CN111411004A - 一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，包括预处理，将厌氧发酵后产生的沼气依次通入脱硫塔中、干燥塔和过滤塔中进行预处理，利用脱硫塔中的脱硫剂脱除沼气中硫化物，干燥塔中的干燥剂对沼气进行干燥脱水处理，过滤塔的过滤芯过除沼气中的难溶性大颗粒杂质；变压吸附，将压缩沼气通入一级吸附塔中，利用一级吸附塔中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气，然后通入二级吸附塔中，再次吸附CO2得到净化沼气；解吸再生、当一级吸附塔中吸附的CO2达到饱和时，对一级吸附塔和二级吸附塔进行抽真空操作，使CO2气体解吸、释放；本发明工艺设计合理，沼气提纯效率高，适宜大量推广。

Description

一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法和装置
技术领域
本发明涉及沼气净化技术领域，具体涉及一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法和装置。
背景技术
沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷，含量约为50-75％，其次是25-45％的二氧化碳，此外还有其它气体，如硫化氢、一氧化碳、氮气、水蒸气、氧气等。沼气的净化主要是对沼气中的硫化氢、二氧化碳、二氧化硫、卤化混合气体和硅氧烷的去除。变压吸附是沼气提纯至天然气的重要工序，变压吸附是指，在一定的温度下，通过加压吸附与减压或常压解吸或冲洗置换再生的循环过程，将混合物气体实现分离提纯与净化。可见，PSA是通过改变压力来达到吸附和解吸的目的。吸附常常是在压力环境下进行的，变压吸附提出了加压和减压相结合的方法，在一定温度下，它通常是由加压吸附、减压再生所组成的吸附-解吸循环操作***。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，从而实现多组分混合气体分离或净化，外界不需要供给热量便可进行吸附剂的再生，且压力变化在吸附-再生循环操作中可以通过多塔的均压方法得到部分补偿，降低了压力降损失。
但是现有技术中，利用变压吸附原理提纯沼气的工艺结构都较为复杂，这就使得相应设备体积庞大，能耗较高；同时沼气提纯效率较低、效果差。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供了一种提纯效果好、效率高的利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法和装置。
本发明的技术方案为：一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
S11、将厌氧发酵后产生的沼气通入脱硫塔中，利用脱硫塔中的脱硫剂脱出沼气中的硫化物；
S12、将经步骤S11脱硫处理后的沼气通入干燥塔中，脱除脱硫沼气中的水分，使脱硫沼气的含水量为2～9mg/kg，得到干燥沼气；
S13、将步骤S12所得干燥沼气通入过滤塔中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔出气进行调压至0.5～1.0MPa，得到压缩沼气；
S2、变压吸附；
S21、将步骤S13所得压缩沼气间歇性通入一级吸附塔中，利用一级吸附塔中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气；其中，控制压缩沼气的流量为1～3m3/h，进气间歇时间为3～5min，进气温度为50～150℃；
S22、将步骤S21所得初级净化沼气调压至1.0～1.5MPa，然后间歇性通入二级吸附塔中，利用二级吸附塔中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到净化沼气；其中，控制初级净化沼气的流量为2～5m3/h，进气间歇时间为1～3min，进气温度为150～250℃；
S3、解吸再生；
当一级吸附塔中吸附的CO2达到饱和时，停止向一级吸附塔中通入压缩沼气，同时对一级吸附塔和二级吸附塔进行抽真空操作，使一级吸附塔和二级吸附塔中吸附于提纯吸附剂上的CO2气体解吸，并进行释放，实现提纯吸附剂再生。
进一步地，步骤S11中，脱硫剂由以下重量份的原料构成：有机胺脱硫剂15～30份、亚砜8～15份、聚乙二醇1～8份、碳酸丙烯酯5～16份、去离子水20～35份，此配比下的脱硫剂具有较长的使用周期，从而降低了脱硫剂的更换频率，提高经济效益。
更进一步地，脱硫剂的制备方法为：将机胺脱硫剂与亚砜、聚乙二醇、混合并进行反应，控制反应pH值为6～8，生成胶体沉淀物；将胶体沉淀物用富氧气体进行氧化，然后进行过滤分离；将过滤后的沉淀物水洗2～5次；然后与碳酸丙烯酯和去离子水均匀混合后的物料在成型机上挤压成型，自然干燥即得脱硫剂；通过脱硫剂将沼气中的硫化物脱除，缓解环境保护方面的压力，同时也提高了沼气的质量。
进一步地，步骤S12中，干燥塔中所用干燥剂为复合干燥剂，复合干燥剂由以下重量份的原料复合而成：硫酸镁16～33份、碳酸钠12～21份、氯化钙10～20份、碳酸钙8～23份、氢化钙7～19份、去离子水10～25份；此配比下的干燥剂能够对沼气中的各种杂质气体进行干燥，同时具有较高的干燥效率。
进一步地，步骤S13中，过滤塔中滤膜为聚酰胺纤维膜、聚酰亚胺中空纤维膜、聚偏氟乙烯中空纤维膜中的一种。
进一步地，步骤S21中，提纯吸附剂由以下重量份的原料构成：氧化铝15～26份、碳分子筛5～18份、硫酸钠8～17份、沸石10～23份、去离子水18～30份，此配比下的提纯吸附剂沼气中的二氧化碳气体具有较好的吸附性能，吸附过程不产生副产物，提高了二氧化碳吸附剂的吸附效率。
更进一步地，提纯吸附剂的制备方法为：1、将去离子水加入水热釜中，然后将氧化铝和碳分子筛加入水热釜中，并搅拌均匀；2、将硫酸钠配置成盐溶液，并加入到水热釜中；3、最后将沸石加入到水热釜中进行反应，控制水热釜温度为90～130℃，反应时间为20～50min，反应完成后将反应物料冷却处理，即得提纯吸附剂。
一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的装置，包括脱硫塔、干燥塔、过滤塔、一级吸附塔和二级吸附塔；脱硫塔、干燥塔、过滤塔、一级吸附塔和二级吸附塔依次通过导管连接，脱硫塔内部从上至下依次设置有罗茨风机和脱硫组件，罗茨风机的出风口通过导管与干燥塔连接，脱硫塔侧壁下端设置有进风口，脱硫组件包括固定套管、透气板和脱硫剂载体架，固定套管竖直设置在脱硫塔内部，透气板和脱硫剂载体架依次套设在固定套管上，且透气板位于脱硫剂载体架下端，脱硫剂载体架上设置有脱硫剂；干燥塔内部设置有干燥剂放置架，干燥剂放置架包括外套管和内套管，内套管套设在外套管内部，且内套管和外套管设置有连接板，连接板成对设置有5-8组，5-8组连接板将内套管和外套管围成的区域分割成5-8个干燥区和进气区，每个连接板上均设置有开孔，干燥区内部设置有干燥剂；过滤塔内部设置有过滤芯，过滤芯上下两端分别通过安装板与过滤塔固定连接，且过滤芯下端封闭，上端贯穿安装板，过滤塔下端的安装板上均匀设置有通孔，通孔位于过滤芯的外侧；一级吸附塔内部上下两端均设置有匀气板，两个匀气板之间设置有放置网筒，放置网筒内部设置有提纯吸附剂，一级吸附塔上端设置有解吸口，解吸口上设置有控制阀，二级吸附塔与一级吸附塔的结构相同，二级吸附塔上设置有排气口，排气口上设置控制阀，且二级吸附塔、一级吸附塔和过滤塔之间的连接导管上均设置有控制阀。
进一步地，透气板和脱硫剂载体架成对设置有3-6个，通过设置3-6个透气板和脱硫剂载体架，延长了沼气与脱硫剂的接触时间，进而提高了沼气的脱硫效果。
进一步地，过滤芯设置有5-8个，5-8个过滤芯均匀分布在两个安装板之间，通过设置5-8个过滤芯，提高了过滤芯单位时间内的进气量，提高沼气过滤效果。
本发明的装置工作原理为：使用时，将待净化沼气通过进风口通入脱硫塔中，沼气在罗茨风机的作用下依次通过透气板和脱硫剂载体架，沼气中的硫化物被脱硫载体架上的脱硫剂吸收；脱硫后的沼气通过导管进入干燥塔中，首先进入进气区，然后通过连接板上的开孔进入干燥区，被干燥区的干燥剂干燥脱水；干燥脱水后的沼气通过导管进入过滤塔中，沼气由过滤芯外部进入过滤芯内部，沼气中的大颗粒杂质被过滤芯滤除，过滤后的沼气通过过滤芯上端排出；过滤后的沼气通过导管进入一级吸附塔中，通过一级吸附塔底部的匀气板后被放置网筒内部的提纯吸附剂吸附处理，沼气中的二氧化碳被吸附，然后经过一级吸附塔顶部的匀气板排出，进入二级吸附塔，最后经过排气口排出洁净的沼气；当一级吸附塔和二级吸附塔中提纯吸附剂的吸附量达到饱时，关闭过滤塔、一级吸附塔和二级吸附塔之间的控制阀，关闭排气口上的控制阀，同时打开两个解吸口上的控制阀，并对一级吸附塔和二级吸附塔进行抽真空操作，使一级吸附塔和二级吸附塔内部的提纯吸附剂上吸附的二氧化碳解吸出来。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明工艺结构设计合理，沼气提纯之前对沼气进行脱硫、干燥和过滤处理，去除沼气中的含硫气体、水分以及不溶性颗粒杂质，避免酸性气体和水分对设备造成腐蚀，提高了本发明工艺的实用性和可靠性，通过变压吸附原理对沼气中的二氧化碳气体进行吸附，有效提高了沼气中甲烷的浓度，同时将吸附的二氧化碳解吸后能够回收利用，不仅减少了二氧化碳的排放，同时也减小了本发明装置的负荷；通过本发明的工艺对沼气进行提纯净化，整个工艺流程无有毒有害气体排放，满足沼气净化标准的前提下，有效促进了环境与社会的和谐发展。
附图说明
图1是本发明的装置的结构示意图；
图2是本发明的脱硫组件的结构示意图；
图3是本发明的内套管和外套管的连接示意图；
图4是本发明的过滤芯与安装板的连接示意图；
其中，1-脱硫塔、10-罗茨风机、11-脱硫组件、110-固定套管、111-透气板、112-脱硫剂载体架、12-进风口、2-干燥塔、20-干燥剂放置架、200-外套管、201-内套管、202-连接板、203-干燥区、204-进气区、3-过滤塔、30-过滤芯、31-安装板、310-通孔、4-一级吸附塔、40-匀气板、41-放置网筒、42-解吸口、420-控制阀、5-二级吸附塔、50-排气口。
具体实施方式
实施例1：一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
S11、将厌氧发酵后产生的沼气通入脱硫塔1中，利用脱硫塔1中的脱硫剂脱出沼气中的硫化物，脱硫剂为市售的沼气脱硫剂；
S12、将经步骤S11脱硫处理后的沼气通入干燥塔2中，脱除脱硫沼气中的水分，使脱硫沼气的含水量为2mg/kg，得到干燥沼气；干燥塔2中所用干燥剂为市售的硅胶干燥剂；
S13、将步骤S12所得干燥沼气通入过滤塔3中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔3出气进行调压至0.5MPa，得到压缩沼气；过滤塔3中滤膜为聚酰胺纤维膜；
S2、变压吸附；
S21、将步骤S13所得压缩沼气间歇性通入一级吸附塔4中，利用一级吸附塔4中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气；其中，控制压缩沼气的流量为1m3/h，进气间歇时间为3min，进气温度为50℃；提纯吸附剂为市售的活性炭吸附剂；
S22、将步骤S21所得初级净化沼气调压至1.0MPa，然后间歇性通入二级吸附塔5中，利用二级吸附塔5中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到净化沼气；其中，控制初级净化沼气的流量为2m3/h，进气间歇时间为1min，进气温度为150℃；提纯吸附剂为市售的活性炭吸附剂；
S3、解吸再生；
当一级吸附塔4中吸附的CO2达到饱和时，停止向一级吸附塔4中通入压缩沼气，同时对一级吸附塔4和二级吸附塔5进行抽真空操作，使一级吸附塔4和二级吸附塔5中吸附于提纯吸附剂上的CO2气体解吸，并进行释放，实现提纯吸附剂再生。
实施例2：一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
S11、将厌氧发酵后产生的沼气通入脱硫塔1中，利用脱硫塔1中的脱硫剂脱出沼气中的硫化物，脱硫剂为市售的沼气脱硫剂；
S12、将经步骤S11脱硫处理后的沼气通入干燥塔2中，脱除脱硫沼气中的水分，使脱硫沼气的含水量为6mg/kg，得到干燥沼气；干燥塔2中所用干燥剂为市售的硅胶干燥剂；
S13、将步骤S12所得干燥沼气通入过滤塔3中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔3出气进行调压至0.8MPa，得到压缩沼气；过滤塔3中滤膜为聚酰亚胺中空纤维膜；
S2、变压吸附；
S21、将步骤S13所得压缩沼气间歇性通入一级吸附塔4中，利用一级吸附塔4中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气；其中，控制压缩沼气的流量为2m3/h，进气间歇时间为3min，进气温度为80℃；提纯吸附剂为市售的活性炭吸附剂；
S22、将步骤S21所得初级净化沼气调压至1.2MPa，然后间歇性通入二级吸附塔5中，利用二级吸附塔5中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到净化沼气；其中，控制初级净化沼气的流量为4m3/h，进气间歇时间为23min，进气温度为180℃；
S3、解吸再生；
当一级吸附塔4中吸附的CO2达到饱和时，停止向一级吸附塔4中通入压缩沼气，同时对一级吸附塔4和二级吸附塔5进行抽真空操作，使一级吸附塔4和二级吸附塔5中吸附于提纯吸附剂上的CO2气体解吸，并进行释放，实现提纯吸附剂再生。
实施例3：一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
S11、将厌氧发酵后产生的沼气通入脱硫塔1中，利用脱硫塔1中的脱硫剂脱出沼气中的硫化物，步骤S11中，脱硫剂由以下重量份的原料构成：有机胺脱硫剂15份、亚砜8份、聚乙二醇1份、碳酸丙烯酯5份、去离子水20份，此配比下的脱硫剂具有较长的使用周期，从而降低了脱硫剂的更换频率，提高经济效益；脱硫剂的制备方法为：将机胺脱硫剂与亚砜、聚乙二醇、混合并进行反应，控制反应pH值为6，生成胶体沉淀物；将胶体沉淀物用富氧气体进行氧化，然后进行过滤分离；将过滤后的沉淀物水洗2次；然后与碳酸丙烯酯和去离子水均匀混合后的物料在成型机上挤压成型，自然干燥即得脱硫剂；通过脱硫剂将沼气中的硫化物脱除，缓解环境保护方面的压力，同时也提高了沼气的质量；
S12、将经步骤S11脱硫处理后的沼气通入干燥塔2中，脱除脱硫沼气中的水分，使脱硫沼气的含水量为9mg/kg，得到干燥沼气；干燥塔2中所用干燥剂为市售的硅胶干燥剂；
S13、将步骤S12所得干燥沼气通入过滤塔3中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔3出气进行调压至1.0MPa，得到压缩沼气；过滤塔3中滤膜为聚偏氟乙烯中空纤维膜；
S2、变压吸附；
S21、将步骤S13所得压缩沼气间歇性通入一级吸附塔4中，利用一级吸附塔4中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气；其中，控制压缩沼气的流量为3m3/h，进气间歇时间为5min，进气温度为150℃；提纯吸附剂为市售的活性炭吸附剂；
S22、将步骤S21所得初级净化沼气调压至1.5MPa，然后间歇性通入二级吸附塔5中，利用二级吸附塔5中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到净化沼气；其中，控制初级净化沼气的流量为5m3/h，进气间歇时间为3min，进气温度为250℃；
S3、解吸再生；
当一级吸附塔4中吸附的CO2达到饱和时，停止向一级吸附塔4中通入压缩沼气，同时对一级吸附塔4和二级吸附塔5进行抽真空操作，使一级吸附塔4和二级吸附塔5中吸附于提纯吸附剂上的CO2气体解吸，并进行释放，实现提纯吸附剂再生。
实施例4：一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
S11、将厌氧发酵后产生的沼气通入脱硫塔1中，利用脱硫塔1中的脱硫剂脱出沼气中的硫化物，步骤S11中，脱硫剂由以下重量份的原料构成：有机胺脱硫剂30份、亚砜15份、聚乙二醇8份、碳酸丙烯酯16份、去离子水30份，此配比下的脱硫剂具有较长的使用周期，从而降低了脱硫剂的更换频率，提高经济效益；脱硫剂的制备方法为：将机胺脱硫剂与亚砜、聚乙二醇、混合并进行反应，控制反应pH值为8，生成胶体沉淀物；将胶体沉淀物用富氧气体进行氧化，然后进行过滤分离；将过滤后的沉淀物水洗5次；然后与碳酸丙烯酯和去离子水均匀混合后的物料在成型机上挤压成型，自然干燥即得脱硫剂；通过脱硫剂将沼气中的硫化物脱除，缓解环境保护方面的压力，同时也提高了沼气的质量；
S12、将经步骤S11脱硫处理后的沼气通入干燥塔2中，脱除脱硫沼气中的水分，使脱硫沼气的含水量为8mg/kg，得到干燥沼气；干燥塔2中所用干燥剂为复合干燥剂，复合干燥剂由以下重量份的原料复合而成：硫酸镁16份、碳酸钠12份、氯化钙10份、碳酸钙8份、氢化钙7份、去离子水10份；此配比下的干燥剂能够对沼气中的各种杂质气体进行干燥，同时具有较高的干燥效率；
S13、将步骤S12所得干燥沼气通入过滤塔3中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔3出气进行调压至0.5MPa，得到压缩沼气；过滤塔3中滤膜为聚酰亚胺中空纤维膜；
S2、变压吸附；
S21、将步骤S13所得压缩沼气间歇性通入一级吸附塔4中，利用一级吸附塔4中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气；其中，控制压缩沼气的流量为1m3/h，进气间歇时间为3min，进气温度为50℃；提纯吸附剂为市售的活性炭吸附剂；
S22、将步骤S21所得初级净化沼气调压至1.0MPa，然后间歇性通入二级吸附塔5中，利用二级吸附塔5中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到净化沼气；其中，控制初级净化沼气的流量为2m3/h，进气间歇时间为2min，进气温度为150℃；提纯吸附剂为市售的活性炭吸附剂；
S3、解吸再生；
当一级吸附塔4中吸附的CO2达到饱和时，停止向一级吸附塔4中通入压缩沼气，同时对一级吸附塔4和二级吸附塔5进行抽真空操作，使一级吸附塔4和二级吸附塔5中吸附于提纯吸附剂上的CO2气体解吸，并进行释放，实现提纯吸附剂再生。
实施例5：一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
S11、将厌氧发酵后产生的沼气通入脱硫塔1中，利用脱硫塔1中的脱硫剂脱出沼气中的硫化物，步骤S11中，脱硫剂由以下重量份的原料构成：有机胺脱硫剂22份、亚砜13份、聚乙二醇7份、碳酸丙烯酯13份、去离子水35份，此配比下的脱硫剂具有较长的使用周期，从而降低了脱硫剂的更换频率，提高经济效益；脱硫剂的制备方法为：将机胺脱硫剂与亚砜、聚乙二醇、混合并进行反应，控制反应pH值为7，生成胶体沉淀物；将胶体沉淀物用富氧气体进行氧化，然后进行过滤分离；将过滤后的沉淀物水洗4次；然后与碳酸丙烯酯和去离子水均匀混合后的物料在成型机上挤压成型，自然干燥即得脱硫剂；通过脱硫剂将沼气中的硫化物脱除，缓解环境保护方面的压力，同时也提高了沼气的质量；
S12、将经步骤S11脱硫处理后的沼气通入干燥塔2中，脱除脱硫沼气中的水分，使脱硫沼气的含水量为3mg/kg，得到干燥沼气；干燥塔2中所用干燥剂为复合干燥剂，复合干燥剂由以下重量份的原料复合而成：硫酸镁33份、碳酸钠21份、氯化钙20份、碳酸钙23份、氢化钙19份、去离子水18份；此配比下的干燥剂能够对沼气中的各种杂质气体进行干燥，同时具有较高的干燥效率；
S13、将步骤S12所得干燥沼气通入过滤塔3中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔3出气进行调压至1.0MPa，得到压缩沼气；过滤塔3中滤膜为聚偏氟乙烯中空纤维膜；
S2、变压吸附；
S21、将步骤S13所得压缩沼气间歇性通入一级吸附塔4中，利用一级吸附塔4中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气；其中，控制压缩沼气的流量为3m3/h，进气间歇时间为5min，进气温度为150℃；提纯吸附剂由以下重量份的原料构成：氧化铝15份、碳分子筛5份、硫酸钠8份、沸石10份、去离子水25份，此配比下的提纯吸附剂沼气中的二氧化碳气体具有较好的吸附性能，吸附过程不产生副产物，提高了二氧化碳吸附剂的吸附效率；提纯吸附剂的制备方法为：1、将去离子水加入水热釜中，然后将氧化铝和碳分子筛加入水热釜中，并搅拌均匀；2、将硫酸钠配置成盐溶液，并加入到水热釜中；3、最后将沸石加入到水热釜中进行反应，控制水热釜温度为90℃，反应时间为20min，反应完成后将反应物料冷却处理，即得提纯吸附剂；
S22、将步骤S21所得初级净化沼气调压至1.5MPa，然后间歇性通入二级吸附塔5中，利用二级吸附塔5中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到净化沼气；其中，控制初级净化沼气的流量为5m3/h，进气间歇时间为3min，进气温度为250℃；
S3、解吸再生；
当一级吸附塔4中吸附的CO2达到饱和时，停止向一级吸附塔4中通入压缩沼气，同时对一级吸附塔4和二级吸附塔5进行抽真空操作，使一级吸附塔4和二级吸附塔5中吸附于提纯吸附剂上的CO2气体解吸，并进行释放，实现提纯吸附剂再生。
实施例6：一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，包括以下步骤：
S1、预处理；
S11、将厌氧发酵后产生的沼气通入脱硫塔1中，利用脱硫塔1中的脱硫剂脱出沼气中的硫化物，步骤S11中，脱硫剂由以下重量份的原料构成：有机胺脱硫剂22份、亚砜11份、聚乙二醇6份、碳酸丙烯酯12份、去离子水35份，此配比下的脱硫剂具有较长的使用周期，从而降低了脱硫剂的更换频率，提高经济效益；脱硫剂的制备方法为：将机胺脱硫剂与亚砜、聚乙二醇、混合并进行反应，控制反应pH值为7，生成胶体沉淀物；将胶体沉淀物用富氧气体进行氧化，然后进行过滤分离；将过滤后的沉淀物水洗3次；然后与碳酸丙烯酯和去离子水均匀混合后的物料在成型机上挤压成型，自然干燥即得脱硫剂；通过脱硫剂将沼气中的硫化物脱除，缓解环境保护方面的压力，同时也提高了沼气的质量；
S12、将经步骤S11脱硫处理后的沼气通入干燥塔2中，脱除脱硫沼气中的水分，使脱硫沼气的含水量为2mg/kg，得到干燥沼气；干燥塔2中所用干燥剂为复合干燥剂，复合干燥剂由以下重量份的原料复合而成：硫酸镁26份、碳酸钠18份、氯化钙16份、碳酸钙15份、氢化钙16份、去离子水25份；此配比下的干燥剂能够对沼气中的各种杂质气体进行干燥，同时具有较高的干燥效率；
S13、将步骤S12所得干燥沼气通入过滤塔3中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔3出气进行调压至0.8MPa，得到压缩沼气；过滤塔3中滤膜为聚酰胺纤维膜；
S2、变压吸附；
S21、将步骤S13所得压缩沼气间歇性通入一级吸附塔4中，利用一级吸附塔4中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气；其中，控制压缩沼气的流量为2m3/h，进气间歇时间为4min，进气温度为80℃；提纯吸附剂由以下重量份的原料构成：氧化铝22份、碳分子筛13份、硫酸钠15份、沸石19份、去离子水30份，此配比下的提纯吸附剂沼气中的二氧化碳气体具有较好的吸附性能，吸附过程不产生副产物，提高了二氧化碳吸附剂的吸附效率；提纯吸附剂的制备方法为：1、将去离子水加入水热釜中，然后将氧化铝和碳分子筛加入水热釜中，并搅拌均匀；2、将硫酸钠配置成盐溶液，并加入到水热釜中；3、最后将沸石加入到水热釜中进行反应，控制水热釜温度为110℃，反应时间为40min，反应完成后将反应物料冷却处理，即得提纯吸附剂；
S22、将步骤S21所得初级净化沼气调压至1.5MPa，然后间歇性通入二级吸附塔5中，利用二级吸附塔5中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到净化沼气；其中，控制初级净化沼气的流量为4m3/h，进气间歇时间为2min，进气温度为150℃；
S3、解吸再生；
当一级吸附塔4中吸附的CO2达到饱和时，停止向一级吸附塔4中通入压缩沼气，同时对一级吸附塔4和二级吸附塔5进行抽真空操作，使一级吸附塔4和二级吸附塔5中吸附于提纯吸附剂上的CO2气体解吸，并进行释放，实现提纯吸附剂再生。
上述实施例1-6所用的高效提纯沼气的装置，如图1、2、3、4所示，包括脱硫塔1、干燥塔2、过滤塔3、一级吸附塔4和二级吸附塔5；脱硫塔1、干燥塔2、过滤塔3、一级吸附塔4和二级吸附塔5依次通过导管连接，脱硫塔1内部从上至下依次设置有罗茨风机10和脱硫组件11，罗茨风机10的出风口通过导管与干燥塔2连接，脱硫塔1侧壁下端设置有进风口12，脱硫组件11包括固定套管110、透气板111和脱硫剂载体架112，固定套管110竖直设置在脱硫塔1内部，透气板111和脱硫剂载体架112依次套设在固定套管110上，且透气板111位于脱硫剂载体架112下端，脱硫剂载体架112上设置有脱硫剂；透气板111和脱硫剂载体架112成对设置有4个，通过设置4个透气板111和脱硫剂载体架112，延长了沼气与脱硫剂的接触时间，进而提高了沼气的脱硫效果；干燥塔2内部设置有干燥剂放置架20，干燥剂放置架20包括外套管200和内套管201，内套管201套设在外套管200内部，且内套管201和外套管200设置有连接板202，连接板202成对设置有5-8组，5-8组连接板202将内套管200和外套管201围成的区域分割成5-8个干燥区203和进气区204，每个连接板202上均设置有开孔，干燥区203内部设置有干燥剂；过滤塔3内部设置有过滤芯30，过滤芯30上下两端分别通过安装板31与过滤塔3固定连接，且过滤芯30下端封闭，上端贯穿安装板31，过滤塔3下端的安装板31上均匀设置有通孔310，过滤芯30设置有7个，7个过滤芯30均匀分布在两个安装板31之间，通过设置7个过滤芯30，提高了过滤芯30单位时间内的进气量，提高沼气过滤效果；通孔310位于过滤芯30的外侧；一级吸附塔4内部上下两端均设置有匀气板40，两个匀气板40之间设置有放置网筒41，放置网筒41内部设置有提纯吸附剂，一级吸附塔4上端设置有解吸口42，解吸口42上设置有控制阀420，二级吸附塔5与一级吸附塔4的结构相同，二级吸附塔5上设置有排气口50，排气口50上设置控制阀420，且二级吸附塔5、一级吸附塔4和过滤塔3之间的连接导管上均设置有控制阀420。
试验例：分别对实施例1-6所得纯净沼气中各项指标进行检测，检测结果如表1所示：
表1不同反应条件下纯净沼气中各项指标变化；
Figure BDA0002432524050000141
通过表1可知，通过本发明的工艺，能够有效脱除沼气中的CO2和H2S气体，减少杂质气体对设备的腐蚀；同时提高沼气中甲烷的浓度，提高经济效益。

Claims (10)

1.一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预处理；
S11、将厌氧发酵后产生的沼气通入脱硫塔(1)中，利用脱硫塔(1)中的脱硫剂脱出沼气中的硫化物；
S12、将经步骤S11脱硫处理后的沼气通入干燥塔(2)中，脱除脱硫沼气中的水分，使脱硫沼气的含水量为2～9mg/kg，得到干燥沼气；
S13、将步骤S12所得干燥沼气通入过滤塔(3)中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔(3)出气进行调压至0.5～1.0MPa，得到压缩沼气；
S2、变压吸附；
S21、将步骤S13所得压缩沼气间歇性通入一级吸附塔(4)中，利用一级吸附塔(4)中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到初级净化沼气；其中，控制压缩沼气的流量为1～3m3/h，进气间歇时间为3～5min，进气温度为50～150℃；
S22、将步骤S21所得初级净化沼气调压至1.0～1.5MPa，然后间歇性通入二级吸附塔(5)中，利用二级吸附塔(5)中填充的提纯吸附剂对压缩沼气中的CO2进行吸附，得到净化沼气；其中，控制初级净化沼气的流量为2～5m3/h，进气间歇时间为1～3min，进气温度为150～250℃；
S3、解吸再生；
当一级吸附塔(4)中吸附的CO2达到饱和时，停止向一级吸附塔(4)中通入压缩沼气，同时对一级吸附塔(4)和二级吸附塔(5)进行抽真空操作，使一级吸附塔(4)和二级吸附塔(5)中吸附于提纯吸附剂上的CO2气体解吸，并进行释放，实现提纯吸附剂再生。
2.根据权利要求1所述的一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，其特征在于，步骤S11中，所述脱硫剂由以下重量份的原料构成：有机胺脱硫剂15～30份、亚砜8～15份、聚乙二醇1～8份、碳酸丙烯酯5～16份、去离子水20～35份。
3.根据权利要求2所述的一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，其特征在于，所述脱硫剂的制备方法为：将机胺脱硫剂与亚砜、聚乙二醇、混合并进行反应，控制反应pH值为6～8，生成胶体沉淀物；将所述胶体沉淀物用富氧气体进行氧化，然后进行过滤分离；将过滤后的沉淀物水洗2～5次；然后与碳酸丙烯酯和去离子水均匀混合后的物料在成型机上挤压成型，自然干燥即得脱硫剂。
4.根据权利要求1所述的一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，其特征在于，步骤S12中，所述干燥塔(2)中所用干燥剂为复合干燥剂，所述复合干燥剂由以下重量份的原料复合而成：硫酸镁16～33份、碳酸钠12～21份、氯化钙10～20份、碳酸钙8～23份、氢化钙7～19份、去离子水10～25份。
5.根据权利要求1所述的一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，其特征在于，步骤S13中，所述过滤塔(3)中滤膜为聚酰胺纤维膜、聚酰亚胺中空纤维膜、聚偏氟乙烯中空纤维膜中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的方法，其特征在于，步骤S21中，所述提纯吸附剂由以下重量份的原料构成：氧化铝15～26份、碳分子筛5～18份、硫酸钠8～17份、沸石10～23份、去离子水18～30份。
7.一种适用于权利要求1-6任一一项的利用变压吸附原理高效提纯沼气的装置，其特征在于，包括脱硫塔(1)、干燥塔(2)、过滤塔(3)、一级吸附塔(4)和二级吸附塔(5)；所述脱硫塔(1)、干燥塔(2)、过滤塔(3)、一级吸附塔(4)和二级吸附塔(5)依次通过导管连接，脱硫塔(1)内部从上至下依次设置有罗茨风机(10)和脱硫组件(11)，所述罗茨风机(10)的出风口通过导管与所述干燥塔(2)连接，脱硫塔(1)侧壁下端设置有进风口(12)，所述脱硫组件(11)包括固定套管(110)、透气板(111)和脱硫剂载体架(112)，所述固定套管(110)竖直设置在脱硫塔(1)内部，所述透气板(111)和脱硫剂载体架(112)依次套设在固定套管(110)上，且透气板(111)位于脱硫剂载体架(112)下端，脱硫剂载体架(112)上设置有脱硫剂；所述干燥塔(2)内部设置有干燥剂放置架(20)，所述干燥剂放置架(20)包括外套管(200)和内套管(201)，所述内套管(201)套设在外套管(200)内部，且内套管(201)和外套管(200)设置有连接板(202)，所述连接板(202)成对设置有5-8组，5-8组连接板(202)将内套管(200)和外套管(201)围成的区域分割成5-8个干燥区(203)和进气区(204)，每个连接板(202)上均设置有开孔，所述干燥区(203)内部设置有干燥剂；所述过滤塔(3)内部设置有过滤芯(30)，所述过滤芯(30)上下两端分别通过安装板(31)与过滤塔(3)固定连接，且过滤芯(30)下端封闭，上端贯穿安装板(31)，过滤塔(3)下端的安装板(31)上均匀设置有通孔(310)，所述通孔(310)位于过滤芯(30)的外侧；所述一级吸附塔(4)内部上下两端均设置有匀气板(40)，两个匀气板(40)之间设置有放置网筒(41)，所述放置网筒(41)内部设置有提纯吸附剂，一级吸附塔(4)上端设置有解吸口(42)，所述解吸口(42)上设置有控制阀(420)，所述二级吸附塔(5)与一级吸附塔(4)的结构相同，二级吸附塔(5)上设置有排气口(50)，所述排气口(50)上设置所述控制阀(420)，且二级吸附塔(5)、一级吸附塔(4)和过滤塔(3)之间的连接导管上均设置有所述控制阀(420)。
8.根据权利要求7所述的一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的装置，其特征在于，所述透气板(111)和脱硫剂载体架(112)成对设置有3-6个。
9.根据权利要求7所述的一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的装置，其特征在于，所述过滤芯(30)设置有5-8个，5-8个过滤芯(30)均匀分布在两个安装板(31)之间。
10.根据权利要求1所述的一种利用变压吸附原理高效提纯沼气的装置，其特征在于，所述脱硫剂载体架(112)成对设置有3-6个。
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