高回收率的沼气提纯天然气方法与流程

本发明与低能耗且高回收率的沼气提纯天然气的方法有关。

背景技术：
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沼气的主要成份为CH₄和CO₂，沼气提纯天然气的主要工序即脱除CO₂，亦即影响沼气提纯CH₄收率的关键。目前工业上常用的沼气脱碳工艺主要有：高压水洗法、膜分离法和变压吸附法。三种工艺均对原料气的压力有一定要求，脱碳前需先将沼气加压至0.6~2.5MPa。经脱碳操作后，三种工艺排放的CO₂都接近常压。对于沼气制CNG装置，原料沼气升压越高，则用于压缩CO₂所浪费的功耗越大。若目标产品为低压管道天然气，则经脱碳后还需对产品天然气减压，则高压操作浪费的压缩功更大，能耗更高。

已有的集成式沼气提纯系统（cn202558833u），沼气脱碳工艺为变压吸附法。脱碳系统排出的尾气中的CH₄没有重复使用；产品天然气CH₄收率低，废气中CH₄含量高，对环境污染重。洗涤水用量大，能耗高。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种在低压操作下，同时实现低能耗且高甲烷回收率的沼气提纯天然气的方法。

本发明的另一目的是最大限度的利用脱硫剂，且保证脱硫精度，同时又能保证在不影响装置正常运行的情况下，更换脱硫剂。

本发明的具体技术方案如下：

高回收率的沼气提纯天然气方法，包括一条沼气净化提纯主线和一条尾气回收支线。所述沼气净化提纯主线为：原料沼气经沼气压缩机1加压后，与脱碳尾气回收气14混合，进入气液分离器2，在此分离掉游离水等杂质，之后进入脱硫系统3脱除H₂S，然后进入脱碳系统4脱除CO₂，得到的产品天然气12输出界外。尾气回收支线为：脱碳系统4的脱碳尾气13经尾气压缩机6增压后进入尾气水洗塔7，在此将尾气中CO₂通过水洗部分脱除，提浓CH₄后的回收气14并入主线进入气液分离器2重复使用；尾气水洗塔7釜液经减压后进入解析塔8，其中溶解的CO₂在此解析，解析得到的高浓度CO₂废气15由塔顶排出，塔釜水经循环泵9加压后返回尾气水洗塔7重复使用。

作为优选，主线沼气压缩机1后可为0.2~0.5MPa低压操作。

作为优选，脱硫系统3可根据原料沼气中的H₂S含量情况，采用常规湿法或干法脱硫工艺。

作为优选，脱硫系统3如采用干法脱硫工艺，脱硫器设置2台或多台串联或并联操作，可在不停车的情况下在线更换其中任1台的脱硫剂。正常生产时串联操作，在保证脱硫精度的前提下，可使前端脱硫器的脱硫剂达到完全饱和，使其充分利用。

所述的脱硫系统3采用第一、二脱硫器16、17并联，原料沼气24输送管经进第一、二气阀18、20分别进与第一、二脱硫器16、17连接，第一、二脱硫器16、17经第一、二阀门19、21与产品气25输送管连接，第一气阀18输出端经第三阀门22与第二阀门21输入端连接，第二气阀20输出端经第四阀门23与第一阀门19输入端连接。

作为优选，脱碳系统4采用低压变压吸附脱碳工艺，沼气中的CO₂和水分被吸附剂床层吸附，CH₄穿透吸附剂床层作为产品天然气输出。

作为优选，低能耗尾气回收系统5，可在0.2~0.5MPa的低操作压力下运行，且水洗精度仅需达到水洗后回收气14的CO₂含量为30%~50%即可。

本发明有如下优点：

本发明脱碳系统4排出的尾气进入低能耗尾气回收系统5，经提浓CH₄后的回收气返回主线气液分离器2重复利用。经尾气回收再利用后，产品天然气CH₄收率达99%以上，相比普通无尾气回收系统的装置，CH₄收率提高5%~10%，装置废气CH₄排放量减少94%。

低能耗尾气回收系统5，在0.2~0.5MPa的低操作压力下运行，且水洗精度仅需达到水洗后回收气14的CO₂含量为30%~50%即可。使得该系统可在低压、低洗涤水量的状态下操作，比普通水洗工艺节电达70%。

附图说明：

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明脱硫系统采用干法脱硫时的流程图。

具体实施方式：

实施例1：

原料沼气经沼气压缩机1加压后，与脱碳尾气回收气14混合，进入气液分离器2，沼气中的冷凝水及部分溶解在冷凝水中的杂质从11处连续排出，气相进入脱硫系统3脱除H₂S。脱硫系统3共设置2台脱硫器，可串联或并联操作，且可在不停车的情况下在线更换其中任1台的脱硫剂。正常生产时串联操作，在保证脱硫精度的前提下，可使前端脱硫器的脱硫剂达到完全饱和，使其充分利用。脱硫器内积聚的游离水和污垢，不定期排出，脱硫后沼气进入脱碳系统4脱除CO₂。该系统共设置5台吸附器，其中任何时刻均有1台吸附器进行吸附净化操作，其余各台分别进行均压升、均压降、终充、逆放、抽空等操作，使吸附器组连续稳定运行，得到的产品天然气12输出界外；脱碳系统4的解吸气13经尾气压缩机6增压后进入尾气水洗塔7，在此将解吸气中CO₂通过水洗部分脱除，水洗后净化气14并入主线进入气液分离器2重复利用；尾气水洗塔7釜液经减压后进入解析塔8，其中溶解的CO₂在此解析后，解析废气15由塔顶排出，经再生后的洗涤水由塔釜排出，经循环泵9加压后返回尾气水洗塔7重复使用。

干法脱硫流程：

正常生产为串联流程，关闭阀门19、20、22，开启阀门18、21、23。原料沼气24经进气阀18进入脱硫器16的脱硫剂床层，将沼气中的绝大部分H₂S脱除，然后经阀门23进入脱硫器17的脱硫剂床层，进一步深度脱硫，脱硫后净化气经阀门21离开系统，得到净化后产品气25。当检测到脱硫器16的进出口硫含量几乎无变化时，或脱硫器17出口硫含量接近控制值时，说明脱硫器16的脱硫剂已达到饱和状态，需对其进行更换或再生。

此时需切换到并联流程，关闭阀门18、19、22、23，开启阀门20、21，26隔离以对其进行脱硫剂的更换或再生。完成脱硫剂的更换或再生后，再次切换为串联流程，并切换原料气流经两脱硫器的先后顺序，关闭阀门18、21、23，开启阀门19、20、22，即原料沼气24依次通过阀门20、脱硫器17、阀门22、脱硫器16、阀门19，得到净化后产品气25离开脱硫系统。

如此往复循环操作，可最大限度的利用脱硫剂，且保证脱硫精度，同时又能保证在不影响装置正常运行的情况下，更换脱硫剂。

工艺参数如下：

主线沼气压缩机1和支线尾气压缩机6后的操作压力均为0.15MPa，解析塔8的操作压力为常压。

进入沼气压缩机的原料沼气10流量840Nm³/h，CH₄含量57%，CO₂含量41%；产品天然气16产量500.88Nm³/h，CO₂含量<2%，CH₄收率99.3%。沼气压缩机1轴功率46kw，尾气压缩机6轴功率13kw，单位产品天然气总电耗：0.258kwh。

实施例2：

工艺流程和操作状态与实施例1基本相类似，其差别仅在于主线沼气压缩机1和支线尾气压缩机6后的操作压力均为0.3MPa，解析塔8的操作压力为常压。

进入沼气压缩机的原料沼气10流量840Nm³/h，CH₄含量57%，CO₂含量41%；产品天然气16产量499.42Nm³/h，CO₂含量<2%，CH₄收率99.6%。沼气压缩机1轴功率59kw，尾气压缩机6轴功率17kw，单位产品天然气总电耗：0.309kwh。