高速多级旋转床压力水洗脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及高压低溫条件下，采用高速多级旋转床压力水洗脱除沼气中二氧化碳 的方法及系统，属于可再生能源领域。
【背景技术】
[0002] 沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。 沼气的主要成分是甲烧和二氧化碳，还有少量硫化氨。沼气中二氧化碳的存在严重降低其 燃烧的效率，并且二氧化碳是酸性气体，气量大会腐蚀化工设备，所W必须除去沼气中的二 氧化碳。沼气经过提纯，不仅可使甲烧的纯度达到97% W上，沼气的热值会明显提高，而且 气体的性质更加稳定，使提纯后的气体达到车用燃气的使用标准。
[0003] 目前，常用的沼气脱碳方法有物理吸收法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法、低 溫分离法等。物理吸收法中W加压水洗法应用最为广泛，其水溶剂可选用再生循环方式或 非循环方式，使沼气提纯成本相对于其他方法大大降低。但是，目前采用加压水洗法的设备 是塔器，不仅设备占地面积大，长期使用后会存在微生物堵塔的情况，降低提纯效率，因此 需要清洗。若塔器设备过高或体积过大，则会增加其清洗难度。化学吸收法中最常见的是醇 胺法提纯沼气，虽然无须过高的压力，但吸收剂解吸过程要求的溫度条件很高，经济成本过 高。使用塔器吸收同样存在与水洗法相同的问题。变压吸附法在沼气领域也得到了广泛的 应用，其工艺流程简单，脱碳效果好，但甲烧的损失率很高，尾气中的甲烧不易处理。膜分离 法是近期国内外研究的热点，现阶段还仅处于实验室研究阶段，技术相对不成熟。低溫冷却 法需要的工艺条件苛刻，经济成本较高，不宜用来大规模生产生物甲烧。所W，开发新处理 装置，优化提纯工艺成为提纯技术研究的重点。
[0004] 李天成(李天成，李十中.沼气净化方法及系统：中国，CN103170281A[P]. 2013-04- 07.)等利用化学吸收试剂在压力为0.01-0.181?3，溫度为10°(：-50°(：条件下捕获沼气中二 氧化碳和硫化氨，使C也含量提高到95 % W上。但化学试剂有腐蚀性且污染环境，操作成本 和经济成本提高。许晶（李秀金，许晶，肖勇等.水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氨的装 置及方法：中国，CN102101001A[P]. 2011-1-28.)等人用水溶解法在压力为0.8-1.2MPa，气 量400-60化A，液量100-20化A条件下吸收二氧化碳，使邸4含量提高到97 %-99 %。但塔器 设备过高(吸收塔高度2.6m，解析塔高度0.9m)，体积大，不易清洗和维修，设备操作起来有 一定难度。孙宝昌（孙宝昌.超重力环境下水禪合吸收N也和C〇2的研究[D].北京化工大学， 2009.)用水吸收C〇2，转速0-2400r/min，液量80-600LA，气量800-2400LA，溫度在 1 rC左 右，压强为0.2M化，入口 C〇2体积含量为9.6 %的条件下，二氧化碳吸收率最高达到26 %，即 出口 C〇2含量为7 %，提纯后气体无法达到车用燃气的使用标准。
[0005] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种沼气净化提纯方法和设备。该 方法利用高压低溫条件下，气体在水中溶解度的不同来达到脱除沼气中C〇2和也S的目的。
【发明内容】
[0006] 本发明的核屯、装置是一个高速旋转床，由一个或多个高速旋转的转子组成，在低 溫和加压条件下气液W逆向瞬速方式流经转子，进行接触传质。此高速旋转床包括不诱钢 圆筒型金属外壳、液体喷淋管、转鼓、不诱钢金属丝网填料、高速旋转轴。
[0007] 高速多级旋转床压力水洗脱除沼气中二氧化碳和硫化氨的系统，其特征在于：
[0008] 储气罐连接沼气压缩机，沼气压缩机出口与缓冲罐入口相连，缓冲罐出口连接第 一级吸收床进气口，上一级吸收床出气口与下一级吸收床的进气口相连，依次类推，最后一 级吸收床顶部出气口与平衡罐上方的气动调节阀相连;吸收床采用600-1400r/min的高速 旋转吸收床，贫液罐中的液体从下方的出液口中经柱塞计量累打入每一级吸收床的进液 口，所有吸收床的出液口都连接平衡罐的进液口。平衡罐的出液口连接富液罐的进液口，富 液罐的出液口与解析床的进液口相连，解析床的出液口与贫液罐下方的进液口相连，解析 床为600-1400r/min的高速旋转解析床，贫液罐上方的出液口与上方的进液口与低溫冷却 液循环累相连。
[0009] 进一步，鼓风机气体出口与解析床气体入口相连。
[0010] 进一步，在柱塞计量累和高速旋转吸收床之间附加一个换热器。
[0011] 进一步，在富液罐和高速旋转解析床之间附加一个换热器。
[0012] 应用所述系统的方法，其特征在于:将沼气通入到缓冲罐(3)中，使其中压力保持 在0.6-1.2MPa，将缓冲罐(3)中的沼气从高速一级旋转吸收床气体进口进入吸收床，保持吸 收床内压力为0.6-1.21?曰，溫度为5-27°(：，吸收床和解析床的转速控制在600-1400'/111111， 贫液罐（13)中的水在低溫冷却液循环累（15)的冷却作用下调节到5-27Γ，同时，贫液罐
[13] 中的水由柱塞计量累(9)打入吸收床的进液口；吸收床内气液体积比换算成标况后为 3.3-11.5;
[0013] 溶解了二氧化碳的水由吸收床底部流入平衡罐（10)，通过调节平衡罐(10)到富液 罐(12)之间的调节阀使液体平稳的从平衡罐(10)流入富液罐（12);富液罐中的液体被压入 高速旋转解析床（16)中，水中的C〇2被解析出来，解析后的贫液流入贫液罐（13 )，平衡罐 (10)压力为0.6-1.2MPa，最后一级吸收床排出的提纯后的沼气，经过气动调节阀排出设备 外。
[0014] 更具体的：本装置的操作条件为：操作压力在0.6-1.2M化之间，操作溫度为5-27 °C，旋转床转速为600-1400r/min，气量为200-70化A，水量为20-8化A，采用四级高速旋转 吸收床和一级高速旋转解析床进行沼气提纯。
[0015] 高速多级旋转床压力水洗法脱除沼气中C〇2和出S装置，其主要设备有沼气储气罐、 沼气压缩机、缓冲罐、高速一级旋转吸收床、高速二级旋转吸收床、高速Ξ级旋转吸收床、高 速四级旋转吸收床、换热器、平衡罐、富液罐、贫液罐、清水电累、低溫冷却液循环累、高速旋 转解析床、防爆旋满鼓风机、防爆控制柜。
[0016] 其中沼气压缩机出口与缓冲罐入口相连，缓冲罐出口连接一级高速旋转吸收床进 气口，吸收床出气口与下一级吸收床的进气口相连，依次类推，第四级高速旋转吸收床顶部 出气口与平衡罐上方的气动调节阀相连，排出的气体可W进行测量和收集。贫液罐中的液 体从下方的出液口中经柱塞计量累打入每一级吸收床的进液口，所有吸收床的出液口都连 接平衡罐的进液口。平衡罐的出液口连接富液罐的进液口，富液罐的出液口与高速旋转解 析床的进液口相连，解析床的出液口与贫液罐下方的进液口相连，贫液罐上方的出液口与 上方的进液口与低溫冷却液循环累相连。鼓风机气体出口与解析床气体入口相连。
[0017] 在高速多级旋转吸收床中，水由进液口进入液体喷淋管，再均匀分布到填料表面 与气体充分接触，其中的二氧化碳与水在高压低溫条件下充分接触后，提纯后的气体进入 下一级吸收床，吸收液进入平衡罐中。填料旋转的过程中，增加了气液传质速率，使气液接 触面积增大，加速反应的进行。
[0018] 平衡罐本身带压力，其与吸收床连通，吸收床内压力为0.6-1.2MPa，因此，平衡罐 内压力为0.6-1.2MPa。设置平衡罐的目的是稳定系统压力，使富液收集在平衡罐中作为缓 冲，将收集的富液流入富液罐再进行解析过程。
[0019] 富液罐本身不带压力，平衡罐中压力为0.6-1.2M化，平衡罐中的带压液体流入富 液罐，由于压差使原本溶解在水中的一部分C〇2释放出来，产生的压力推动富液罐中的水进 入高速旋转解析床，若富液罐中的水溫过高或过低，则可W通过换热器升溫或降溫来调节 富液溫度，达到更好的解析效果。
[0020] 富液罐中带有压力的水进入高速旋转解析床，由于压力降低，水得到了部分解析； 另外，由于鼓风机从解析床气体入口由外向内进入填料中，与分布在丝网填料上的水进行 充分接触，且水中的C〇2分压高于空气中C〇2的分压，为了达到平衡，水中的C〇2进一步被释放 出来，达到再生效果。
[0021] 在水洗沼气提纯过程中，可W在柱塞计量累和高速旋转吸收床之间附加一个换热 器，目的是对贫液降溫，使吸收效果更好；同时，可W在富液罐和高速旋转解析床之间附加 一个换热器，目的是对富液升溫，提高解析效率。两个换热器在其他工艺过程如碱性溶液提 纯沼气的方法中同样可W起到升溫和降溫的作用。
[0022] 高速旋转吸收床的个数可根据不同工况下的吸收效果和所要达到的提纯效果来 决定。例如在压力为1.2MPa、溫度为24°C、气液比为3.3、高速旋转床转速为1000以111111，吸收 床个数为1的情况下，提纯气体的甲烧含量为20.7%。因此，需要四级吸收床串联来对沼气 提纯可W达到车用燃气的使用标准（甲烧含量>97% )。
[0023] 控制柜可W改变旋转吸收床和旋转解析床电机的频率来控制旋转床的转速;也可 W控制气动调节阀的自动压力和输出开度来维持吸收床，平衡罐，富液罐内的压力;及两个 齿轮累和一个柱塞计量累的流量。也可W监测缓冲罐内的压力和溫度;平衡罐和贫液罐内 的液位;富液罐内的液位、压力和液体溫度;两个换热器内的溫度;吸收床出口的压力和气 动调节阀的开度;旋满风机的风量等。
[0024] 高速旋转床中的高速范围在600-1400r/min。
[0025] 实验情况:缓冲罐3、共四级吸收床(4、5、6、7)和平衡罐的压力均为0.6-1.21?曰，吸 收液溫度保持在5-27Γ，气液比（换算成标况后的体积比）为3.3-11.5，转速为600-1400'/ min。在此参数范围中，二氧化碳出口含量最小可为1 %，甲烧含量99%，达到了车用燃气使 用标准（甲烧含量大于97 % )。但在此参数范围中，二氧化碳出口含量可能会达到17 %，不符 合车用燃气使用标准，运样就需要改变参数或者适当增加吸收床的数量来达到车用燃气使 用标准。
[0026] 富液罐不需要控制液体溫度，压力控制在0.2MPaW下，其他参数的不需要控制。我 们需要通过压力的作用，再控制出口处的球阀的开度来大致调节富液罐流入解析床的富液 的流量。但是因为富液罐出口处连接着第二齿