一种甲烷气体的浓缩方法及应用装置与流程

本发明属于甲烷回收，具体涉及一种甲烷气体的浓缩方法及应用装置。

背景技术：

1、近年来，在垃圾填埋场容量紧张和化石燃料剩余年限减少的背景下，有机废弃物的能源利用和资源利用得到了推进。特别是甲烷发酵法可以处理或有效利用含水率高的废弃物，回收沼气，是实用性最高的处理方法。

2、甲烷发酵处理是从家庭和食堂、餐馆等产生的餐厨垃圾、食品加工厂等产生的食品残渣、畜舍等产生的家畜粪尿、污水处理场和粪便处理场等产生的排水处理污泥等各种有机废弃物中产生含有甲烷气体的生物气体，并有效利用的技术。这些有机物通过厌氧微生物的分解，分解成水、甲烷、二氧化碳等。在此过程中产生的气态生成物的总称为沼气或消化气体，其成分的大半由甲烷气体和二氧化碳组成。另外，因其发酵气氛而含有水分、硫化氢等。沼气和二氧化碳的比例根据有机废弃物的种类、比例、发酵条件等多少会有变化，但一般来说甲烷的比例为55~65vol%，二氧化碳的比例为45~35vol%。

3、产生的沼气的利用方法随设备设计、设备条件的不同而变化，但通常作为燃气发动机和微型燃气轮机等发电设备的燃料而得到电能，或者作为热水锅炉和蒸汽锅炉、炉、燃烧器、炉灶等燃烧设备的燃料而得到热能。像这样，为了利用沼气高效、稳定地获得能源，从沼气中除去二氧化碳，提高沼气浓度的沼气的高卡路里化是有效的。

4、而且，沼气中含有的硫化氢等不纯气体，通常数量为1，000ppm，与二氧化碳的比例相比微乎其微，对降低沼气燃烧热的影响很小。但是，由于会使发电机和锅炉等沼气利用设备的材质劣化，损坏沼气利用设备，或者燃烧后产生的气态硫氧化物会造成大气污染，因此，认为最好事先分离除去。

5、现有分离除去技术中，存在的一些技术问题：

6、1、存在高压气体处理的安全问题。

7、2、使用的消耗品膜，费用高、更换不便。

8、3、设备空间大，系统结构复杂、存在设备成本和设备维护成本增大的问题。

9、4、沼气回收率低。

10、5、吸附剂容易受到硫化氢的损害，会发生其性能急剧下降的情况。

11、如上所述，以往的各种方法都存在装置结构复杂、规模大、初始成本高的问题，由于不实用，在几乎所有的设施中，都采用直接将沼气作为燃料来获得电和热的效率低下的能量回收方法。

技术实现思路

1、为了客服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种甲烷气体的浓缩方法及应用装置，将沼气中的二氧化碳和硫化氢等不纯气体溶解于液体，装置结构简单、设备成本低、所需动力小、运转成本低的方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种甲烷气体的浓缩方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、将沼气气泡化并在液体中通过，沼气中的主要成分二氧化碳溶解在液体中，回收未溶解在液体中而通过的甲烷。

5、所述的沼气中含有硫化氢的杂质气体，将含有硫化氢的杂质气体与二氧化碳一起溶解在液体中。

6、所述的气泡化是将沼气生成直径50μm以下的微细气泡，气泡化后液体接触面积变大，由于粒子直径小，根据斯托克斯公式，水中气泡的上升速度缓慢，增大接触时间，而且，微细气泡的表面张力σ的作用对气体的溶解有显著影响，根据下式（2）的young-laplus公式，pi-po=δp=2σ/r（2）；气泡的内部和外部产生压力差△p，根据与气体压力成比例溶解的亨利定律，气泡内的气体溶解，气泡缩小，使气泡内的压力越来越高，促进溶解。

7、一种甲烷气体的浓缩装置，包括沼气发生槽（1），其特征在于，沼气发生槽（1）通过沼气回收管路（2）连接沼气送风装置（3），沼气送风装置（3）连接位于气体浓缩装置（4）的储罐（4a）底部的微细气泡发生器（5），储罐（4a）下端通过液体回流管线（12）连接液体输送装置（13）。

8、所述的气体浓缩装置（4）的储罐（4a）下端通过回流管线a(12a）、液体输送装置（13）、回流管线b(12b)、溶解气体回收装置（14）形成循环管路。

9、所述的溶解气体回收装置（14）底部设有溶解气体脱气装置（15），溶解气体脱气装置（15）包括位于溶解气体回收装置（14）的散气板（15a）及气泵（15b）。

10、本发明的有益效果是：

11、1、以储液罐和微纳米气泡发生装置为主要构成，可以达到目的，设备简单，初始成本低廉。

12、2、由于不用压缩机，所需动力小，运转成本低。

13、3、甲烷回收率高。

14、4、由于没有运维部分，维护极少。

15、5、不仅可以去除二氧化碳，还可以同时去除水溶性的不纯气体，如硫化氢，因此可以减少提纯的附属装置，如脱硫装置，从而降低初始成本。

16、6、去除溶解气体可使液体再生利用。

技术特征：

1.一种甲烷气体的浓缩方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种甲烷气体的浓缩方法，其特征在于，所述的沼气中含有硫化氢的杂质气体，将含有硫化氢的杂质气体与二氧化碳一起溶解在液体中。

3.根据权利要求1所述的一种甲烷气体的浓缩方法，其特征在于，所述的气泡化是将沼气生成直径50μm以下的微纳米气泡（自有微纳米产气装置ksj系列），气泡化后液体接触面积变大，由于粒子直径小，根据斯托克斯公式，水中气泡的上升速度缓慢，增大接触时间，而且，微细气泡的表面张力σ的作用对气体的溶解有显著影响，根据下式（2）的young-laplus公式，pi-po=δp=2σ/r（2）；气泡的内部和外部产生压力差△p，根据与气体压力成比例溶解的亨利定律，气泡内的气体溶解，气泡缩小，使气泡内的压力越来越高，促进溶解。

4.一种甲烷气体的浓缩装置，包括沼气发生槽（1），其特征在于，沼气发生槽（1）通过沼气回收管路（2）连接沼气送风装置（3），沼气送风装置（3）连接位于气体浓缩装置（4）的储罐（4a）底部的微纳米气泡发生器（5），储罐（4a）下端通过液体回流管线（12）连接液体输送装置（13）。

5.根据权利要求4所述的一种甲烷气体的浓缩装置，其特征在于，所述的气体浓缩装置（4）的储罐（4a）下端通过回流管线a(12a）、液体输送装置（13）、回流管线b(12b)、溶解气体回收装置（14）形成循环管路。

6.根据权利要求5所述的一种甲烷气体的浓缩装置，其特征在于，所述的溶解气体回收装置（14）底部设有溶解气体脱气装置（15）。

7.根据权利要求6所述的一种甲烷气体的浓缩装置，其特征在于，所述的溶解气体脱气装置（15）包括位于溶解气体回收装置（14）的散气板（15a）及气泵（15b）。

8.根据权利要求1所述的一种甲烷气体的浓缩方法，其特征在于，所述的液体为水。

技术总结
一种甲烷气体的浓缩方法及应用装置，包括沼气发生槽，沼气发生槽通过沼气回收管路连接沼气送风装置，沼气送风装置连接位于气体浓缩装置的储罐底部的微纳米气泡发生器，储罐下端通过液体回流管线连接液体输送装置，将沼气气泡化并在液体中通过，沼气中的主要成分二氧化碳和微量成分硫化氢溶解在液体中，回收未溶解在液体中而通过的甲烷。可作为一种简易高效的沼气脱硫脱碳一体化装置。

技术研发人员：丁庆
受保护的技术使用者：丁庆
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17