CN1145599C

CN1145599C - 利用垃圾沼气制备富甲烷气的工艺方法及装置

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Publication number: CN1145599C
Application number: CNB011039833A
Authority: CN
Inventors: 张文慧; 周红军; 尤健
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2004-04-14
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: CN1371893A

Abstract

本发明涉及一种由垃圾沼气制备富甲烷气的方法，该方法包括如下步骤：(1)在常温、微负压或微正压条件下采集垃圾沼气；(2)将所采集到的垃圾沼气过滤脱除固体杂质并冷却脱水；(3)将脱除掉固体杂质和水的垃圾沼气在表压为0.1-5.0MPa下，用溶剂吸收法脱除二氧化碳，得到富甲烷气。另外，本发明还涉及由垃圾沼气制备富甲烷气的装置。

Description

利用垃圾沼气制备富甲烷气的工艺方法及装置

本发明涉及一种利用垃圾沼气制备富甲烷气的工艺方法及装置。具体地讲，本发明涉及一种利用卫生填埋场所产生的沼气制备富甲烷气的工艺方法及装置。

随着人类社会不断地向工业化和城市化发展，垃圾问题成为人类所需解决的首要问题之一。目前垃圾的填埋处理是垃圾处理的主要方式，尤其在发展中国家，填埋基本上是垃圾处理的唯一方式。垃圾在填埋过程中，有机物的厌氧分解会产生大量的甲烷气体，如果不进行收集处理，就会发出异味，污染空气，且有***危险，对于卫生填埋场来说，若能利用其排气导管***，收集、处理其所产生的沼气，对于减少隐患、改善环境有着十分重要的意义。

从填埋场内导出的沼气有两种处理方式，一是直接燃烧，一是综合利用。直接燃烧是传统的处理方法，适用于所收集到的沼气不足以经济利用的小型填埋场。对于大型填埋场来说，产气量较高，如深圳玉龙坑填埋场的沼气产量达1000m³/h，完全可以对其进行净化处理，加以利用。对沼气净化处理的方式主要有两种，一种是膜分离法，将沼气中的CO₂部分脱除，从而富集甲烷，但其甲烷损失量大，而且所得甲烷浓度相对较低。另一种方法是利用分子筛或活性炭的变压吸附法(PSA)，其可以较彻底地将CO₂和甲烷分离开，所得甲烷气的浓度较高，但其***复杂，装置规模庞大，甲烷损失也较高。同时这两种方法的投资较大。

本发明的目的是提供一种甲烷损失率低的、由填埋式垃圾场所产生的沼气制备富甲烷气的方法及装置。

本发明的另一目的是提供一种处理***相对简单的、由填埋式垃圾场所产生的沼气制备富甲烷气的方法及装置。

本发明的又一目的是提供一种由填埋式垃圾场所产生的沼气制备较高浓度富甲烷气的方法及装置。

在本发明的方法中，第一步是在常温、微负压或微正压的条件下采集填埋场的垃圾沼气；第二步是将采集到的垃圾沼气进行过滤，脱除沼气采集过程中可能带入的固体杂质，然后将之进行冷却，脱除其中水分；第三步是将脱掉固体杂质和水的垃圾沼气在表压为0.1-5.0MPa的压力下，用溶剂吸收法脱除其中的二氧化碳，制得所需的富甲烷气。

在进行第三步脱除二氧化碳的同时或之前，可以脱除硫化物和/或氧等有害组份。硫化物特别是硫化氢进入最终用户设备中可能会产生腐蚀和堵塞(例如生成硫磺)问题。优选用活性炭、氧化铁等干法脱硫剂将之脱除。脱CO₂的溶剂也可以脱除部分的硫化物。氧在沼气中超过一定浓度是很危险的，应当控制氧在最终富甲烷气中的含量，使其不超过0.5％。由于不同填埋场或采集方式不同所产生的沼气的成份不尽相同，所以当氧含量较高时，应当用贵金属(如Pd)或过渡金属(如Mo)等脱氧剂进行脱氧。实际上，沼气的采集方式对氧含量影响较大，相对而言，微负压条件(如直接从沼气井中抽出沼气)更易混入空气(氧)，特别是在设备或管路密封不好的情况下。

另外，如果需要的话，也可以脱除芳烃、氨等气体杂质。

在第三步中用溶剂吸收法脱除CO₂时，制得的富甲烷气体中可能夹带有部分溶剂。这时，可以采用超滤技术加以回收。在超滤回收装置中，可以采用烧结不锈钢丝毡和/或三维超细玻璃纤维作滤材。超滤属于以扩散、拦截、碰撞等综合机理共同作用的深层过滤，可有效捕集亚微米级的粒子，从而可完全滤下夹带的溶剂。

溶剂吸收法中所用的溶剂可以是碳酸丙烯酯、聚乙二醇二甲醚、N-甲基二乙醇胺、N-2-甲基吡咯烷酮或环丁砜。

优选的溶剂为碳酸丙烯酯；优选的***压力为0.3-3.0MPa。

脱除沼气采集过程中可能带入的固体杂质时，可以用丝网作过滤介质。丝网的材质可以是金属如不锈钢，也可以是陶瓷或聚合物。而冷却脱水时，可以用水冷却器进行冷却，如用水冷排进行冷却脱水。

在本发明中，从填埋式垃圾场所产生的沼气制备富甲烷的装置包括：一个或多个在常温、微正压或微负压条件下采集沼气的沼气集气管***；用于脱除固体杂质的固体杂质过滤器和用于脱除水分的水冷却分离器；对***进行增压的压缩机；以及脱二氧化碳用的溶剂吸收塔。

采集沼气的集气管***最好在微正压的条件下采集沼气。集气管***中可以包括一个或多个气囊，并利用气囊的高度作为微正压的指示，控制抽风机等抽出沼气的设备，以防止抽入空气。气囊中有沼气，气囊就会具有一定高度，表明采集***为微正压。因而可以用气囊高度作为微正压指示，使得采集***总处于微正压条件下。

每个微正压的集气管***可以包括一个或多个气囊、一个或多个沼气井的排气管以及抽风机等，还可以包括金属贮气罐。

在微负压条件下采集沼气时，制备富甲烷气的***中一般要配备氧气脱除设备，以防止富甲烷气产物中氧气浓度过高。

在所说的溶剂吸收塔的上游可以连接有脱除硫化物和/或氧的设备；在所说的溶剂吸收塔的下游可以连接有回收脱二氧化碳溶剂的超滤回收装置。

在所说的固体杂质过滤器中，可以采用丝网作过滤介质，或用管道过滤器作为固体杂质过滤器。

所说的溶剂吸收塔中所采用的吸收溶剂可以为碳酸丙烯酯、聚乙二醇二甲醚、N-甲基二乙醇胺、N-2-甲基吡咯烷酮或环丁砜，优选碳酸丙烯酯。

上述超滤分离装置中采用烧结不锈钢丝毡作第一级滤材，用三维超细玻璃纤维作第二级滤材；或者只采用烧结不锈钢丝毯或三维超细玻璃纤维作过滤介质。超滤装置中一般采用平均直径小于1μm的超细玻璃纤维作为其滤芯的主体材料。滤芯一般为圆桶状组合滤床结构，滤床由预过滤层、超细玻璃纤维层、过渡层和重力沉降层组成，内设不锈钢网支撑架。呈悬浮状的溶剂颗粒进入超细纤维层后，在密集纤维床的直接拦截、惯性碰撞与布朗运动等机理的综合作用下，被收集在一根根超细纤维上，并趋于集结和凝聚，从而使液相溶剂几乎全部从富甲烷气流中回收下来。

在本发明中，由于采用溶剂吸收脱二氧化碳的方法，碳酸丙烯酯作溶剂时，可以既不需要蒸汽，也不需要冷量，因而其设备投资较小；而且沼气中的甲烷基本上全部进入产物富甲烷气中，因而甲烷损失率很低；同时这种方法基本可以全部脱除二氧化碳，所得的富甲烷气中甲烷浓度较高，一般可达90(体积)以上，优选97％以上。这样，制备富甲烷气时可以根据不同用户的要求，控制溶剂吸收塔中脱二氧化碳的程度，满足其需要。例如，若富甲烷气用做发电目的时，甲烷浓度可以稍低；若富甲烷气用于城市甲烷气管网中时，甲烷浓度应较高，如90％以上；而当富甲烷气作LNG燃料时，甲烷浓度可在97％以上。

下面，结合附图用实施例来进一步说明本发明，但本发明的范围并不限于这些实施例。

图1是以碳酸丙烯酯为吸收溶剂的、由垃圾沼气制备甲烷气的工艺流程图。

图2是以聚乙二醇二甲醚为吸收溶剂的、由垃圾沼气制备富甲烷气的工艺流程图。

图中，1为溶剂吸收塔，2为溶剂再生塔，3为溶剂贮槽，4为溶剂泵，5为压缩机，6为沼气采集***，7为脱硫塔，8、9为过滤器，10为冷却水分离器，11为超滤装置，12为氧气脱除器，13为减压阀。

实施例1

将填埋式垃圾场厌氧分解所产生的沼气，由微负压的沼气采集***6收集。收集得到的沼气经过滤器8脱除沼气采集时所带入的固体杂质，过滤器8的过滤介质采用不锈钢丝网。脱除固体杂质后的沼气进入装有钼系脱氧剂的氧气脱除器12中，脱除沼气中的氧气，控制沼气中氧气的浓度低于0.5％(体积)。脱氧后的沼气进入装有水冷排的冷却水分离器10，脱除沼气中的水分，以防止水分进入溶剂吸收塔1。脱水后的沼气经压缩机5提压至0.4MPa并控制加压后沼气的气温为40℃左右；加压后的沼气进入溶剂吸收塔1中，脱除其中的二氧化碳，溶剂吸收塔1中所用的溶剂为碳酸丙烯酯。由溶剂吸收塔1之塔顶出来的富甲烷气体进入超滤装置11中，回收富甲烷气中夹带的碳酸丙烯酯；超滤装置11回收下来的碳酸丙烯酯经减压阀13进入碳酸丙烯酯贮槽3中，它可以经溶剂泵4再循环回溶剂吸收塔1；经超滤装置11回收溶剂后的富甲烷气中甲烷浓度达到90％(体积)以上。由此得到的富甲烷气既可并入城市天然气管网中，也可用于发电。溶剂吸收塔1之塔底出来的溶剂经减压阀13进入溶剂再生塔2，脱掉其中的二氧化碳后，进入贮槽3，以备循环使用。从再生塔2出来的二氧化碳可以直接放空，也可以收集下来综合利用。

实施例2

将填埋式垃圾场厌氧分解所产生的沼气，由微正压的采集***6收集。沼气采集***6中利用气囊的高度作为采集***微正压的指示控制装置，以防止空气被抽入沼气中。收集得到的沼气经过滤器8脱除沼气采集时所带入的固体杂质，过滤器8中的过滤介质采用不锈钢丝网。脱除固体杂质后的沼气进入装有活性炭或氧化铁作脱硫剂的脱硫塔7中，脱除其中的硫化物，主要是硫化氢。脱硫后的沼气进入过滤器9，脱除夹带的脱硫剂。之后，进入压缩机5增压至3.7MPa，再进入冷却水分离器10降温、脱水，并将脱水后的沼气温度控制在低于40℃。从冷却水分离器10中出来的沼气进入溶剂吸收塔1，进行二氧化碳的脱除。溶剂吸收塔1中所用的溶剂为聚乙二醇二甲醚。由溶剂吸收塔1之塔顶出来的富甲烷气中甲烷浓度可以高达97％(体积)以上，可以作为车用LNG燃料，也可以用作城市天然气或发电燃料等。由溶剂吸收塔1之塔底出来的溶剂经减压阀13进入溶剂再生塔2，再生后进入贮槽3。再生后的溶剂可经溶剂泵4并冷却至3-5℃，再进入溶剂吸收塔1循环使用。再生塔2塔顶的二氧化碳可以直接排空，也可以收集下来进行综合利用。

Claims

1.一种由垃圾沼气制备富甲烷气的方法，包括如下步骤：

(1)在常温、微负压或微正压条件下采集垃圾沼气；

(2)将所采集到的垃圾沼气过滤脱除固体杂质并冷却脱水；

(3)将脱除掉固体杂质和水的垃圾沼气在表压为0.1-5.0MPa下，

用溶剂吸收法脱除二氧化碳，得到富甲烷气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的垃圾沼气在进行二氧化碳脱除的同时或之前，脱除其中的硫化物和/或氧。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用超滤装置回收步骤(3)中所得富甲烷气中夹带的溶剂。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中冷却脱水所用的冷却器为水冷却器。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步骤(2)中采用丝网过滤脱除固体杂质。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所说的溶剂吸收法中采用的溶剂为碳酸丙烯酯、聚乙二醇二甲醚、N-甲基二乙醇胺、N-2-甲基吡咯烷酮或环丁砜。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所说的溶剂吸收法中采用的溶剂为碳酸丙烯酯。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的表压为0.3-3.0MPa。

9.一种从垃圾沼气中制备富甲烷气的装置，它包括：

(1)一个或多个用于在常温、微正压或微负压条件下，采集垃圾沼

气的沼气集气管***；

(2)用于脱除固体杂质的固体杂质过滤器和用于脱除水分的水冷却

分离器；

(3)对***进行增压的压缩机；

(4)脱二氧化碳用的溶剂吸收塔；

(5)溶剂再生塔。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，每个所说的沼气集气管***包括一个或多个作为微正压指示控制装置的气囊。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，在所说的溶剂吸收塔的上游连接有脱除硫化物和/或氧的设备。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，在所说的溶剂吸收塔的下游连接有回收溶剂的超滤分离装置。

13.如权利要求9-12之一所述的装置，其特征在于，所说的固体杂质过滤器中采用丝网作过滤介质。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所说的二氧化碳吸收塔中采用的吸收溶剂为碳酸丙烯酯、聚乙二醇二甲醚、N-甲基二乙醇胺、N-2-甲基吡咯烷酮或环丁砜。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所说的二氧化碳吸收塔中采用的吸收溶剂为碳酸丙烯酯。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所说的超滤分离装置中采用烧结不锈钢丝毡和/或三维超细玻璃纤维。