一种从沼气中提纯甲烷的方法
【专利摘要】本发明公开了一种从沼气中提纯甲烷的方法，其中原料沼气依次经过预处理、增压处理，再经相串接的多个吸附塔进行吸附后提纯使得获得的甲烷产品纯度得到了大幅提高，其纯度能够达到GB18047《车用压缩天然气》与GB17820《天然气》的标准，该方法中还通过多次均压降压过程来降低吸附塔中的压力，同时回收了吸附塔中剩余的甲烷气体，使得甲烷的回收率也大幅上升，降低了甲烷的浪费和污染环境。该方法运行成本低，操作简单且具有良好的通用性，适用于从各种原料沼气中提纯甲烷。
【专利说明】一种从沼气中提纯甲烷的方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种从沼气中提纯甲烷的方法。
[0003]【背景技术】
[0004]沼气是由有机生物质经厌氧发酵后得来，如餐厨垃圾、人畜粪便，以及垃圾填埋场、废水污水处理厂产生的生物质在经厌氧发酵后均会形成沼气。沼气中甲烷气体则为能够作为燃料的可再生资源。
[0005]沼气在作为工业原料和特殊燃料时，如用于出租车和公交车的工作燃料，对沼气中甲烷的浓度有着严格的要求，因此在使用前必须对沼气进行提纯，使得沼气中的甲烷含量达到压缩天然气的标准。现有技术中，从沼气中提纯甲烷主要有高压水洗法和化学吸收法，这两种方法在提纯甲烷时操作费用高、能耗较大，成本高，且采用这两种方法提纯获取的沼气中甲烷的纯度一般只能够达到90%，甲烷的回收率也只有70%左右。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种从沼气中提纯甲烷的方法，采用该方法提纯的甲烷纯度高、甲烷回收率高，而且该方法成本低、通用性好。
[0008]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种从沼气中提纯甲烷的方法，原料沼气经预处理系统预处理后通入增压系统中进行增压，增加后的所述原料沼气被送入变压吸附分离装置中进行吸附分离，所述变压吸附分离装置中具有η个依次按序排列的吸附塔，所述吸附塔中均填充有吸附剂，所述吸附剂用于吸附分离所述原料沼气中除甲烷以外的杂质，η个所述吸附塔中第j个吸附塔的出口与第j+Ι个吸附塔的入口通过阀门相串接，η个所述吸附塔在时间上交替循环工作，其中η≥4且为正整数,j为小于等于η的正整数,且当j=n时,j+l=l,当j=l时,j_l=n,所述原料沼气在所述变压吸附分离装置中经如下步骤提纯获得甲烷:
(1)所述原料沼气通入所述第j个吸附塔中进行吸附分离后，再依次串联通入所述第j个吸附塔后的至少一个所述吸附塔进行进一步吸附分离，经进一步吸附分离后获得的甲烷产品通入甲烷储罐中进行储存；
(2)所述第j个吸附塔吸附结束后先与至少一个第一工艺罐依次进行均压，然后与第j-Ι个吸附塔进行均压，最后与第二工艺罐进行均压，在与所述第j-ι个吸附塔进行均压时，气流逆着 所述第j-ι个吸附塔的吸附方向充入所述第j-ι个吸附塔；
(3)放空所述第j个吸附塔中的剩余气体，放空前分析所述剩余气体中的甲烷浓度，若所述甲烷浓度大于设定值，则所述剩余气体释放至所述预处理系统后、增压系统前重新利用；若所述甲烷浓度小于设定值，则所述剩余气体直接通过阻火器放空；
(4)将所述第j个吸附塔抽真空；
(5)依次将所述第二工艺罐、所述第j+Ι个吸附塔、所述至少一个第一工艺罐中的气体释放至所述第j个吸附塔中，再向所述第j个吸附塔通入所述原料沼气，返回所述步骤(1)。
[0009]优选地，所述步骤(1)中，所述原料沼气通入所述第j个吸附塔中进行吸附分离后继续通入所述第j+Ι个吸附塔中进行进一步吸附分离，经所述第j+Ι个吸附塔吸附分离后获得的甲烷产品通入甲烷储罐中进行存储。
[0010]优选地，所述步骤(2)中，所述第一工艺罐为一个，所述第j个吸附塔吸附结束后与所述第一工艺罐进行一次均压。
[0011]作为一种具体的实施方式，所述n个为4个。
[0012]优选地，所述预处理包括对所述原料沼气依次进行脱硫处理、脱水处理。
[0013]进一步优选地，所述脱硫处理中采用干法脱硫、湿法脱硫、生物法脱硫工艺中的一种或多种组合。
[0014]优选地，所述增压系统将预处理后的所述原料沼气由常压增压至0.2~1.6MPa。
[0015]优选地，所述步骤(5)中，采用真空泵与真空罐组合形式将所述第j个吸附塔抽真空。
[0016]由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明的从沼气中提纯甲烷的方法中，原料沼气依次经过预处理、增压处理，再经相串接的多个吸附塔进行吸附后提纯，使得获得的甲烷产品纯度得到了大幅提高，其纯度能够达到GB18047《车用压缩天然气》与GB17820《天然气》的标准，该方法中还通过多次均压降压过程来降低吸附塔中的压力，同时回收了吸附塔中剩余的甲烷气体，使得甲烷的回收率也大幅上升，降低了甲烷的浪费和其引起的环境污染。该方法运行成本低，操作简单且具有良好的通用性，适用于从各种原料沼气中提纯甲烷。
[0017]
【专利附图】
【附图说明】
[0018]附图1为本发明中从沼气中提纯甲烷的方法的工艺流程图；
附图2为本发明中变压吸附分离装置的工作原理示意图。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
[0021]参见图1-2所示。原料沼气从原料沼气储存点I依次经过沼气脱硫系统2、沼气脱水系统3进行脱水、脱硫处理，其中脱硫处理可采用干法脱硫、湿法脱硫、生物法脱硫工艺中的一种或多种组合，经上述脱硫、脱水预处理后的原料沼气再通入增压系统4中经沼气压缩机进行增压，原料沼气经增压系统4可由常压增压至0.2~1.6MPa。增压后的原料沼气再通入变压吸附分离装置6中进行吸附分离，在通入变压吸附分离装置6之前可采用沼气分析仪5来检测原料沼气的纯度以检测吸附分离的效果。
[0022]参见图1-2所示，变压吸附分离装置6中具有n个依次按序排列的吸附塔，这n个吸附塔中均填充有用于吸附分离原料沼气中除甲烷以外的杂质的吸附剂，这η个吸附塔中第j个吸附塔的出口与第j+Ι个吸附塔的入口通过阀门相串接，这η个吸附塔交替循环工作，其中η≥4且为正整数,j为小于等于η的正整数,且当j=n时,j+l=l,当j=l时,j_l=n。原料沼气在该变压吸附分离装置6中经如下步骤提纯获得甲烷:
原料沼气通入第j个吸附塔中进行吸附分离后，然后再依次通入第j个吸附塔后的至少一个吸附塔中进行进一步的吸附分离，经上述进一步吸附分离后获得的甲烷产品通入甲烷储罐8中进行存储，在通入上述的至少一个吸附塔中时均为顺着吸附塔吸附的方向通入原料沼气；待上述过程中第j个吸附塔吸附结束后，第j个吸附塔先与至少一个第一工艺罐依次进行均压，该均压次数与第一工艺罐的个数相一致。上述均压完成后，第j个吸附塔再与第j-ι个吸附塔进行均压，在该均压过程中，第j_l个吸附塔的吸附床层被逆着吸附方向反吹以将残留在第j个吸附塔死体积中的甲烷回收以便于再次进行吸附分离。最后第j个吸附塔与第二工艺罐进行均压。在上述的均压过程中，第j个吸附塔中的压力顺着吸附方向将塔内较高压力的气体依次放入到至少一个第一工艺罐、第j-ι个吸附塔、第二工艺罐中，该过程为至少三次连续的均压降压过程。上述均压降压过程后，第j个吸附塔内的压力大幅降低，第j个吸附塔内的气体在均压降压的过程中被回收，提高了原料沼气中甲烷的回收率。
[0023]上述均压降压过程完成后，将第j个吸附塔中的剩余气体放空。在放空前需要通过分析仪来分析上述剩余气体中甲烷浓度，若该甲烷浓度大于设定值，则将该剩余气体释放至预处理系统后，增压系统前，即作为原料沼气增压后再进入该变压吸附分离装置中再进行吸附分离以进行再次回收利用，若上述的甲烷浓度小于设定值，即剩余气体中含有的甲烷较少，可将剩余气体直接通过阻火器进行放空。放空后第j个吸附塔塔内的压力降低至常压，这时再将其抽真空以使得第j个吸附塔内的吸附剂彻底再生，在该抽真空过程中可采用真空泵7与真空罐67组合的形式进行抽真空。以上过程完成后，依次将第二工艺罐、第j+Ι个吸附塔、上述的至少一个第一工艺罐中的气体依次释放至第j个吸附塔中，再向第j个吸附塔通入所述原料沼气，循环以上的步骤。该变压吸附分离装置6的η个吸附塔中每个吸附塔均按照以上的步骤工作，而这η个吸附塔在时间上相互错开，各塔的循环工作便实现了对原料沼气的不断吸附分离而获取提纯后的甲烷。
[0024]
参见图1-2所示为本发明的一具体实施例。在本实施例中，n=4, j为1、2、3、4,亦即该变压吸附分离装置6具有的吸附塔61、62、63、64，第一工艺罐65、第二工艺罐分别为一个。吸附塔61、62、63、64的出口、入口依次通过阀门12、23、34、41相串接。参见图2所示，以下以初始时增压处理后的原料沼气通入吸附塔64为例说明本实施例中原料沼气在变压吸附分离装置6中的工作过程:
初始时进气阀1A、2A、3A均关闭，进气阀4A打开，增压处理后的原料沼气通入吸附塔64中，经吸附塔64吸附后再经阀门41继续通入其下一个吸附塔即吸附塔61中，经吸附塔61吸附后流入甲烷储罐存储。当吸附完全后，关掉吸附塔64的进气阀4A，吸附塔64转入均压降压步骤，首先打开4C、AC使得吸附塔64与第一工艺罐65进行第一次均压，第一次均压后吸附塔64中的压力降至原来的1/2，第一次均压完成后再关闭阀门AC，打开阀门3C使得吸附塔64与吸附塔63进行第二次均压，第二次均压后吸附塔64中的压力降至原来的1/4，第二次均压完成后再关闭阀门3C并打开BC使得吸附塔64与第二工艺罐66进行第三次均压，第三次均压后吸附塔64中的压力降至原来的1/8，这时再将吸附塔64中的剩余气体放空，放空时先通过分析仪分析剩余气体中甲烷浓度，若该浓度高于预先的设定值，表明剩余气体中甲烷较多，则将其作为原料沼气再次通入预处理系统中回收再提纯，若该浓度小于预先的设定值，表明剩余气体中甲烷较少，则可直接将其放空。放空后再采用真空泵7与真空罐67组合的形式将吸附塔64抽真空，抽真空后吸附塔64中的吸附剂得到再生。当然，上述过程中，第一工艺罐65可以设置为多个，在第二次均压之前吸附塔64先依次与这多个第一工艺罐65依次进行均压，这样增加均压的次数更能够充分地回收吸附塔64中的压力和回收吸附塔64中的甲烷，而均压次数的过多则会造成成本的上升和效率的下降，需要根据生产的实际需求来确定均压的次数。以上步骤完成后，再依次将第二工艺罐66、吸附塔61、第一工艺罐65中的压力释放至吸附塔64中，然后向吸附塔64中通入原料沼气，重复上述过程。各吸附塔均按照如上步骤进行。按照以上步骤提纯的甲烷的纯度一般能达到98%以上，且甲烷的回收率也达到了 95%以上。
[0025]综上所述，本发明的从沼气中提纯甲烷的方法简单，从沼气中提纯获取的甲烷纯度高，其纯度能够达到GB18047《车用压缩天然气》与GB17820《天然气》的标准，同时甲烷的回收率也大幅上升，降低了甲烷的浪费和污染环境。该方法运行成本低，操作简单且具有良好的通用性，生产效率较高，适用于从各种原料沼气中提纯甲烷。
[0026]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都 应涵盖在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种从沼气中提纯甲烷的方法，其特征在于:原料沼气经预处理系统预处理后通入增压系统中进行增压，增加后的所述原料沼气被送入变压吸附分离装置中进行吸附分离，所述变压吸附分离装置中具有η个依次按序排列的吸附塔，所述吸附塔中均填充有吸附剂，所述吸附剂用于吸附分离所述原料沼气中除甲烷以外的杂质，η个所述吸附塔中第j个吸附塔的出口与第j+Ι个吸附塔的入口通过阀门相串接，η个所述吸附塔在时间上交替循环工作，其中η≥4且为正整数，j为小于等于η的正整数,且当j=n时，j+l=l,当j=l时，j-l=n，所述原料沼气在所述变压吸附分离装置中经如下步骤提纯获得甲烷: (1)所述原料沼气通入所述第j个吸附塔中进行吸附分离后，再依次通入所述第j个吸附塔后的至少一个所述吸附塔进行进一步吸附分离，经进一步吸附分离后获得的甲烷产品通入甲烷储罐中进行储存； (2)所述第j个吸附塔吸附结束后先与至少一个第一工艺罐依次进行均压，然后与第j-Ι个吸附塔进行均压，最后与第二工艺罐进行均压，在与所述第j-ι个吸附塔进行均压时，气流逆着所述第j-ι个吸附塔的吸附方向充入所述第j-ι个吸附塔； (3)放空所述第j个吸附塔中的剩余气体，放空前分析所述剩余气体中的甲烷浓度，若所述甲烷浓度大于设定值，则所述剩余气体释放至所述预处理系统后、增压系统前重新利用；若所述甲烷浓度小于设定值，则所述剩余气体直接通过阻火器放空； (4)将所述第j个吸附塔抽真空； (5)依次将所述第二工艺罐、所述第j+Ι个吸附塔、所述至少一个第一工艺罐中的气体释放至所述第j个吸附塔中，再向所述第j个吸附塔通入所述原料沼气，返回所述步骤(1)。
2.根据权利要求1所述的一种从沼气中提纯甲烷的方法，其特征在于:所述步骤(1)中，所述原料沼气通入所述第j个吸附塔中进行吸附分离后继续通入所述第j+Ι个吸附塔中进行进一步吸附分离，经所述第j+Ι个吸附塔吸附分离后获得的甲烷产品通入甲烷储罐中进行存储。
3.根据权利要求1所述的一种从沼气中提纯甲烷的方法，其特征在于:所述步骤(2)中，所述第一工艺罐为一个，所述第j个吸附塔吸附结束后与所述第一工艺罐进行一次均压。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种从沼气中提纯甲烷的方法，其特征在于:所述η个为4个。
5.根据权利要求1所述的一种从沼气中提纯甲烷的方法，其特征在于:所述预处理包括对所述原料沼气依次进行脱硫处理、脱水处理。
6.根据权利要求5所述的一种从沼气中提纯甲烷的方法，其特征在于:所述脱硫处理中采用干法脱硫、湿法脱硫、生物法脱硫工艺中的一种或多种组合。
7.根据权利要求1所述的一种从沼气中提纯甲烷的方法，其特征在于:所述增压系统将预处理后的所述原料沼气由常压增压至0.2~1.6MPa。
8.根据权利要求1所述的一种从沼气中提纯甲烷的方法，其特征在于:所述步骤(5)中，采用真空泵与真空罐组合形式将所述第j个吸附塔抽真空。
【文档编号】C07C7/12GK103508829SQ201210208862
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月25日 优先权日:2012年6月25日
【发明者】张文波, 尹泉生, 颜庭勇, 刘建辉 申请人:张文波, 苏州市创新净化有限公司