一種變壓吸附連續(xù)分離沼氣的方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及沼氣提純凈化綜合利用，特別是涉及變壓吸附連續(xù)分離沼氣，制備高純度甲烷氣的方法。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]為了改善環(huán)境和緩解能源危機(jī)，越來越多的人關(guān)注到綠色資源一一甲烷(CH4)。在自然界中CH4經(jīng)常伴隨著CO 2產(chǎn)生，并形成混合氣體，如天然氣，沼氣，垃圾填埋氣，及煤層氣。有研究表明，含有90%甲烷的天然氣熱值是32.95MJ/Nm3，而含有50%左右甲烷的填埋氣熱值降為19.70MJ/Nm3。不僅CO2會(huì)降低混合氣體整體的熱值，且在有水存在的情況下還會(huì)導(dǎo)致管道腐蝕。因此從C02、014混合氣體中去除CO 2具有重要的意義。
[0003]中國作為能源消費(fèi)大國，新能源的開發(fā)利用對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，隨著農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，農(nóng)村能源消耗也日益增大，在此背景下，沼氣資源作為一項(xiàng)極具應(yīng)用前景的新能源，其開發(fā)利用是解決能源緊張形勢(shì)下農(nóng)村能源供應(yīng)問題的有效舉措，其發(fā)展日益受到國家的重視。沼氣是一種優(yōu)質(zhì)可再生生物質(zhì)能源，是多種氣體的混合物，一般含甲烷50?70%，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等，其特性與天然氣相似。因此，分離凈化沼氣，提高甲烷百分比含量，既能作為新能源緩解能源緊張問題，又能夠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0004]為了從沼氣中去除二氧化碳，進(jìn)而獲得高純度的甲烷氣，學(xué)者們研究出很多種氣體分離方法，其中，基于氣體吸附過程的變壓吸附(PSA)技術(shù)是近年來重要的氣體分離技術(shù)。目前，已經(jīng)研究過的吸附材料包括碳分子篩，沸石分子篩，無機(jī)或有機(jī)金屬復(fù)合物，活性氧化鋁等，而能夠分離凈化沼氣的方法和裝置有很多，大多數(shù)需要在0.5MPa及以上的壓強(qiáng)下吸附分離沼氣，壓縮氣體需要額外的能源投入，增加了生產(chǎn)成本，而且查閱大量資料發(fā)現(xiàn)，凈化沼氣獲得的甲烷氣含量最高在95%左右，需要進(jìn)一步分離凈化才能提高甲烷濃度，提高產(chǎn)品價(jià)值，但也會(huì)增加成本。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述分離壓強(qiáng)較高和產(chǎn)品氣純度不足的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極查閱文獻(xiàn)結(jié)合大量的實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)出一種變壓吸附連續(xù)分離沼氣的方法，在0.1MPa下分離凈化沼氣，連續(xù)地生產(chǎn)出高純度的甲烷氣。
[0006]本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
[0007]本發(fā)明的工藝步驟是:
[0008](I)將已經(jīng)脫水、脫硫的沼氣壓縮后進(jìn)入緩沖罐，暫時(shí)存儲(chǔ)沼氣，存儲(chǔ)壓強(qiáng)僅需大于0.1MPa即可；
[0009](2)將沼氣按一定的流速從一端通入吸附塔，保持塔內(nèi)氣壓為0.1MPa,通過吸附塔內(nèi)部吸附材料對(duì)沼氣的吸附分離作用，沼氣中的二氧化碳被吸附材料吸附，而未能被吸附的甲烷則從吸附塔另一端排出，此時(shí)利用大型氣袋收集產(chǎn)出的高純甲烷氣；
[0010](3)當(dāng)吸附塔出氣端檢測(cè)出CO2含量大于設(shè)定值時(shí)，說明吸附塔即將吸附CO2飽和，此時(shí)通過程序控制將沼氣通入下一個(gè)吸附塔進(jìn)行吸附分離，而即將吸附CO2飽和的吸附塔進(jìn)行真空脫氣操作；
[0011](4)重復(fù)步驟(3)的操作，即可達(dá)到連續(xù)地生產(chǎn)出高純度的甲烷氣的目的。
[0012]所處理的沼氣為脫水、脫硫后的沼氣，其中甲烷含量約為60%，二氧化碳含量約為40%。
[0013]變壓吸附所用的吸附材料為5A沸石分子篩，粒徑為2-3mm，裝填入吸附塔時(shí)，需要預(yù)先脫氣處理，并注意盡量減少與空氣的接觸時(shí)間；填裝要求為將吸附塔裝填滿即可。
[0014]根據(jù)沼氣的理論設(shè)計(jì)產(chǎn)量設(shè)置7個(gè)以上的吸附塔，依次切換沼氣通入的吸附塔，并進(jìn)行真空脫氣操作，可連續(xù)生產(chǎn)出高純度的甲烷氣。
[0015]變壓吸附的操作溫度為常溫(25°C )，吸附壓強(qiáng)為0.1MPa0
[0016]本發(fā)明的變壓吸附連續(xù)分離純化沼氣，并生產(chǎn)高純度甲烷氣的方法，采取常壓(0.1MPa)吸附的方法，分離沼氣中的二氧化碳?xì)怏w，獲得的甲烷氣濃度可達(dá)98%以上，實(shí)現(xiàn)沼氣的高品質(zhì)綜合利用；同時(shí)，減壓真空脫附能使吸附材料獲得再生。本發(fā)明方法適合大規(guī)模連續(xù)凈化沼氣，并能在沼氣產(chǎn)量不高，緩沖罐壓強(qiáng)小于0.5MPa時(shí)依然完成沼氣凈化任務(wù)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、連續(xù)，操作方便，吸附材料價(jià)格低廉，脫附簡單，節(jié)約能耗，降低成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。
(四)【附圖說明】:
[0017]圖1變壓吸附裝置簡圖為本發(fā)明采用的變壓吸附分離凈化沼氣，并連續(xù)生產(chǎn)高純度甲烷氣的工藝流程圖，其中:
[0018]I——緩沖罐 2——吸附塔 3——儲(chǔ)氣袋
[0019]4——真空栗
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明利用吸附塔中5A分子篩對(duì)二氧化碳及甲烷的吸附量存在較大的差值，進(jìn)而在一定壓強(qiáng)下，對(duì)待分離的沼氣中二氧化碳及甲烷兩組分具有選擇吸附的特性，采用常壓吸附去除沼氣中的二氧化碳，進(jìn)而提高沼氣中甲烷的濃度，從而提高其熱值，實(shí)現(xiàn)沼氣的高品質(zhì)利用。同時(shí)采取減壓真空解吸的辦法，使得被吸附材料吸附的二氧化碳解吸出來，再生吸附材料，達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)高純度甲烷氣的目的。
[0021]為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例說明如后。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]將已經(jīng)脫水、脫硫的沼氣通入到緩沖罐中暫時(shí)保存，此時(shí)沼氣中甲烷含量約為60%，二氧化碳含量約為40 %。將沼氣按照1500h 1的體積空速通入一個(gè)吸附塔床層中，保持通入壓強(qiáng)為0.1MPa。在吸附材料的選擇性吸附下，沼氣中的二氧化碳被吸附劑吸附下來，而未被吸附的甲烷將經(jīng)過出口排出，并進(jìn)入到儲(chǔ)氣袋中。當(dāng)吸附塔出氣端檢測(cè)出CO2含量大于2%時(shí)，說明吸附塔將要吸附CO2飽和，此時(shí)通過程序控制將沼氣通入下一個(gè)吸附塔進(jìn)行吸附分離，而即將吸附CO2飽和的吸附塔進(jìn)行真空脫氣操作，通過程序調(diào)節(jié)閥門，即可保證脫氣操作與吸附分離互不干擾。重復(fù)上述步驟，進(jìn)入下一個(gè)吸附循環(huán)過程，即可達(dá)到連續(xù)地生產(chǎn)出高純度的甲烷氣的目的。吸附塔出口處收集到甲烷的濃度為98.1 %，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB17820-2012的要求，可以作為車用壓縮天然氣使用，具有較大產(chǎn)業(yè)化潛力。
[0024]實(shí)施例2:
[0025]將已經(jīng)脫水、脫硫的沼氣通入到緩沖罐中暫時(shí)保存，此時(shí)沼氣中甲烷含量約為60%，二氧化碳含量約為40 %。將沼氣按照1500h 1的體積空速通入一個(gè)吸附塔床層中，保持通入壓強(qiáng)為0.15MPa。在吸附材料的選擇性吸附下，沼氣中的二氧化碳被吸附劑吸附下來，而未被吸附的甲烷將經(jīng)過出口排出，并進(jìn)入到儲(chǔ)氣袋中。當(dāng)吸附塔出氣端檢測(cè)出0)2含量大于2%時(shí)，說明吸附塔將要吸附CO2飽和，此時(shí)通過程序控制將沼氣通入下一個(gè)吸附塔進(jìn)行吸附分離，而即將吸附CO2飽和的吸附塔進(jìn)行真空脫氣操作，通過程序調(diào)節(jié)閥門，即可保證脫氣操作與吸附分離互不干擾。重復(fù)上述步驟，進(jìn)入下一個(gè)吸附循環(huán)過程，即可達(dá)到連續(xù)地生產(chǎn)出高純度的甲烷氣的目的。吸附塔出口處收集到甲烷的濃度為98.3 %，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB17820-2012的要求，可以作為車用壓縮天然氣使用，具有較大產(chǎn)業(yè)化潛力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變壓吸附連續(xù)分離提純沼氣的方法，其特征是工藝步驟是: (1)將已經(jīng)脫水、脫硫的沼氣壓縮后進(jìn)入緩沖罐； (2)按1500h1的體積空速從一端通入吸附塔，通過吸附塔內(nèi)部吸附材料對(duì)沼氣的吸附分離作用分離沼氣中的二氧化碳，產(chǎn)出高純度甲烷氣； (3)當(dāng)吸附塔吸附CO2飽和后，沼氣被切換通入下一個(gè)吸附塔，而飽和的吸附塔進(jìn)入真空解吸步驟。2.如權(quán)利要求1所述的變壓吸附連續(xù)分離沼氣的方法，其特征在于沼氣經(jīng)壓縮進(jìn)入緩沖罐后，緩沖罐的作用是暫時(shí)儲(chǔ)存沼氣以及穩(wěn)定壓強(qiáng)，通入吸附塔的氣壓控制在0.1-0.15MPao3.如權(quán)利要求1所述的變壓吸附連續(xù)分離沼氣的方法，其特征在于塔內(nèi)的吸附材料為微孔沸石分子篩5A。4.如權(quán)利要求1所述的變壓吸附連續(xù)分離沼氣的方法，其特征在于沼氣經(jīng)程序控制切換進(jìn)入下一個(gè)吸附塔，同時(shí)對(duì)上一個(gè)吸附飽和的吸附塔進(jìn)行真空解吸，進(jìn)而達(dá)到連續(xù)分離提純沼氣的目的，生產(chǎn)出甲烷濃度為98 %的高純度甲烷氣。
【專利摘要】一種變壓吸附連續(xù)分離沼氣的方法，利用吸附材料在常溫常壓下對(duì)二氧化碳和甲烷的吸附量有很大差別的特征，可以選擇性地吸附分離沼氣，提高沼氣的價(jià)值。工藝步驟是將已經(jīng)脫水、脫硫的沼氣壓縮后進(jìn)入緩沖罐短期儲(chǔ)存，然后通入吸附塔，通過吸附塔內(nèi)部5A分子篩對(duì)沼氣的吸附分離作用，在常溫常壓下吸附分離沼氣，并連續(xù)生產(chǎn)出高純度甲烷氣。本發(fā)明將5A分子篩結(jié)合變壓吸附技術(shù)，并應(yīng)用到沼氣分離凈化中，能夠連續(xù)有效地分離凈化沼氣，生產(chǎn)出高純度的甲烷氣(98％)，具有作為車用壓縮天然氣應(yīng)用的潛力。甲烷氣提純效率高，工藝流程簡單，能耗低，應(yīng)用前景廣闊。
【IPC分類】C10L3/10, B01D53/047
【公開號(hào)】CN105038881
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410171622
【發(fā)明人】鄭濤, 高陽, 周俊, 沈海波, 雍曉雨
【申請(qǐng)人】南京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2014年4月28日