一种生物天然气高效净化系统的制作方法

本实用新型涉及生物天然气能源利用技术领域，尤其涉及一种生物天然气高效净化系统。

背景技术：

随着化石能源的消耗以及环境污染的加重，以生物天然气为代表的生物质替代能源已成为解决能源和环境问题的重要途径。生物天然气也称生物燃气，是指从生物质转化而来的燃气，主要由甲烷(50％～80％)、二氧化碳(20％～40％)、氮气(0％～5％)、硫化氢(0.1％～3％)、氢气(<1％)、氧气(<0.4％)等气体组成。生物天然气作为一种可再生能源，可以直接作为石化天然气的替代燃料，其大规模发展将为低碳经济、能源安全和新农村建设做出更大的贡献。因此，开发新型高效的生物天然气净化和提纯技术迫在眉睫。

目前，从生物天然气中分离提纯获得高纯甲烷气普遍采用分步提纯的方法。除去生物天然气中的二氧化碳常用的方法主要有变压吸附法、吸收法、膜分离法和低温分离法等。除去生物天然气中硫化氢的方法主要有干法脱硫、湿法脱硫和生物脱硫等。然而，传统的生物天然气净化分离方法存在工艺复杂、投资成本高、能耗大、分离效果不理想、不便于工业化规模生产等问题。

近年来，中国专利cn103113945和cn103113946分别公布了一种沼气净化系统及沼气净化方法，这两项专利分别通过高压脱氧脱氮和高压脱氧除杂及胺液洗涤相结合的方式，从而提高了沼气中的甲烷含量。中国专利cn104073311公布了一种沼气提纯净化系统，利用杂质气体在水中的溶解度不同而实现杂质气体的分离，以达到沼气提纯的目的。此外，中国专利cn105950240公布了一种沼气净化系统及其净化方法，通过气水分离器和脱硫塔处理实现沼气的提纯净化。然而，由于生物天然气组成复杂，净化分离难度较大，严重影响了生物天然气的燃烧效率，限制了生物天然气的用途。

如何实现生物天然气的高效净化已成为亟待解决的技术问题。气体水合物法净化生物天然气是基于气体水合物的生成，在一定条件下让杂质气体(co2、h2s等气体)生成气体水合物，获得高纯甲烷的方法。在生物天然气净化提纯程中，分解的水合剂仍然可以循环利用，实现生物天然气的高效低成本净化和提纯。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种生物天然气高效净化系统。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型一种生物天然气高效净化系统，包括气源、洗涤塔、压缩机、脱氧脱氮塔、闪蒸罐、气体增压器i、水合反应器i、气体增压器ii、汽提塔、水合反应器ii、冷凝器、储气装置、洗涤液回收罐；洗涤塔与气源连通；洗涤塔通过压缩机与脱氧脱氮塔连通，脱氧脱氮塔的出口气体通过气体增压器i增压后经阀门进入水合反应器i；水合反应器i的出口气体经气体增压器ii二次增压后经阀门进入水合反应器ii；气体经水合反应器ii再次处理后，通过阀门进入储气装置；洗涤液循环回收装置包括闪蒸罐、汽提塔，闪蒸罐通过阀门与洗涤塔连通，汽提塔的出口蒸汽经冷凝器冷凝后进入到洗涤液回收罐。

优选的，所述的气体增压器i提供的生物天然气压力为1.5～2.4mpa；所述的气体增压器ii提供的生物天然气压力为2.0～2.8mpa。

本实用新型一种生物天然气高效净化系统及净化方法，包括以下步骤：

(1)生物天然气通过气源进入到洗涤塔，脱除生物天然气中的硫化氢及部分二氧化碳气体；洗涤塔中的出口气体经过压缩机压缩，得到压缩生物天然气，再进入到脱氧脱氮塔中，用于脱除生物天然气中的氮气和少量的氧气；

(2)脱氧脱氮塔通过气体增压器i和阀门与水合反应器i连通，脱氧脱氮塔的出口气体经过气体增压器i，增压后经过阀门进入水合反应器i，生成二氧化碳水合物而除去部分二氧化碳气体；

(3)水合反应器i的出口气体经气体增压器ii，增压后经过阀门进入水合反应器ii进行再次处理，通过水合反应生成二氧化碳水合物而除去生物天然气中的二氧化碳气体；生物天然气经阀门进入储气装置中，经过多级处理实现了生物天然气的高效净化；

(4)洗涤塔中吸收了杂质气体的洗涤液通过阀门进入闪蒸罐，用于脱除吸收了杂质气体的洗涤液中的部分杂质气体，得到净化的富液；闪蒸罐与汽提塔连通，洗涤液再次进入汽提塔，用于脱除洗涤液中的杂质气体，经过冷凝器冷凝，得到洗涤回收液，同时可将洗涤回收液输送至洗涤塔进行循环利用；

(5)通过步骤(1)、(2)、(3)、(4)，使生物天然气经过洗涤塔、压缩机、脱氧脱氮塔、闪蒸罐、气体增压器i、水合反应器i、气体增压器ii、水合反应器ii等环节的处理，实现生物天然气的高效净化；

(6)吸收了杂质气体的洗涤液经过闪蒸罐、汽提塔、冷凝器等，得到洗涤回收液，实现了洗涤液的循环利用，进一步提高了生物天然气净化系统的经济性；

(7)根据生物天然气的成分，通过上述步骤的多级处理，实现生物天然气的高效净化，进而获得高纯甲烷。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型是一种生物天然气高效净化系统及净化方法，与现有技术相比，本实用新型生物天然气经洗涤塔处理之后，再经压缩机压缩后进入脱氧脱氮塔进行处理，实现了杂质气体如硫化氢、氮气和氧气等的分离和脱除，从而进一步提高了生物天然气的净化效率。生物天然气经过水合反应器i净化处理后，再经过水合反应器ii的二次净化处理，实现二氧化碳气体的高效分离和脱除，极大地提高了生物天然气的净化效率。同时，在管路系统上设置有气体增压器，用于提供气体水合物生成所需的压力条件，实现气体水合物快速生成。洗涤塔通过阀门和闪蒸罐连通，吸收了杂质气体的洗涤液进入闪蒸罐，脱除吸收了杂质气体的洗涤液中的部分杂质气体。同时，闪蒸罐与汽提塔连通，经过闪蒸得到的富液进入汽提塔后，脱除洗涤液中的杂质气体，得到洗涤回收液，进一步可将洗涤回收液输送至洗涤塔。其水合反应器由不锈钢制成并带有视窗，视窗由耐高压玻璃制成。同时，气体水合反应过程所需的温度条件通过恒温空气浴来实现，进一步控制水合反应过程的温度条件及其过冷度。在水合反应器中添加一定浓度的气体水合物促进剂，实现二氧化碳气体水合物快速生成，进而提高了生物天然气的净化效率。

附图说明

图1为生物天然气高效净化系统结构示意图。

图中：1、气源；2、洗涤塔；3、压缩机；4、第一阀门；5、脱氧脱氮塔；6、闪蒸罐；7、气体增压器i；8、第二阀门；9、水合反应器i；10、气体增压器ii；11、第三阀门；12、汽提塔；13、水合反应器ii；14、冷凝器；15、第四阀门；16、储气装置；17、洗涤液回收罐。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示：本实用新型一种生物天然气高效净化系统，包括气源1、洗涤塔2、压缩机3、脱氧脱氮塔5、闪蒸罐6、气体增压器i7、水合反应器i9、气体增压器ii10、汽提塔12、水合反应器ii13、冷凝器14、储气装置16、洗涤液回收罐17；洗涤塔2与气源1连通；洗涤塔2通过压缩机3与脱氧脱氮塔5连通，脱氧脱氮塔5的出口气体通过气体增压器i增压后经第二阀门8进入水合反应器i9；水合反应器i9的出口气体经气体增压器ii10二次增压后经第三阀门11进入水合反应器ii13；气体经水合反应器ii13再次处理后，通过第四阀门15进入储气装置16；洗涤液循环回收装置包括闪蒸罐6、汽提塔12，闪蒸罐6通过第一阀门4与洗涤塔2连通，汽提塔12的出口蒸汽经冷凝器14冷凝后进入到洗涤液回收罐17。

优选的，所述的气体增压器i7提供的生物天然气压力为1.5～2.4mpa；所述的气体增压器ii10提供的生物天然气压力为2.0～2.8mpa。

所述净化提纯装置为水合反应装置和洗涤吸收装置；所述洗涤液循环回收装置包括闪蒸罐和汽提塔，用于脱除吸附了杂质气体的洗涤液中的杂质气体得到回收液。

脱氧脱氮塔5与压缩机3连通，用于脱除生物天然气中含有的氧气或氮气；所述的压缩机3与洗涤塔连通，用于提高气体压力形成压缩生物天然气。

水合反应装置，用于生成气体水合物而除去生物天然气中的杂质气体二氧化碳；所述的水合反应装置包括水合反应器i9和水合反应器ii13；所述的气体增压器i7和气体增压器ii10，用于提供水合反应所需的压力，通过第二阀门8和阀门11分别与水合反应器i9和水合反应器ii13连通。

所述的洗涤吸收装置为洗涤塔2，用于除去生物天然气中的硫化氢气体和部分二氧化碳气体；所述的洗涤吸收装置所选用的洗涤液为乙醇胺溶液、乙二醇按溶液或异丙醇胺溶液。

所述的洗涤液循环回收装置通过闪蒸罐6和汽提塔12实现；所述的闪蒸罐6用于脱除吸收了杂质气体的洗涤液中的部分杂质气体，得到净化的富液；所述的汽提塔12用于脱除洗涤液中的杂质气体，得到洗涤回收液，并将所述回收液循环至所述洗涤塔2。

所述的脱氧脱氮塔5是一种塔式设备，其特点为格栅结构，按顺序安置填料，气体下进上出依次通过固定于床层上的吸附剂。

所述的水合反应器i9和水合反应器ii13由不锈钢制成并带有视窗，视窗由耐高压玻璃制成；所述的水合反应器i9和水合反应器ii13通过恒温空气浴提供水合反应所需的温度条件。

所述的水合反应器i9和水合反应器ii13中添加一定浓度的气体水合物促进剂，用于加速二氧化碳水合物的生成过程，实现水合物快速生成。

所述的洗涤塔2通过第一阀门4与闪蒸罐6连通。所述的汽提塔12与冷凝器14连通，使出口蒸汽经过冷凝而得到回收液，进而输送至所述洗涤塔2。

本实用新型一种生物天然气高效净化系统及净化方法，包括以下步骤：

(1)生物天然气通过气源1进入到洗涤塔2，脱除生物天然气中的硫化氢及部分二氧化碳气体；洗涤塔2中的出口气体经过压缩机3压缩，得到压缩生物天然气，再进入到脱氧脱氮塔5中，用于脱除生物天然气中的氮气和少量的氧气；

(2)脱氧脱氮塔5通过气体增压器i和阀门8与水合反应器i9连通，脱氧脱氮塔5的出口气体经过气体增压器i7，增压后经过阀门8进入水合反应器i9，生成二氧化碳水合物而除去部分二氧化碳气体；

(3)水合反应器i9的出口气体经气体增压器ii13，增压后经过第三阀门11进入水合反应器ii13进行再次处理，通过水合反应生成二氧化碳水合物而除去生物天然气中的二氧化碳气体；生物天然气经第四阀门15进入储气装置16中，经过多级处理实现了生物天然气的高效净化；

(4)洗涤塔2中吸收了杂质气体的洗涤液通过第一阀门4进入闪蒸罐6，用于脱除吸收了杂质气体的洗涤液中的部分杂质气体，得到净化的富液；闪蒸罐6与汽提塔12连通，洗涤液再次进入汽提塔12，用于脱除洗涤液中的杂质气体，经过冷凝器14冷凝，得到洗涤回收液，同时可将洗涤回收液输送至洗涤塔进行循环利用；

(5)通过步骤(1)、(2)、(3)、(4)，使生物天然气经过洗涤塔2、压缩机3、脱氧脱氮塔5、闪蒸罐6、气体增压器i7、水合反应器i9、气体增压器ii10、水合反应器ii13等环节的处理，实现生物天然气的高效净化；

(6)吸收了杂质气体的洗涤液经过闪蒸罐6、汽提塔12、冷凝器14等，得到洗涤回收液，实现了洗涤液的循环利用，进一步提高了生物天然气净化系统的经济性；

(7)根据生物天然气的成分，通过上述步骤的多级处理，实现生物天然气的高效净化，进而获得高纯甲烷。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。