸器殼程入口；14-中空纖維陶瓷膜接觸器殼程出口；16-硅膠干燥塔；18-甲烷儲(chǔ)氣罐；20-離心泵；23-電加熱器；27-冷凝管；28-吸收液罐；29-儲(chǔ)液罐；30-緩沖罐；31-真空泵；2，9，15，17，19，21，22，32-控制閥。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
如圖1所示，裝置包括前處理系統(tǒng)、膜吸收生物質(zhì)氣凈化系統(tǒng)、膜蒸餾吸收液再生系統(tǒng)和甲烷回收系統(tǒng)。
前處理系統(tǒng)包含一個(gè)網(wǎng)式過(guò)濾器1、一個(gè)氣液兩相立式分離器3和一個(gè)氣體壓縮機(jī)8。網(wǎng)式過(guò)濾器1入口通過(guò)管線連接原料氣池，出口管線與氣液兩相立式分離器3相連，入口管線和出口管線上都安裝有閥門；氣液兩相立式分離器下部設(shè)有帶液位控制閥6的排液管，底部設(shè)有排污孔，上部出口設(shè)有一個(gè)迪克松板除霧器4。氣體經(jīng)除霧器4后進(jìn)入出口管線，出口管線上安裝有壓力控制閥7；氣液分離器的出口管線連接壓縮機(jī)入口，壓縮機(jī)出口管線連接膜吸收生物質(zhì)氣凈化系統(tǒng)中第一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的管程入口，連接管線上裝有閥門。
膜吸收生物質(zhì)氣凈化系統(tǒng)包括一個(gè)吸收液罐28、一個(gè)離心泵20、一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的中空纖維陶瓷膜接觸器、連接管線和控制閥門。吸收液罐里的吸收液通過(guò)離心泵20送至第一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器殼程入口，吸收液吸收了生物質(zhì)氣中的硫化氫、二氧化碳和硅氧烷后，從中空纖維陶瓷膜接觸器殼程出口流出，回到吸收液罐。生物質(zhì)氣從中空纖維陶瓷膜接觸器的管程進(jìn)口進(jìn)入，被吸收液除去硫化氫、二氧化碳和硅氧烷后，從管程出口流出，進(jìn)入甲烷回收系統(tǒng)。多個(gè)中空纖維陶瓷膜接觸器的串聯(lián)通過(guò)連接管線和控制閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)，即第一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的出口和第二級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的入口之間通過(guò)帶有閥門的管線相連接，第二級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的出口和第三級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器的入口之間通過(guò)帶有閥門的管線相連接，以此類推。
膜蒸餾吸收液再生系統(tǒng)包括：一個(gè)電加熱器23、一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的中空纖維陶瓷膜接觸器、一個(gè)冷凝管27、一個(gè)儲(chǔ)液罐29、一個(gè)緩沖罐30、一臺(tái)真空泵31以及連接管線和控制閥門。吸收了硫化氫、二氧化碳和硅氧烷的吸收液通過(guò)離心泵送至電加熱器加熱后，進(jìn)入中空纖維陶瓷膜接觸器管程入口，在膜接觸器內(nèi)實(shí)現(xiàn)膜蒸餾。吸收液中的硫化氫、二氧化碳和硅氧烷從中空纖維陶瓷膜滲透?jìng)?cè)進(jìn)入冷凝管，經(jīng)冷凝后存儲(chǔ)于儲(chǔ)液罐中，通過(guò)真空泵對(duì)儲(chǔ)液罐抽真空。而從中空纖維陶瓷膜接觸器管程出口出來(lái)的再生后的吸收液進(jìn)入吸收液罐。
甲烷回收系統(tǒng)包括一個(gè)填充硅膠的干燥塔16和一個(gè)甲烷儲(chǔ)氣罐18，干燥塔入口與膜吸收生物質(zhì)氣凈化系統(tǒng)中最后一級(jí)中空纖維陶瓷膜接觸器管程出口通過(guò)帶閥門的管線相連，干燥塔出口與甲烷儲(chǔ)氣罐相連，出口管線上裝有閥門。
工藝流程如下：將含硫化氫濃度80mg/Nm3、硅氧烷濃度為50mg/Nm3、二氧化碳體積百分含量為40％的生物質(zhì)氣通入網(wǎng)式過(guò)濾器1，去除其中的固體顆粒。然后將氣體通入氣液兩相立式分離器3，脫除生物質(zhì)氣中的水和泡沫。在分離器內(nèi)，液體沉降于分離器的下部，經(jīng)液位控制閥6排出；分離器中部設(shè)置有消泡板5，用于消除氣液界面上的氣泡，以利于氣體從液體中溢出；氣體經(jīng)除捕霧器4去除小霧滴之后經(jīng)壓力控制閥7通入氣體壓縮機(jī)8。經(jīng)壓縮機(jī)增壓后將生物質(zhì)氣通入中空纖維陶瓷膜接觸器10的管程；同時(shí)，吸收液罐28中的吸收液通過(guò)離心泵20抽送進(jìn)入中空纖維陶瓷膜接觸器10的殼程；生物質(zhì)氣中的硅氧烷、硫化氫和二氧化碳被吸收液吸收后隨吸收液返回吸收液罐28中，而脫除了硅氧烷、硫化氫和二氧化碳的生物質(zhì)氣進(jìn)入硅膠干燥塔16，經(jīng)干燥塔干燥后存儲(chǔ)于甲烷存儲(chǔ)罐18中。此時(shí)，生物質(zhì)氣中硅氧烷的脫出率達(dá)到96.31％，硫化氫脫除率98.75％，二氧化碳脫除率99.04％。
將富含硅氧烷、硫化氫和二氧化碳的吸收液通過(guò)離心泵20從吸收液罐28中抽出，通過(guò)控制閥22進(jìn)入電加熱器23加熱至70℃，然后進(jìn)入中空纖維陶瓷膜接觸器26的管程，吸收液在中空纖維陶瓷膜接觸器26中實(shí)現(xiàn)膜蒸餾再生；蒸餾出的硅氧烷、硫化氫和二氧化碳從中空纖維陶瓷膜接觸器26的滲透?jìng)?cè)進(jìn)入冷凝器27冷凝后保存于儲(chǔ)液罐29，而再生后的吸收液回到吸收液罐28。吸收液再生過(guò)程循環(huán)3次，硫化氫、二氧化碳和硅氧烷的脫除率均達(dá)到85％以上。
以上說(shuō)明書(shū)中描述的只是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，各種舉例說(shuō)明不對(duì)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀了說(shuō)明書(shū)后可以對(duì)以前所述的具體實(shí)施方式做修改或變形，而不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍。