专利名称：生物气净化设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物气的净化领域，特别是一种生物气净化设备。
可用于生物气，也可用于其它工业气体，如煤层气，焦炉煤气等脱除C02、
H2S、 HcN、有机硫等杂质，达到净化的要求
背景技术：
生物气是指生物体中有机质在厌氧条件下，通过微生物的降解及曱 烷化过程所产生的可燃气体。人工制取的生物气主要有生活垃圾填埋后 产生的填埋气(LFG)、垃圾、污水、污泥、粪便、秸杆等植物发酵产生 的沼气等。其主要成份是C仏、C02、少量的H" C儿以及少量H2S、有机硫 等杂质。目前，国内生物气尤其是垃圾填埋气(LFG)的净化利用还是刚 起步。国外填埋气净化在上世纪九十年代时，美国洛杉矶Puent Hill， s 填埋场采用膜分离法净化制取汽车燃料。该工艺的优点是布置紧凑，占 地少，产品中CH4含量达到96%。但有其不足首先是限于分离工艺，当 CH"农度一定时，其生产上实际曱烷收率仅70%。若要增加收率则需增加 分离级或采用膜一一胺联合法，这样的话需要增加投资；膜分离在高压 下(3. 6MPa )进行，电耗大,设备投资增加；由于膜易损，故对原料气需较 复杂、严格的预处理，如活性炭、硅胶预处理；分离膜需定期更换，进口 分离膜则更增加揭:作费用。在欧洲，如荷兰，LFG有采用变压吸附(PSA) 法，其优点是占地少，布置紧凑。国内PSA法在化工上大量应用，设备 及吸附剂不必进口，能耗比较低，但也有其不足限于工艺特性，当提 高产品浓度时，其曱烷收率相应降低。试验表明当净化气CH4浓度到90% 时其CH4收率也只有80%~90%;提高收率则CH4含量下降。该工艺也在压 力下(0. 4MPa )操作，需消耗一定电能。
化学吸收法也有用于生物气净化，如采用单乙醇胺(MEA)作吸收剂 的MEA法。该法优点是产品中CH4含量可大于96%, CH4收率也高。但其不 足是MEA系属伯胺，其化学稳定性较差，溶液易受氧化等原因而聚合变 质，故其溶质(MEA)消耗较大；二则溶液有一定腐蚀性，装置消耗不锈 钢材量较大；再则化学法的热能消耗较上述方法为大。 近年来，在美国也有采用MDEA (N-曱基二乙醇胺)净化生物气的报导， 但都在高压下(〉2. OMPa)吸收，未见有常压下进行吸收净化的先例。 发明专利ZL00134330. 0 "生物气中C02、 H2S的净化工艺"，设备包括吸
收塔、解吸塔、重沸器、换热器、冷却器、分离器、吸收剂贮槽、泵，
提出采用有主溶质MDEA及多种胺为活化剂的多胺水溶液作为吸收剂，在 常压或加压下对LFG进行净化。MDEA系属叔胺，化学稳定性较好，而氧 化、腐蚀性很小，装置的不锈钢用量减少，故该工艺具有投资省，溶剂 消耗少，成本低等特点，具有对膜法，PSA法竟争的一定优势。但限于化 学法工艺特性，其热能消耗较上述方法大，电能消耗为低。此外，限于 目前国内填埋场的条件，尤其是LFG产量不高，4艮难采用大型高压吸收 净化工艺。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种生产工艺合理、设备运行稳定可靠、 操作简单易行的生物气净化设备。
本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的
本实用新型的生物气净化设备，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、富 液换热器、净化冷却器、贫液冷却器、尾气冷却器、净化气气液分离器、 尾气气液分离器、软水槽、液下泵、贫液泵、富液泵，其特征在于
1) 所述的吸收塔为上小下大的异径吸收塔，
2) 所述的吸收塔前原料气进入口中增设带金属丝网的朴集器，
3) 在所述的吸收塔富液出口增设带纤维棒型过滤器，
4) 所述的重沸器与贮液槽相接。
所述的上小下大吸收塔的上下塔径比保持在0. 75 ~ 0. 85。 所述的上小下大吸收塔的上下塔段塔内填料层高度比宜保持在 0. 9~ 1. 1。
所述的吸收塔采用填料塔或筛板塔.当采用填料塔时，在塔径DN> 800mm时，两填料#爻之间设管型或槽型气、液再分配塔盘，当DN《600mm 时，采用常规的截锥型再分配器.
所述的吸收塔，当塔径DN《800mm时塔下原料气进口设在塔壁处， 当DN》800mm时，塔下原料气进口深入塔中心线，且出气口向下，当DN 在600 ~ 1500mm范围内时，原料气进口与塔最下层填料段底部保持距离 S>DN,原料进气口在塔底液面间保持1500 ~ 1800mm空间。
所述的朴集器顶部采用金属丝网朴雾层，其高度为200 ~ 300mm。
本实用新型在联合国全球环境基金(UNGEF)资助下，中试取得了很 好成果，并以此为依据设计并建成了首套采用常压多胺溶液净化LFG制 取汽车燃料的工业装置，运行稳定，并经生产标定，取得了较好的结果
净化填埋气(CLFG)中CH々96。/。，热值Qh在38MJ/V左右； CLFG中C02 < 3%, H2S < 5mg/m3;
曱烷回收率>96%,解吸塔分解尾气中CH4<0. 5%，C02>98%。
其产品CLFG完全符合车用压缩天然气标准及天然气II级气质标准。 其lm3CLFG可替代汽油1升。
人工制取的生物气主要有生活垃圾填埋后产生的填埋气(LFG)、垃 圾、污水、污泥、粪便、秸杆等植物发酵产生的沼气等。其主要成份是 CH4、 C02、少量的H2、 CA以及少量H2S、有积^琉等杂质。
生物气净化工艺流程，以垃圾填埋气LFG为原料进行净化。由鼓风机 (上游流程)将LFG自填埋场气井中抽出，压缩至36 40Kpa,经捕集器 除去液滴、灰尘后入吸收塔下部。在吸收塔内，LFG自下而上，吸收液 贫液自上而下在填料层逆向接触进行吸收净化反应以去除其中C02、 H2S 等杂质。净化后的净化填埋气(CLFG)自吸收塔顶逸出经净化气冷却器 用水冷却，产生的凝液与气体一并入净化气气液分离器，除去凝液后CLFG 自冷却器顶导出，作为产品输出入净化气气拒(下游流程)。凝液返入吸 收塔下入富液系统。溶液吸收C02、 H2S后成为富液，自吸收塔底排出， 入富液泵，经泵压送至溶液过滤器除去悬浮物杂质后入贫富液换热器， 经与热贫液换热，温升至85。C左右，由解吸i^顶部导入。热富液在解吸 塔内与来自塔底热解吸汽在填料层内逆向接触，富液受热而解吸出C02、 H2S等杂质。溶液在塔底受重沸器循环加热而进一步解吸而成贫液。重沸 器采用蒸汽加热。热贫液自解吸塔底导出，经贫富液换热器降温后入贫 液泵。由泵压出后入贫液冷却器用水冷却再入吸收塔而循环使用。重沸 器产生的蒸汽凝结水部分入软水槽作为系统补充水及溶液槽配溶液，多 余水返回锅炉系统。解吸汽自塔顶逸出，经尾气冷却器用水冷却，凝结 出冷凝液后入尾气气液分离器，凝液入贫液系统，尾气目前暂时排空，今 后可用作制干冰。系统补充溶液由溶液槽内液下泵泵入解吸塔底。
本实用新型的主要点阐述如下
1、吸收塔由以往设计的单一直径塔改为异径，分段塔，这是基于 l)原料气中含有35 40y。C02,在塔的下段原料气进口处，由于C02浓度 大，与溶液之间传质推动力大，计算表明，AP,在45KPa左右(塔的总绝 对压力为163kPa时)，故在全塔50%左右的传质单元(相当于填料高度)内 完成了对C02 85%~90%的吸收.反之，在塔的上部，由于净化气中要求含 C02含量很低，相应其分压也低.这样，虽贫液浓度不大，但其两相推动力△P2仅为上段推动力厶P,的5%~8%。因此，在上塔段,需要足够多的传质单 元(填料层高)来吸收余下不多的C02量，以确保净化气质量。经计算并参 考生产标定数据，建议新设计的分段塔上下段填料高度比宜在0. 9 ~ 1. 1;
2)鉴于塔下段已有85%~90°/ C02已被吸收，故塔的上段气相负荷已 减少30%多，故气速大幅度降低，这对吸收的传质过程不利。为维持稳定 传质过程，宜将上段塔径适当缩小，以保持全塔较为均匀气流速度。另 者，缩小塔径也随之减少钢材与填料消耗量，对节省投资也有利。建议 新设计上下段塔径比宜取0. 75 ~ 0. 85。
2、为提高与稳定填料塔内传质效率，最大限度地减少气液流的"边 缘效应"所述的吸收塔应釆取以下措施
l)填料分层分段设计，每层填料高度(ht)与塔径比在4~6， 一般 不超过5m,对于DN》800mm塔，填料层间设集液与再分配盘，使气液流均 匀分布，实用新型设计采用管型或槽型再分配器。由于吸收塔液相负荷 较大在40mVm2h左右，故再分配器必须保证足够的液流通道面积。再分配 器与上下填料层间距离保持5OO隨左右。
2)对于DN《600mm塔，则可釆用简单的截锥式再分配器，截锥下口直 径取O. 7~0. 8DN，锥体与塔壁夹角可取35。
~ 45° 。
3、吸收塔LFG进口处需解决好入塔气体均匀分布与保持足够的緩冲 空间。緩冲空间过小，如气体进口与底层填料间距过小，不仅影响全塔稳 定操作，更可导致塔的提前出现局部液泛,故建议设计进气口与底层填料 间保持一定间距，对于DN在600 ~ 1500鹏范围内的塔S》DN.进气口下方 与塔底液面之间也应保持一定距离， 一则是为保持足够緩冲空间，二则是 考虑到事故停塔时全塔填料持液量流下，为了不致使塔内溶液由进气口 外溢.填料持液量应按工艺条件具体计算， 一般按填料量5%左右已属稳 妥。据此，本实用新型设计吸收塔已考虑进气口至塔底液面间留有1600 ~ 1800mm的距离，以保持有足够的緩冲空间。
4、 吸收塔内C02、 H2S的吸收反应速度不同，故属于选择性吸收， 以主溶质MDEA与二者反应为例，H2S与其很快完成吸收反应，且其吸收 能力大，气液比大(500-800 ),设计的空塔速度大(1.5~2.0m/s),但 C02与其反应速度慢，没有足够反应时间不能达到净化要求，故其适宜空 塔速度仅取0. 2 ~ 0. 28m/s，以保持在塔内有足够反应时间。按此速度运行 的生产装置取得了较好的净化效果。
5、 胺类溶液在吸收过程中最令人担心的是溶液的乳化、起沫、变质。
引起变质起沫的主要原因是油滴以及溶液中因氧化等原因生成较多絮状 聚合物等，其次是铁锈、灰尘、结垢等产生的固体微粒混入溶液。为此，
本实用新型釆取了两项措施
1) 吸收塔富液出塔后，原发明专利采用了富液中间槽进行沉降、緩 冲、调节，但由于聚合物成絮状，难于用沉降办法去除。今采用了在富 液泵后设置纤维棒型过滤器，按其性能可去除〉5jum的絮状物与固形孩乏 粒。使用后发现，其能有效去除絮状物与颗粒物。但根本办法还得从源 头上解决减少溶液与空气接触；杜绝杂质，尤其是油滴混入溶液。上 述这一措施由于取消了中间槽可节省投资，并有效去除杂质，改善溶液 性质。
2) 原料气在经过鼓风机及室外管道后会挟带少量液滴尤其是油滴入 吸收塔。为此，在吸收塔前增设了捕集器。在捕集器下部采取减速沉降 捕集，上段采用金属丝网除雾层，其高度为250mm，采用高效型不锈钢丝 网除雾层使其气速保持在2. 2 ~ 2. 8m/s。按其性能可分离5 )am以上雾滴， 对于10》jum雾滴，其去除率>99%。这一措施有效防止入塔原料气对溶 液的污染。
本实用新型不仅具有较好的经济效益，而且更具环境效益，变废为 宝，将以往无组织排放的有害填埋气收集利用制成汽车燃料。由于价廉 (较汽油)故对生产者、使用者都具有经济效益。由于回收了强温室气 体曱烷(其温室效应较C02大24. 5倍)具有全球环境效益。再者，由于 净化气是清洁燃料，故大幅度降低了汽车尾气中污染物。此外，在回收 可再生能源上也具有一定意义。工业装置环境良好，环境及排放源都符 合国家标准。
图1为本实用新型的生物气净化工艺流程示意图。
图2为本实用新型的吸收塔的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
。
如图1、 2所示，本实用新型的生物气净化设备，包括吸收塔2、解 吸塔6、重沸器12、贫富液换热器13、净化冷却器3、贫液冷却器5、尾 气冷却器7、净化气气液分离器4、尾气气液分离器8、软水槽9、液下 泵ll、贫液泵14、富液泵16，其特征在于
1) 所述的吸收塔2为上小下大的异径吸收塔，
2) 所述的吸收塔2前原料气进入口中增设带金属丝网的捕集器1,
3) 在所述的吸收塔2富液出口增设带纤维棒型过滤器15,
4) 所述的重沸器12与贮液槽IO相接。 所述的上小下大吸收塔的上下塔径比保持在0. 75 ~ 0. 85。
所述的上小下大吸收塔的上下塔段塔内填料层高度比宜保持在 0. 9 ~ 1. 1。
所述的吸收塔2釆用填料塔或筛板塔.当采用填料塔时，在塔径DN > 800mm时，两填料段204之间设管型或槽型气、液再分配塔盘202,当 DN < 600mm时，采用常规的截锥型再分配器.
所述的吸收塔2，当塔径DN《800mm时塔下原料气进口 207设在塔壁 处，当DN》800mm时，塔下原料气进口 207深入塔中心线，且出气口 209 向下，当DN在600 1500mm范围内时，原料气进口 207与塔最下层填料 段底部保持距离S>DN，进气口在塔底液面间保持1500 ~ 1800mm空间。
解吸塔6顶部釆用金属丝网捕雾层201，其高度为200 ~ 300mm。 实施例1 主要设备
吸收塔直径(mm):上段cj) 800 、下段cMOOO、上下段填料高度 比0. 9~1,1
解吸塔直径cj) 900mm。
实施例2
主要设备
1) 吸收塔直径mm:上段(])600、下段cj) 800、上下段填料比0. 9 ~ 1.1
2) 解p及塔直径隱小1400。
图2中的标号，203为填料压板，205为填料支承板，206为磁翻管 液位计，208为贫液进入管。
权利要求1、一种生物气净化设备，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、富液换热器、净化冷却器、贫液冷却器、尾气冷却器、净化气气液分离器、尾气气液分离器、软水槽、液下泵、贫液泵、富液泵，其特征在于1)所述的吸收塔为上小下大的异径吸收塔，2)所述的吸收塔前原料气进入口中增设带金属丝网的捕集器，3)在所述的吸收塔富液出口增设带纤维棒型过滤器，4)所述的重沸器与贮液槽相接。
2、 根据权利要求1所述的生物气净化设备，其特征在于所述的上小 下大吸收塔的上下塔径比保持在0. 75 ~ 0. 85。
3、 根据权利要求1所述的生物气净化设备，其特征在于所述的上小 下大吸收塔的上下塔段塔内填料层高度比保持在0. 9 ~ 1. 1。
4、 根据权利要求1所述的生物气净化设备，其特征在于所述的吸收 塔采用填料塔或筛板塔.当采用填料塔时，在塔径DN> 800mm时，两填料 段之间设管型或槽型气、液再分配塔盘，当DN《600mm时，采用常规的截 锥型再分配器.
5、 根据权利要求1所述的生物气净化设备，其特征在于所述的吸收 塔，当塔径DN《800mm时塔下原料气进口设在塔壁处，当DN》800mm时， 塔下原料气进口深入塔中心线，且出气口向下，当DN在600 1500mm范 围内时，原料气进口与塔最下层填料段底部保持距离S>DN,原料进气口 在塔底液面间保持1500 ~ 1800mm空间。
6、 根据权利要求1所述的生物气净化设备，其特征在于所述的捕集 器的顶部釆用金属丝网捕雾层，其高度为200 ~ 300隱。
专利摘要本实用新型涉及生物气的净化领域，特别是一种生物气净化设备，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、换热器、冷却器、分离器、吸收剂贮槽、泵，其特征在于1)吸收塔为上小下大的异径吸收塔，上下塔径比保持在0.75～0.85。2)吸收塔前原料气进入口中增设带金属丝网的捕集器，3)在吸收塔富液出口增设带纤维棒型过滤器。上下塔径比保持在0.75～0.85。上下塔段塔内填料层高度比宜保持在0.9～1.1。吸收塔采用填料塔或筛板塔。两填料段之间设管型或槽型气、液再分配塔盘或采用截锥型再分配器。原料气进口与塔最下层填料段底部保持距离S≥DN，原料进气口与塔底液面间保持1500～1800mm空间。可用于生物气、煤层气，焦炉煤气等脱除CO<sub>2</sub>、H<sub>2</sub>S、H<sub>C</sub>N、有机硫等杂质，达到净化的要求。
文档编号C10K1/00GK201071358SQ20072001379
公开日2008年6月11日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者刘士军, 计中坚 申请人:辽宁凯田再生能源环保有限公司