CN104152203B - 一种利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法，先用200目不锈钢筛网对沼液进行过滤，随后进入沉降池沉降，以便降低沼液中的氨、氮、磷物，之后将沼液送入水洗塔作为吸附剂。沼气经过过滤器过滤后，通过压缩机加压至1MPa，进入水洗塔，与处理后的沼液逆流接触吸收。利用本发明的方法，净化后沼气中CH₄体积浓度大于88％，CO₂体积分数小于10％，沼气热值得到提高。应用该方法，不仅减少了自来水消耗量，而且解决了沼液可生化性差，随意排放会引起湖泊河流富营养化、土壤和地下水污染等环境问题。

Description

一种利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法

技术领域

本发明涉及一种利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法。

背景技术

随着经济的快速发展，我国对天然气能源的需求也越来越高。据有关数据显示，2009年全国天然气产量852.69亿m³，消费量为887亿m³，供需缺口高达34亿m³。据《中国可持续发展油气资源战略研究》报告预测，到2020年中国天然气的年需求量将达到2500亿m³，缺口将达到900亿m³。沼气是一种优质的可再生生物质能源，具有抗爆性良好和燃烧产物清洁等特点，其热值约为20MJ/m³～25MJ/m³。沼气经过净化处理后，可制成高纯度生物质甲烷，热值可以达到35.91MJ/m³，相当于1.1L汽油，可以作为常规天然气的代替品。

沼液是秸秆与牲畜粪尿在密闭条件下发酵产生沼气过程中的形成的伴随产物，其养分含量因投料基质的不同而有差异。沼液中一般富含氮、磷等营养元素和有机质，如何将其资源化利用已成为目前的研究热点。而且沼液可生化性差，如得不到妥善处理，随意排放会引起湖泊河流富营养化、土壤和地下水污染的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法，在制取高纯度生物质甲烷和提高沼气热值的同时解决沼液排放带来的环境问题。

针对上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法，工艺步骤如下：

(1)从沼气发酵池出来的沼液用筛网过滤，进行固液分离；

(2)经过步骤(1)过滤的沼液进入沉降池沉降，之后将沼液从水洗塔上部泵送入水洗塔，作为吸附剂吸附沼气中CO₂和H₂S；

(3)用过滤器对沼气过滤；

(4)用压缩机将沼气加压后从水洗塔塔底输送进水洗塔，沼气与步骤(2)进入水洗塔的沼液逆流接触，沼气中CO₂和H₂S被沼液吸收，吸收液从水洗塔底部排出；

(5)从水洗塔塔顶排出的沼气进入分子筛干燥器干燥，即得高纯度生物质甲烷。

所述步骤(1)中筛网为200目不锈钢筛网。

所述步骤(2)中沉降时间2h～3h，沼液泵送进入水洗塔的流量为180m³/h。

所述步骤(3)中过滤器为高效除尘过滤器，型号为ZFC-40/2.5，过滤精度1μm，滤芯材质为烧结碳纤维。

所述步骤(4)中压缩机为ZW-0.5/10型沼气压缩机，结构为立式、无油润滑、活塞式；一级压缩，排气压力1MPa。

所述水洗塔塔高3m，塔径0.7m，填料层高度为1.3m，填料采用塑料阶梯环填料，规格为50×25×1.5。

所述步骤(4)中沼气从水洗塔塔底进入水洗塔的流量为40m³/h。

所述步骤(5)中干燥器为吸附式沼气分子筛干燥器，型号为GZF(S)-40/2.5。

本发明利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法，净化后沼气中CH₄体积浓度大于88％，CO₂体积分数小于10％，沼气热值得到提高。应用该方法，不仅减少了自来水消耗量，而且解决了沼液可生化性差，随意排放会引起湖泊河流富营养化、土壤和地下水污染等环境问题。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法，基于如下原理：利用CO₂在加压情况下，在水中溶解度与CH₄差异较大这一特性，用水吸收加压后沼气中的CO₂气体，从而实现沼气的净化。根据实验和模拟数据分析，室温时(25℃)，随着气相总压的增加，水溶液中CO₂，H₂S的物质的量分数与CH₄的物质的量分数的差值越来越大。因此，水洗的吸收过程是纯粹的物理反应.不但可以去除沼气中的CO₂，还可以去除其中微量的H₂S。本发明的工艺流程如图1所示，沼气池的沼液经筛网过滤、沉降，送入水洗塔作为吸附剂；沼气池的沼气经除尘过滤、加压、送进水洗塔进行净化后干燥，得到产品沼气。

本发明方法采用的吸收液为沼液。沼液是利用秸秆与牲畜粪尿等作为原料，在密闭条件下发酵生产沼气过程中的附带产物，其养分含量因投料基质的不同而有差异。根据调研分析，沼液的主要含有氮、磷、钾、铜、铁、锌等营养物质和重金属，还有一定量的有机质，且化学需氧量(COD)较高，可生化性差，如得不到妥善处理，随意排放会引起湖泊河流富营养化、土壤和地下水污染等环境问题，造成巨大危害。如降低沼液中氮磷钾等营养物质和重金属离子含量，可以使其成为高压水洗工艺的吸收溶液替代品。除了个别的沼液pH较高之外，其它发酵***的沼液pH为6.5～8.1，均在吸收液酸碱度的允许范围内。利用处理后的沼液作为吸收液，泵入水洗塔上部，由上而下与加压后沼气逆流接触，可以吸收沼气中不可燃的CO₂气体和有腐蚀性的H₂S气体。本发明的方法能有效净化处理沼气，净化后沼气中CH₄浓度得到提高，增加了沼气热值，同时解决了沼液随意排放带来的环境污染问题。

实施例1：

桂东某沼气发酵池沼液PH值为6.9～7.2；沼液中氮、磷、钾、铜、铁及有机质含量分别为：0.687g/kg、0.044g/kg、0.421g/kg、0.29mg/kg、2.11mg/kg和217.81g/kg。按如下工艺步骤进行：

(1)从沼气发酵池出来的沼液用200目不锈钢筛网过滤，进行固液分离，同时去除部分氮、磷、钾、铜、铁、锌等营养物质和重金属，以及一定量的有机质；

(2)经过步骤(1)过滤的沼液进入沉降池沉降，沉降时间2h～3h，使悬浮物沉降下来，之后将沼液以180m³/h的流量从水洗塔上部泵送入水洗塔，作为吸附剂吸附沼气中CO₂和H₂S；

(3)用型号为ZFC-40/2.5、过滤精度为1μm、滤芯材质为烧结碳纤维的高效除尘过滤器对沼气过滤；

(4)用型号为ZW-0.5/10型、结构为立式、无油润滑、活塞式的沼气压缩机，一级压缩，将沼气压缩至1MPa后，从水洗塔塔底以40m³/h的流量输送进水洗塔，沼气与步骤(2)进入水洗塔的沼液逆流接触，沼气中CO₂和H₂S被沼液吸收，吸收液从水洗塔底部排出；

(5)从水洗塔塔顶排出的沼气进入型号为GZF(S)-40/2.5的吸附式沼气分子筛干燥器干燥，即得高纯度生物质甲烷。

所述水洗塔塔高3m，塔径0.7m，填料层高度为1.3m，填料采用塑料阶梯环填料，规格为50×25×1.5。

经检测，净化后沼气中CH₄体积浓度为89.3％，CO₂体积浓度为9.2％。

Claims (1)

1.一种利用沼液净化制取高纯度生物质甲烷的方法，其特征是，工艺步骤如下：

（1）从沼气发酵池出来的沼液用筛网过滤，进行固液分离；

（2)经过步骤（1）过滤的沼液进入沉降池沉降，之后将沼液从水洗塔上部泵送入水洗塔，作为吸附剂吸附沼气中CO₂和H₂S；

（3）用过滤器对沼气过滤；

（4）用压缩机将沼气加压后从水洗塔塔底输送进水洗塔，沼气与步骤（2）进入水洗塔的沼液逆流接触，沼气中CO₂和H₂S被沼液吸收，吸收液从水洗塔底部排出；

（5）从水洗塔塔顶排出的沼气进入分子筛干燥器干燥，即得高纯度生物质甲烷；

所述步骤（1）中筛网为200目不锈钢筛网；

所述步骤（3）中过滤器为高效除尘过滤器，型号为ZFC-40/2.5，过滤精度1μm，滤芯材质为烧结碳纤维；

所述水洗塔塔高3m，塔径0.7m，填料层高度为1.3m，填料采用塑料阶梯环填料，规格为50×25×1.5；

所述步骤（2）中沉降时间2h～3h，沼液泵送进入水洗塔的流量为180m³/h；

所述步骤（4）中压缩机为ZW-0.5/10型沼气压缩机，结构为立式、无油润滑、活塞式；一级压缩，排气压力1MPa；

所述步骤（4）中沼气从水洗塔塔底进入水洗塔的流量为40m³/h；

所述步骤（5）中干燥器为吸附式沼气分子筛干燥器，型号为GZF(S)-40/2.5。