专利名称：水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置及方法
技术领域：
本发明涉及用水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置及方法，属于可再生 能源领域。
背景技术：
沼气是一种清洁能源，原料来源广泛，目前在我国，沼气主要用于农村炊事、供热 和发电，其主要成分是甲烷、二氧化碳、硫化氢和一些其他微量成分。但是的存在 不仅会降低沼气的燃烧热值，而且大量的酸性气体也会对储气设备造成严重的腐蚀，所以 必须除去沼气中的ω2和H2S。通过分离(X)2和H2S,不仅可以使沼气中的甲烷含量提高到 97% _99%，沼气的热值也会显著提高，气体的性能也更加稳定，使用安全性也显著增强； 而且燃烧沼气不会再造成二氧化碳的增加，对缓解全球温室效应的加剧有着积极的意义。目前很多学者对于上述方面进行了大量的研究，但研究方向偏向于理论、机理模 型研究，而且大都使用化学试剂或者膜分离的方法来脱除(X)2和&S，并不能达到很好的效 果，而使用水来脱除(X)2和&S，并且将之工程化、规模化的研究比较欠缺。S. Rasi在Landfill gas upgrading with countercurrent water wash一文中指 出，在压力3Mpa，气体流量50-100L/min，水流量5_10L/min时，垃圾填埋气中(X)2和H2S经 水脱除后CH4含量接近或者超过90%，CO2含量为3. 2%-4.8%，含量低于检测值。文 中提到的脱除二氧化碳和硫化氢的装置包括1个吸收塔、1个解析塔、2个气体储气罐、1个 水储气罐。上述装置虽然也能将CH4含量提高到接近或者超过90%，但是其仍存在以下缺 点①使用的压力较高，对装置的要求较高；②水不能循环使用，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用水溶解法脱除沼气中的二氧化碳和硫化氢的装置 及方法。该方法是利用水中各种气体的不同溶解度来到达到脱除(X)2和的。水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置，其主要设备有原料气罐、气体压 缩机、气体缓冲罐、吸收塔、富液罐、换热器、鼓风机、再生塔、水泵、贫液罐、过滤装置，其中， 原料气罐的出口经压缩机与气体缓冲罐底部进气口相连，气体缓冲罐顶部出气口与吸收塔 底部进气口相连，吸收塔顶部出气口与过滤装置进气口相连，贫液罐底部出液口经水泵与 吸收塔顶部进液口相连，吸收塔底部出液口与富液罐进液口相连，富液罐下侧经过换热器 与再生塔顶部进液口相连，再生塔底部出液口与贫液罐底部进液口相连，鼓风机出气口与 再生塔底部进气口相连。吸收塔如图2所示，为不锈钢填料塔，由3-4节塔体组成，高径比为6 1，塔内所 装填料为θ型不锈钢填料(见图幻，其为直径4mm，高4mm的不锈钢θ环。在塔体每节相 连的地方设有再分布器，再分布器上装填一层直径6mm，高6mm的稍大的不锈钢θ环。在吸收塔中水由塔顶均勻的喷洒在填料表面上，气体由塔底自下而上与水在填料 表面上进行接触，沼气中的二氧化碳和硫化氢被水溶解，为了避免填料装填不十分均勻而引起部分近塔壁处的水沿塔壁流动，需在每节塔的连接处加上再分布器，在再分布器处装 填一层直径稍大的不锈钢θ环使沿塔壁流下的液体进行重新分配，还能使吸收塔内压降 降低，不容易出现液泛现象；富液罐的作用体现在富液罐本身不带压力，而吸收塔内压力为0. 8-1. 2Mpa,由于 压差使原本溶解在水中的一部分(X)2和释放出来，产生的压力推动富液罐中的水进入再 生塔；但是由于富液罐中的水温度一般大都在30-40°C，为了达到更好的再生效果，富液罐 中水在进入再生塔之前首先要经过换热器降低温度至18-20°C后再进入再生塔。富液罐中带有压力的水进入再生塔，由于压力的降低水得到再生；同时，再生塔内 装有直径为12mm的聚丙烯填料，用鼓风机向内送入的空气自下而上与水在填料表面上进 行接触，由于空气中COjnH2S的分压低于水中COjnH2S的分压，为了达到平衡，水中的(X)2 和H2S进一步被释放出来，达到再生效果。下面结合附图的装置介绍水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的具体操作步 骤A.将沼气通入到气体缓冲罐(3)中，使其中压力保持在0.8-1. 2Mpa，将缓冲 罐中的沼气以400-600L/h的进气量从吸收塔⑷底部进入吸收塔，保持塔内压力在 0. 8-1. 2Mpa,同时贫液罐(10)中的水由泵(9)从吸收塔(4)顶部以100_200L/h的流量注 入，经填料及分布器均勻向下喷洒；B.溶解了二氧化碳和硫化氢的水由吸收塔(4)底部进入富液罐(5)，在压差作用 下富液罐( 中的水经换热器(6)降温至18-20°C后进入再生塔(6)；再生后的水由再生塔 (6)底部流回贫液罐(10)，供循环使用；C.从吸收塔顶排出的净化后的沼气，经过滤装置(11)去除沼气中的其他微量杂 质，再经冷凝脱水系统脱除沼气中的游离水，最后得到合格的产品气。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果本发明所采用的装置简单，操作方便，投资少，便于工业化生产。其设计特点在 于①水作为吸收剂，不仅腐蚀性小可以减少设备费用，而且水的粘度也小，不易发 泡，有利于气体与液体在吸收塔中的分离和减少动力消耗。除此之外，本发明最大的有益效 果是水的循环使用，不仅降低了运营成本，而且绿色环保，起到了节能减排的作用。②吸收塔内再分布器的使用和采用不同直径不锈钢θ环在每节相连处的过渡装 填，都明显的提高了脱除CO2和H2S效果；③富液罐除了起到储存水的作用，更重要的是通过压力的变化不仅使吸收了 CO2 和H2S的水得到部分再生，而且可以保持足够的压力使水进入再生塔，减少了动力消耗；④换热器的使用大大降低了水温，明显提高了水的再生效果。
图1为水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置图，其中，1为原料气罐，2为 气体压缩机，3为气体缓冲罐，4为吸收塔，5为富液罐，6为换热器，7为鼓风机，8为再生塔， 9为水泵，10为贫液罐，11为过滤装置。图2为吸收塔局部放大图，其中，1为填料压板，2为不锈钢θ环填料，3为塔体，4为再分布器。图3为θ型填料的示意图
具体实施例方式下面将结合附图及实施例进一步说明本发明的具体过程，但本发明的范围并不限 于以下实施例。以下实施例中吸收塔内径46mm，外径50mm，有效高度2. 6m,由三节塔体组成，塔内 填料层高度2. 5m，填料为直径4mm，高4mm的不锈钢θ环，每节之间装有再分布器，且装填 有高度为3cm的不锈钢θ环，θ环的直径6mm，高6mm。再生塔有效高度0. 9m，塔内填料高 度0.8m，填料为直径12mm的聚丙烯填料。所用沼气经分析其主要成分为甲烷4%、二氧 化碳45%、硫化氢0.6%。实施例1将沼气通入气体缓冲罐中，通过电磁阀使吸收塔内压力保持在l.OMpa，并以 400L/h的流量通入吸收塔底部，同时通过水泵使水以200L/h的流量从吸收塔顶部进入，在 塔内与原料气进行反向流动，溶解其中的二氧化碳和硫化氢气体。溶解了二氧化碳和硫化 氢的水则由吸收塔底部进入富液罐，使富液罐压力由OKpa上升到0. 4Mpa,0. 4Mpa的压力使 水经过换热器温度由30°C降到了 20°C之后进入再生塔，在再生塔内压力的减小到常压，并 且以15m3/h流量的空气吹托再生，再生后的水由再生塔底部流回贫液罐，之后再进入吸收 塔吸收塔。用气相色谱测得吸收塔出口(X)2含量为3%，H2S含量为lOppm。
权利要求
1.水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置，其主要设备有原料气罐、气体压缩 机、气体缓冲罐、吸收塔、富液罐、换热器、鼓风机、再生塔、水泵、贫液罐、过滤装置，其中，原 料气罐的出口经压缩机与气体缓冲罐底部进气口相连，气体缓冲罐顶部出气口与吸收塔底 部进气口相连，吸收塔顶部出气口与过滤装置进气口相连，贫液罐底部出液口经水泵与吸 收塔顶部进液口相连，吸收塔底部出液口与富液罐进液口相连，富液罐下侧经过换热器与 再生塔顶部进液口相连，再生塔底部出液口与贫液罐底部进液口相连，鼓风机出气口与再 生塔底部进气口相连。
2.根据权利要求1所述的水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的装置，其特征是所 述吸收塔是不锈钢填料塔，由3-4节塔体组成，高径比为6 1，塔内所装填料为θ型不锈 钢填料，其为直径4mm，高4mm的不锈钢θ环；在每节塔的连接处设有再分布器，在再分布 器内装填一层直径6mm，高6mm的不锈钢θ环。
3.采用权利要求1所述的装置脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的方法，具体操作步骤如下Α.将沼气通入到气体缓冲罐(3)中，使其中压力保持在0.8-1. 2Mpa，将缓冲罐中的沼 气以400-600L/h的进气量从吸收塔(4)底部进入吸收塔，保持塔内压力在0. 8-1. 2Mpa,同 时贫液罐(10)中的水由泵(9)从吸收塔⑷顶部以100-200L/h的流量注入，经填料及分 布器均勻向下喷洒；B.溶解了二氧化碳和硫化氢的水由吸收塔(4)底部进入富液罐(5)，在压差作用下富 液罐(5)中的水经换热器(6)降温至18-20°C后进入再生塔(6)；再生后的水由再生塔(6) 底部流回贫液罐(10)，供循环使用；C.从吸收塔顶排出的净化后的沼气，经过滤装置(11)去除沼气中的其他微量杂质，再 经冷凝脱水系统脱除沼气中的游离水，最后得到合格的产品气。
全文摘要
本发明提供了一种用水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的方法和装置。本方法根据沼气中各种成分在水中溶解度的不同，通过吸收塔内压力、液气比和温度的控制，用自来水溶解其中的二氧化碳和硫化氢，溶解了二氧化碳和硫化氢的水经过再生可以循环使用。本发明所采用的装置简单，操作方便，投资少，便于工业化生产，特别是吸收塔内的填料设计和再分布器的使用明显的提高了脱除CO2和H2S的效果；换热器的使用提高了水的再生效果。经过上述装置及方法处理后的沼气中甲烷含量明显提高，最高可以达到97％-99％，热值也显著提高。
文档编号C10L3/10GK102101001SQ20111003170
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者朱保宁, 李秀金, 肖勇, 袁海荣, 许晶 申请人:北京化工大学