專利名稱：復(fù)合分離式沼氣除雜純化制車(chē)用天然氣級(jí)燃料方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種復(fù)合分步分離方式的將沼氣除雜、純化、濃縮制成車(chē)用天然氣級(jí)精制沼 氣燃料的方法，屬于生物化工分離工程技術(shù)，原沼氣經(jīng)過(guò)基于納微米吸附材料和經(jīng)過(guò)組合優(yōu) 化的脫硫單元和具有滲透氣回流和殘氣利用的多級(jí)選擇性氣體分g膜分離單元脫除C02、 H20 和少量ftS，實(shí)現(xiàn)對(duì)普通沼氣的凈化與精制目的，以做為民用天然氣級(jí)燃料或由終端壓縮工序 壓入車(chē)用天然氣鋼瓶做為車(chē)用天然氣級(jí)燃料。
背景技術(shù)：
當(dāng)前我國(guó)沼氣開(kāi)發(fā)利用主要集中在農(nóng)村戶用沼氣推廣應(yīng)用上， < 也有少量規(guī)模略大的用于 沼氣發(fā)電及供暖，其利用水平基本處于較低檔次。若大量生產(chǎn)沼氣，則會(huì)由于其品質(zhì)低下、 體積熱值低、存儲(chǔ)和輸送經(jīng)濟(jì)性差或技術(shù)不配套的原因，使其運(yùn)至城鎮(zhèn)或商業(yè)化利用幾乎不 可能；又由于普通沼氣含有硫、大量C02、較多的雜質(zhì)和較高的含水量等原因，因此，若將普 通沼氣商業(yè)化利用既不安全也不環(huán)保。
沼氣凈化精制技術(shù)，主要目的是脫除沼氣中C02和少量H20、 H2S。目前，國(guó)內(nèi)外沼氣凈化 精制方式普遍采用的方法主要有溶劑吸收法和固體吸附法。固體吸附法中變壓吸附法(PSA) 較為常見(jiàn)，它是以分子篩為吸附劑進(jìn)行加壓吸附和減壓解吸。變壓吸附法原理是在變壓下利 用分子篩對(duì)甲烷與二氧化碳吸附量存在差異的特性，達(dá)到分離的目的，該方法存在的問(wèn)題是 吸附劑的動(dòng)態(tài)吸附量受限制，如處理大氣量情況時(shí)，需要龐大的裝置從而使成本大幅增加。
溶劑吸收法往往采用堿性溶液做吸收劑分離氣體，其特點(diǎn)是技術(shù)操作較復(fù)雜、吸收劑再 生費(fèi)用較高、能耗大，而且采用該法分離氣體容易產(chǎn)生廢水污染。
綜上所述，現(xiàn)有大多數(shù)方法的普遍特點(diǎn)是投資大、能耗大、運(yùn)營(yíng)成本高、環(huán)保性差，且 需頻繁更換吸收劑，不適用于中小規(guī)模生產(chǎn)和分布式作業(yè)的需要。我國(guó)農(nóng)村沼氣資源規(guī)模小， 且分布分散，因此急需一種適合于中小規(guī)模、占地面積小、經(jīng)濟(jì)高效的沼氣凈化精制方式。
近幾年，氣體分離領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)一項(xiàng)較新的技術(shù)——膜分離技術(shù)，其原理是利用氣體中 物質(zhì)對(duì)膜的親和力差異而產(chǎn)生有選擇性的溶解擴(kuò)散現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)分離氣體的目的。利用該原理， 可以將沼氣中的CH4和C02分離，具有較高的工業(yè)實(shí)用價(jià)值。其突出優(yōu)點(diǎn)是投資運(yùn)營(yíng)成本低， 日常維護(hù)方便，具有適用于中小型企業(yè)的優(yōu)勢(shì)。由于沼氣中C02含量較高(可達(dá)30%以上)， 簡(jiǎn)單的套用膜分離技術(shù)凈化精制沼氣效果并不理想。在膜分離技術(shù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需進(jìn)一步研
究膜分離技術(shù)的實(shí)施工藝和方法。專利內(nèi)容本專利是針對(duì)我國(guó)農(nóng)村沼氣組分及其實(shí)際生產(chǎn)規(guī)模所提出的一種最新的有關(guān) 沼氣深度提純精制技術(shù)和工藝，旨在提供一種可以將普通沼氣凈化提純，精制成能夠滿足車(chē) 用和民用天然氣質(zhì)量及安全、環(huán)保要求的新工藝和新技術(shù)，是一種以基于納微米材料和組合 優(yōu)化配置技術(shù)的新型高效脫硫技術(shù)(含新型脫硫劑)和具有滲透氣回流和殘氣利用功能的多 級(jí)膜分離為主的聯(lián)合脫水、脫硫、脫碳、脫氧、脫氨等全新的集成化、系統(tǒng)化的沼氣凈化精 制技術(shù)和方法。
本專利基于納微米吸附材料的組合優(yōu)化配置脫硫關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備、多級(jí)膜分離與滲出氣 回流重脫技術(shù)相結(jié)合的高效脫碳等的集成工藝系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)普通沼氣進(jìn)行經(jīng)濟(jì)高效去雜、 脫水、脫硫、脫碳，高效生產(chǎn)天然氣級(jí)精制沼氣。所提出的集成工藝系統(tǒng)，適用于閂處理沼
氣500nf以上的規(guī)模，其甲烷回收率大于95%，所生產(chǎn)的精制沼氣甲烷含量達(dá)到98%，其各項(xiàng) 指標(biāo)達(dá)到GB 18047-2000《車(chē)用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)。
本專利的有益效果是
1. 本專利可為我國(guó)農(nóng)村普通沼氣的高值、高效利用提供有效支持，對(duì)拓寬我國(guó)普通沼氣 的應(yīng)用領(lǐng)域，彌補(bǔ)車(chē)用燃料不足，具有突出的現(xiàn)實(shí)意義、環(huán)保意義和可觀的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
2. 本專利是一種利用農(nóng)村普通沼氣生產(chǎn)可車(chē)用或民用的天然氣級(jí)精制沼氣的集成工藝 和方法，尤其對(duì)于利用有機(jī)廢棄物開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能，代替天然氣具有重要意義。
3. 本專利所涉及的工藝系統(tǒng)集成度高，具有占地面積小、處理量靈活、設(shè)備壽命長(zhǎng)、易 于維護(hù)、.自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)今該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。
4. 本專利是到目前為止有關(guān)沼氣凈化精制方法中投資最省、效果最好的方法。


圖l:沼氣除雜、提純生產(chǎn)民用及車(chē)用天然氣級(jí)精制沼氣集成工藝系統(tǒng)。
圖中(1)脫氨單元；(2)初步脫水、除塵單元；(3)脫硫單元；(4)脫碳單元；(5)
脫氧單元；(6)深度脫水單元；(7)壓縮集儲(chǔ)單元；(8)市場(chǎng)、用戶；(9) C02富集及利用單元。
具體實(shí)施方式
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1.配套的沼氣工程本專利要求配套的沼氣工程日產(chǎn)沼氣量應(yīng)在500Nm3以上，生產(chǎn)沼氣
的原料可以是糞污、秸桿、生活垃圾以及城市垃圾等任 生物質(zhì)，以及高濃度有機(jī)廢水、廢渣等，如制酒廠、制糖廠等食品工業(yè)和發(fā)酵工業(yè)排出的廢棄物。生產(chǎn)沼氣的方法可以是濕法 也可以是干法。
2. 如圖l中(l)脫氨單元所示，若沼氣原氣中氨的含量超過(guò)5ppm時(shí)，則首先經(jīng)脫氨單 元進(jìn)行處理。否則，直接采用如圖1中(2)初步脫水、除塵單元所示，旋風(fēng)分離裝置對(duì)沼氣 原氣進(jìn)行除塵和初步脫水。
3. 如圖1中的(3)脫硫單元所示，采用納微米吸附材料和經(jīng)過(guò)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)的脫硫裝 置進(jìn)行高效脫硫，使脫硫后的沼氣中H2S的含量小于15ppm。并視脫硫單元入口處沼氣壓力的 大小決定是否配置鼓風(fēng)機(jī)。
4. 如圖1中的(4)脫碳單元所示，采用多級(jí)膜分離法脫碳， 一級(jí)膜滲透氣中C02含量 為85 90%和少量CH4、 H2等氣體，采用低熱值氣特種燃燒機(jī)利用掉一級(jí)膜滲透氣，產(chǎn)生的熱 為(3)和沼氣池進(jìn)行供熱。二級(jí)膜滲透氣中CH4含量在40 50%，回流到(4)脫碳單元入口 處，實(shí)施重脫，以提高沼氣中CH4的回收率，使脫碳后氣體的CH,含量達(dá)到9跳以上。
5. 如圖l中的(5)脫氧單元所示，經(jīng)過(guò)脫氧裝置后，使02《0.5%，以確保精制沼氣壓 縮機(jī)及壓縮過(guò)程的安全。
6. 如圖1中的(6)深度脫水單元所示，采用PSA變壓吸附脫水，使H20《7. 8mg/Nm3， 以確保精制沼氣高壓壓縮儲(chǔ)運(yùn)的安全要求。
7. 如圖1中的(7)壓縮集儲(chǔ)單元所示，根據(jù)具體應(yīng)用情況，分別將精制沼氣壓縮于氣 柜或氣罐中，為如圖l中(8)所示的巿場(chǎng)或用戶提供民用或車(chē)用燃料。
8. 如圖1中的(9) 二氧化碳富集及利用單元所示，由一級(jí)膜滲透出的低熱值燃?xì)饨?jīng)特 種燃燒機(jī)燃燒，產(chǎn)生的高濃度的二氧化碳可進(jìn)行富集和深加工利用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程二氧化碳 的零排放。
9. 實(shí)例說(shuō)明以設(shè)計(jì)日處理原沼氣900立方米、生產(chǎn)車(chē)用精制沼氣的裝置為例，設(shè)備投 資160萬(wàn)元，包括圖1中所有設(shè)備、儀表、管線的購(gòu)置與安裝，不包括廠房、土地、設(shè)備基 礎(chǔ)，原料沼氣柜中原沼氣成份穩(wěn)定在CH4 55-60% ， C02 30-38% ， H20(g) 2-3% ， H2S 500-1500PPm， 經(jīng)純化濃縮制取的精制沼氣，其中CH4》98%， C02《3%， H2S《15 ppm， 02《0.5%， H20《 7.8mg/m3，常壓露點(diǎn)為-13'C，設(shè)備對(duì)甲烷的總收率達(dá)到95%以上，每日可生產(chǎn)天然氣級(jí)車(chē)用 精制沼氣燃料495立方米，等價(jià)于500多kg汽油(約合630L)，可充裝容積為70L(壓力20MPa) 的車(chē)用天然氣鋼瓶30個(gè)，可供100KM耗油8L的汽車(chē)行走7800KM。
權(quán)利要求
1.本專利涉及一種復(fù)合分步分離方式的將沼氣經(jīng)濟(jì)、高效地精制成天然氣級(jí)燃料的方法。其特征是基于納微米吸附材料和組合優(yōu)化配置技術(shù)的脫除沼氣中的H2S和基于具有滲透氣回流的多級(jí)膜分離技術(shù)高效去除沼氣中的CO2和殘存H2S，以及高效脫除沼氣中的水。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合分步分離方式的將沼氣經(jīng)濟(jì)、高效地精制成天然氣級(jí) 燃料的方法，其特征是經(jīng)脫氨、旋風(fēng)分離脫水，經(jīng)過(guò)多級(jí)膜分離裝置，經(jīng)過(guò)變壓吸附深度 脫水，使最終精制沼氣壓縮前的含水量不超過(guò)7.8mg/Nm3。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合分步分離方式的將沼氣經(jīng)濟(jì)、高效地精制成天然氣級(jí) 燃料的方法。其特征是基于納微米材料和組合優(yōu)化技術(shù)的新型高效脫硫技術(shù)和脫硫劑。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合分歩分離方式的將沼氣經(jīng)濟(jì)、高效地精制成天然氣級(jí)燃料的方法，其特征是基于膜材料、膜組件技術(shù)及氣體膜技術(shù)，以及具有滲透氣回流再分離及低熱值殘氣回收利用的多級(jí)膜分離CH4/C02氣體，高效深度脫除沼氣中的C02。
5. 按照權(quán)利要求l、 2、 3和4所述的一種復(fù)合分步分離方式的將沼氣經(jīng)濟(jì)、高效地精制 成天然氣級(jí)燃料的方法，其特征是以普通沼氣為原氣；提純后的沼氣中甲烷含量達(dá)到98%， 甲烷回收率達(dá)到95%; H2S含量不超過(guò)15 ppm。
6. 按照權(quán)利要求1、 2、 3、 4和5所述的一種復(fù)合分步分離方式的將沼氣經(jīng)濟(jì)、高效地 精制成天然氣級(jí)燃料的方法，其特征是可以處理用各種生物質(zhì)原料和用各種技術(shù)方式生產(chǎn) 的原沼氣，適用于日處理原沼氣500Nn^及其以上規(guī)模。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)合分步分離方式的將沼氣凈化精制成民用天然氣級(jí)氣體燃料和車(chē)用天然氣級(jí)燃料的方法。目前，我國(guó)沼氣一般不進(jìn)行深度脫水、脫硫和脫碳處理，常只進(jìn)行初步脫硫和脫水，由于普通沼氣含有硫、CO₂等雜質(zhì)，其體積熱值低、含有害氣體雜質(zhì)高、品位差，無(wú)法達(dá)到車(chē)用壓縮天然氣標(biāo)準(zhǔn)。本方法概括為采用基于納微米材料和組合優(yōu)化配置技術(shù)的新型高效脫硫技術(shù)和具有滲透氣回流和殘氣利用功能的多級(jí)膜分離復(fù)合分步分離的方法，將沼氣進(jìn)行高效去雜、純化和深加工，使傳統(tǒng)的沼氣成為具有天然氣同樣的高熱值和清潔品質(zhì)的精制沼氣——天然氣的系統(tǒng)方法和技術(shù)，所生產(chǎn)的精制沼氣各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《車(chē)用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，以實(shí)現(xiàn)沼氣的高值利用。
文檔編號(hào)C10L3/00GK101671585SQ200810137079
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者劉向東, 雪 孫, 孫國(guó)勇, 常同力, 徐凱宏, 曹有為, 曾其良, 李二平, 梁素鈺, 沈永亮, 潘啟明, 王述洋, 譚文英, 谷志新, 軍 趙 申請(qǐng)人:譚文英;梁素鈺;王述洋