專利名稱：生物氣凈化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及生物氣的凈化領(lǐng)域，特別是一種生物氣凈化設(shè)備。
可用于生物氣，也可用于其它工業(yè)氣體，如煤層氣，焦?fàn)t煤氣等脫除C02、
H2S、 HcN、有機(jī)硫等雜質(zhì)，達(dá)到凈化的要求
背景技術(shù)：
生物氣是指生物體中有機(jī)質(zhì)在厭氧條件下，通過微生物的降解及曱 烷化過程所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w。人工制取的生物氣主要有生活垃圾填埋后 產(chǎn)生的填埋氣(LFG)、垃圾、污水、污泥、糞便、秸桿等植物發(fā)酵產(chǎn)生 的沼氣等。其主要成份是C仏、C02、少量的H" C兒以及少量H2S、有機(jī)硫 等雜質(zhì)。目前，國內(nèi)生物氣尤其是垃圾填埋氣(LFG)的凈化利用還是剛 起步。國外填埋氣凈化在上世紀(jì)九十年代時(shí)，美國洛杉磯Puent Hill， s 填埋場(chǎng)采用膜分離法凈化制取汽車燃料。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是布置緊湊，占 地少，產(chǎn)品中CH4含量達(dá)到96%。但有其不足首先是限于分離工藝，當(dāng) CH"農(nóng)度一定時(shí)，其生產(chǎn)上實(shí)際曱烷收率僅70%。若要增加收率則需增加 分離級(jí)或采用膜一一胺聯(lián)合法，這樣的話需要增加投資；膜分離在高壓 下(3. 6MPa )進(jìn)行，電耗大,設(shè)備投資增加；由于膜易損，故對(duì)原料氣需較 復(fù)雜、嚴(yán)格的預(yù)處理，如活性炭、硅膠預(yù)處理；分離膜需定期更換，進(jìn)口 分離膜則更增加揭:作費(fèi)用。在歐洲，如荷蘭，LFG有采用變壓吸附(PSA) 法，其優(yōu)點(diǎn)是占地少，布置緊湊。國內(nèi)PSA法在化工上大量應(yīng)用，設(shè)備 及吸附劑不必進(jìn)口，能耗比較低，但也有其不足限于工藝特性，當(dāng)提 高產(chǎn)品濃度時(shí)，其曱烷收率相應(yīng)降低。試驗(yàn)表明當(dāng)凈化氣CH4濃度到90% 時(shí)其CH4收率也只有80%~90%;提高收率則CH4含量下降。該工藝也在壓 力下(0. 4MPa )操作，需消耗一定電能。
化學(xué)吸收法也有用于生物氣凈化，如采用單乙醇胺(MEA)作吸收劑 的MEA法。該法優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品中CH4含量可大于96%, CH4收率也高。但其不 足是MEA系屬伯胺，其化學(xué)穩(wěn)定性較差，溶液易受氧化等原因而聚合變 質(zhì)，故其溶質(zhì)(MEA)消耗較大；二則溶液有一定腐蝕性，裝置消耗不銹 鋼材量較大；再則化學(xué)法的熱能消耗較上述方法為大。 近年來，在美國也有采用MDEA (N-曱基二乙醇胺)凈化生物氣的報(bào)導(dǎo)， 但都在高壓下(〉2. OMPa)吸收，未見有常壓下進(jìn)行吸收凈化的先例。 發(fā)明專利ZL00134330. 0 "生物氣中C02、 H2S的凈化工藝"，設(shè)備包括吸
收塔、解吸塔、重沸器、換熱器、冷卻器、分離器、吸收劑貯槽、泵，
提出采用有主溶質(zhì)MDEA及多種胺為活化劑的多胺水溶液作為吸收劑，在 常壓或加壓下對(duì)LFG進(jìn)行凈化。MDEA系屬叔胺，化學(xué)穩(wěn)定性較好，而氧 化、腐蝕性很小，裝置的不銹鋼用量減少，故該工藝具有投資省，溶劑 消耗少，成本低等特點(diǎn)，具有對(duì)膜法，PSA法竟?fàn)幍囊欢▋?yōu)勢(shì)。但限于化 學(xué)法工藝特性，其熱能消耗較上述方法大，電能消耗為低。此外，限于 目前國內(nèi)填埋場(chǎng)的條件，尤其是LFG產(chǎn)量不高，4艮難采用大型高壓吸收 凈化工藝。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種生產(chǎn)工藝合理、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠、 操作簡單易行的生物氣凈化設(shè)備。
本實(shí)用新型的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型的生物氣凈化設(shè)備，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、富 液換熱器、凈化冷卻器、貧液冷卻器、尾氣冷卻器、凈化氣氣液分離器、 尾氣氣液分離器、軟水槽、液下泵、貧液泵、富液泵，其特征在于
1) 所述的吸收塔為上小下大的異徑吸收塔，
2) 所述的吸收塔前原料氣進(jìn)入口中增設(shè)帶金屬絲網(wǎng)的樸集器，
3) 在所述的吸收塔富液出口增設(shè)帶纖維棒型過濾器，
4) 所述的重沸器與貯液槽相接。
所述的上小下大吸收塔的上下塔徑比保持在0. 75 ~ 0. 85。 所述的上小下大吸收塔的上下塔段塔內(nèi)填料層高度比宜保持在 0. 9~ 1. 1。
所述的吸收塔采用填料塔或篩板塔.當(dāng)采用填料塔時(shí)，在塔徑DN> 800mm時(shí)，兩填料#爻之間設(shè)管型或槽型氣、液再分配塔盤，當(dāng)DN《600mm 時(shí)，采用常規(guī)的截錐型再分配器.
所述的吸收塔，當(dāng)塔徑DN《800mm時(shí)塔下原料氣進(jìn)口設(shè)在塔壁處， 當(dāng)DN》800mm時(shí)，塔下原料氣進(jìn)口深入塔中心線，且出氣口向下，當(dāng)DN 在600 ~ 1500mm范圍內(nèi)時(shí)，原料氣進(jìn)口與塔最下層填料段底部保持距離 S>DN,原料進(jìn)氣口在塔底液面間保持1500 ~ 1800mm空間。
所述的樸集器頂部采用金屬絲網(wǎng)樸霧層，其高度為200 ~ 300mm。
本實(shí)用新型在聯(lián)合國全球環(huán)境基金(UNGEF)資助下，中試取得了很 好成果，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)并建成了首套采用常壓多胺溶液凈化LFG制 取汽車燃料的工業(yè)裝置，運(yùn)行穩(wěn)定，并經(jīng)生產(chǎn)標(biāo)定，取得了較好的結(jié)果
凈化填埋氣(CLFG)中CH々96。/。，熱值Qh在38MJ/V左右； CLFG中C02 < 3%, H2S < 5mg/m3;
曱烷回收率>96%,解吸塔分解尾氣中CH4<0. 5%，C02>98%。
其產(chǎn)品CLFG完全符合車用壓縮天然氣標(biāo)準(zhǔn)及天然氣II級(jí)氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 其lm3CLFG可替代汽油1升。
人工制取的生物氣主要有生活垃圾填埋后產(chǎn)生的填埋氣(LFG)、垃 圾、污水、污泥、糞便、秸桿等植物發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣等。其主要成份是 CH4、 C02、少量的H2、 CA以及少量H2S、有積^琉等雜質(zhì)。
生物氣凈化工藝流程，以垃圾填埋氣LFG為原料進(jìn)行凈化。由鼓風(fēng)機(jī) (上游流程)將LFG自填埋場(chǎng)氣井中抽出，壓縮至36 40Kpa,經(jīng)捕集器 除去液滴、灰塵后入吸收塔下部。在吸收塔內(nèi)，LFG自下而上，吸收液 貧液自上而下在填料層逆向接觸進(jìn)行吸收凈化反應(yīng)以去除其中C02、 H2S 等雜質(zhì)。凈化后的凈化填埋氣(CLFG)自吸收塔頂逸出經(jīng)凈化氣冷卻器 用水冷卻，產(chǎn)生的凝液與氣體一并入凈化氣氣液分離器，除去凝液后CLFG 自冷卻器頂導(dǎo)出，作為產(chǎn)品輸出入凈化氣氣拒(下游流程)。凝液返入吸 收塔下入富液系統(tǒng)。溶液吸收C02、 H2S后成為富液，自吸收塔底排出， 入富液泵，經(jīng)泵壓送至溶液過濾器除去懸浮物雜質(zhì)后入貧富液換熱器， 經(jīng)與熱貧液換熱，溫升至85。C左右，由解吸i^頂部導(dǎo)入。熱富液在解吸 塔內(nèi)與來自塔底熱解吸汽在填料層內(nèi)逆向接觸，富液受熱而解吸出C02、 H2S等雜質(zhì)。溶液在塔底受重沸器循環(huán)加熱而進(jìn)一步解吸而成貧液。重沸 器采用蒸汽加熱。熱貧液自解吸塔底導(dǎo)出，經(jīng)貧富液換熱器降溫后入貧 液泵。由泵壓出后入貧液冷卻器用水冷卻再入吸收塔而循環(huán)使用。重沸 器產(chǎn)生的蒸汽凝結(jié)水部分入軟水槽作為系統(tǒng)補(bǔ)充水及溶液槽配溶液，多 余水返回鍋爐系統(tǒng)。解吸汽自塔頂逸出，經(jīng)尾氣冷卻器用水冷卻，凝結(jié) 出冷凝液后入尾氣氣液分離器，凝液入貧液系統(tǒng)，尾氣目前暫時(shí)排空，今 后可用作制干冰。系統(tǒng)補(bǔ)充溶液由溶液槽內(nèi)液下泵泵入解吸塔底。
本實(shí)用新型的主要點(diǎn)闡述如下
1、吸收塔由以往設(shè)計(jì)的單一直徑塔改為異徑，分段塔，這是基于 l)原料氣中含有35 40y。C02,在塔的下段原料氣進(jìn)口處，由于C02濃度 大，與溶液之間傳質(zhì)推動(dòng)力大，計(jì)算表明，AP,在45KPa左右(塔的總絕 對(duì)壓力為163kPa時(shí))，故在全塔50%左右的傳質(zhì)單元(相當(dāng)于填料高度)內(nèi) 完成了對(duì)C02 85%~90%的吸收.反之，在塔的上部，由于凈化氣中要求含 C02含量很低，相應(yīng)其分壓也低.這樣，雖貧液濃度不大，但其兩相推動(dòng)力△P2僅為上段推動(dòng)力厶P,的5%~8%。因此，在上塔段,需要足夠多的傳質(zhì)單 元(填料層高)來吸收余下不多的C02量，以確保凈化氣質(zhì)量。經(jīng)計(jì)算并參 考生產(chǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)，建議新設(shè)計(jì)的分段塔上下段填料高度比宜在0. 9 ~ 1. 1;
2)鑒于塔下段已有85%~90°/ C02已被吸收，故塔的上段氣相負(fù)荷已 減少30%多，故氣速大幅度降低，這對(duì)吸收的傳質(zhì)過程不利。為維持穩(wěn)定 傳質(zhì)過程，宜將上段塔徑適當(dāng)縮小，以保持全塔較為均勻氣流速度。另 者，縮小塔徑也隨之減少鋼材與填料消耗量，對(duì)節(jié)省投資也有利。建議 新設(shè)計(jì)上下段塔徑比宜取0. 75 ~ 0. 85。
2、為提高與穩(wěn)定填料塔內(nèi)傳質(zhì)效率，最大限度地減少氣液流的"邊 緣效應(yīng)"所述的吸收塔應(yīng)釆取以下措施
l)填料分層分段設(shè)計(jì)，每層填料高度(ht)與塔徑比在4~6， 一般 不超過5m,對(duì)于DN》800mm塔，填料層間設(shè)集液與再分配盤，使氣液流均 勻分布，實(shí)用新型設(shè)計(jì)采用管型或槽型再分配器。由于吸收塔液相負(fù)荷 較大在40mVm2h左右，故再分配器必須保證足夠的液流通道面積。再分配 器與上下填料層間距離保持5OO隨左右。
2)對(duì)于DN《600mm塔，則可釆用簡單的截錐式再分配器，截錐下口直 徑取O. 7~0. 8DN，錐體與塔壁夾角可取35。
~ 45° 。
3、吸收塔LFG進(jìn)口處需解決好入塔氣體均勻分布與保持足夠的緩沖 空間。緩沖空間過小，如氣體進(jìn)口與底層填料間距過小，不僅影響全塔穩(wěn) 定操作，更可導(dǎo)致塔的提前出現(xiàn)局部液泛,故建議設(shè)計(jì)進(jìn)氣口與底層填料 間保持一定間距，對(duì)于DN在600 ~ 1500鵬范圍內(nèi)的塔S》DN.進(jìn)氣口下方 與塔底液面之間也應(yīng)保持一定距離， 一則是為保持足夠緩沖空間，二則是 考慮到事故停塔時(shí)全塔填料持液量流下，為了不致使塔內(nèi)溶液由進(jìn)氣口 外溢.填料持液量應(yīng)按工藝條件具體計(jì)算， 一般按填料量5%左右已屬穩(wěn) 妥。據(jù)此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)吸收塔已考慮進(jìn)氣口至塔底液面間留有1600 ~ 1800mm的距離，以保持有足夠的緩沖空間。
4、 吸收塔內(nèi)C02、 H2S的吸收反應(yīng)速度不同，故屬于選擇性吸收， 以主溶質(zhì)MDEA與二者反應(yīng)為例，H2S與其很快完成吸收反應(yīng)，且其吸收 能力大，氣液比大(500-800 ),設(shè)計(jì)的空塔速度大(1.5~2.0m/s),但 C02與其反應(yīng)速度慢，沒有足夠反應(yīng)時(shí)間不能達(dá)到凈化要求，故其適宜空 塔速度僅取0. 2 ~ 0. 28m/s，以保持在塔內(nèi)有足夠反應(yīng)時(shí)間。按此速度運(yùn)行 的生產(chǎn)裝置取得了較好的凈化效果。
5、 胺類溶液在吸收過程中最令人擔(dān)心的是溶液的乳化、起沫、變質(zhì)。
引起變質(zhì)起沫的主要原因是油滴以及溶液中因氧化等原因生成較多絮狀 聚合物等，其次是鐵銹、灰塵、結(jié)垢等產(chǎn)生的固體微?；烊肴芤?。為此，
本實(shí)用新型釆取了兩項(xiàng)措施
1) 吸收塔富液出塔后，原發(fā)明專利采用了富液中間槽進(jìn)行沉降、緩 沖、調(diào)節(jié)，但由于聚合物成絮狀，難于用沉降辦法去除。今采用了在富 液泵后設(shè)置纖維棒型過濾器，按其性能可去除〉5jum的絮狀物與固形孩乏 粒。使用后發(fā)現(xiàn)，其能有效去除絮狀物與顆粒物。但根本辦法還得從源 頭上解決減少溶液與空氣接觸；杜絕雜質(zhì)，尤其是油滴混入溶液。上 述這一措施由于取消了中間槽可節(jié)省投資，并有效去除雜質(zhì)，改善溶液 性質(zhì)。
2) 原料氣在經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)及室外管道后會(huì)挾帶少量液滴尤其是油滴入 吸收塔。為此，在吸收塔前增設(shè)了捕集器。在捕集器下部采取減速沉降 捕集，上段采用金屬絲網(wǎng)除霧層，其高度為250mm，采用高效型不銹鋼絲 網(wǎng)除霧層使其氣速保持在2. 2 ~ 2. 8m/s。按其性能可分離5 )am以上霧滴， 對(duì)于10》jum霧滴，其去除率>99%。這一措施有效防止入塔原料氣對(duì)溶 液的污染。
本實(shí)用新型不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且更具環(huán)境效益，變廢為 寶，將以往無組織排放的有害填埋氣收集利用制成汽車燃料。由于價(jià)廉 (較汽油)故對(duì)生產(chǎn)者、使用者都具有經(jīng)濟(jì)效益。由于回收了強(qiáng)溫室氣 體曱烷(其溫室效應(yīng)較C02大24. 5倍)具有全球環(huán)境效益。再者，由于 凈化氣是清潔燃料，故大幅度降低了汽車尾氣中污染物。此外，在回收 可再生能源上也具有一定意義。工業(yè)裝置環(huán)境良好，環(huán)境及排放源都符 合國家標(biāo)準(zhǔn)。


圖1為本實(shí)用新型的生物氣凈化工藝流程示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的吸收塔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。
如圖1、 2所示，本實(shí)用新型的生物氣凈化設(shè)備，包括吸收塔2、解 吸塔6、重沸器12、貧富液換熱器13、凈化冷卻器3、貧液冷卻器5、尾 氣冷卻器7、凈化氣氣液分離器4、尾氣氣液分離器8、軟水槽9、液下 泵ll、貧液泵14、富液泵16，其特征在于
1) 所述的吸收塔2為上小下大的異徑吸收塔，
2) 所述的吸收塔2前原料氣進(jìn)入口中增設(shè)帶金屬絲網(wǎng)的捕集器1,
3) 在所述的吸收塔2富液出口增設(shè)帶纖維棒型過濾器15,
4) 所述的重沸器12與貯液槽IO相接。 所述的上小下大吸收塔的上下塔徑比保持在0. 75 ~ 0. 85。
所述的上小下大吸收塔的上下塔段塔內(nèi)填料層高度比宜保持在 0. 9 ~ 1. 1。
所述的吸收塔2釆用填料塔或篩板塔.當(dāng)采用填料塔時(shí)，在塔徑DN > 800mm時(shí)，兩填料段204之間設(shè)管型或槽型氣、液再分配塔盤202,當(dāng) DN < 600mm時(shí)，采用常規(guī)的截錐型再分配器.
所述的吸收塔2，當(dāng)塔徑DN《800mm時(shí)塔下原料氣進(jìn)口 207設(shè)在塔壁 處，當(dāng)DN》800mm時(shí)，塔下原料氣進(jìn)口 207深入塔中心線，且出氣口 209 向下，當(dāng)DN在600 1500mm范圍內(nèi)時(shí)，原料氣進(jìn)口 207與塔最下層填料 段底部保持距離S>DN，進(jìn)氣口在塔底液面間保持1500 ~ 1800mm空間。
解吸塔6頂部釆用金屬絲網(wǎng)捕霧層201，其高度為200 ~ 300mm。 實(shí)施例1 主要設(shè)備
吸收塔直徑(mm):上段cj) 800 、下段cMOOO、上下段填料高度 比0. 9~1,1
解吸塔直徑cj) 900mm。
實(shí)施例2
主要設(shè)備
1) 吸收塔直徑mm:上段(])600、下段cj) 800、上下段填料比0. 9 ~ 1.1
2) 解p及塔直徑隱小1400。
圖2中的標(biāo)號(hào)，203為填料壓板，205為填料支承板，206為磁翻管 液位計(jì)，208為貧液進(jìn)入管。
權(quán)利要求1、一種生物氣凈化設(shè)備，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、富液換熱器、凈化冷卻器、貧液冷卻器、尾氣冷卻器、凈化氣氣液分離器、尾氣氣液分離器、軟水槽、液下泵、貧液泵、富液泵，其特征在于1)所述的吸收塔為上小下大的異徑吸收塔，2)所述的吸收塔前原料氣進(jìn)入口中增設(shè)帶金屬絲網(wǎng)的捕集器，3)在所述的吸收塔富液出口增設(shè)帶纖維棒型過濾器，4)所述的重沸器與貯液槽相接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的上小 下大吸收塔的上下塔徑比保持在0. 75 ~ 0. 85。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的上小 下大吸收塔的上下塔段塔內(nèi)填料層高度比保持在0. 9 ~ 1. 1。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的吸收 塔采用填料塔或篩板塔.當(dāng)采用填料塔時(shí)，在塔徑DN> 800mm時(shí)，兩填料 段之間設(shè)管型或槽型氣、液再分配塔盤，當(dāng)DN《600mm時(shí)，采用常規(guī)的截 錐型再分配器.
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的吸收 塔，當(dāng)塔徑DN《800mm時(shí)塔下原料氣進(jìn)口設(shè)在塔壁處，當(dāng)DN》800mm時(shí)， 塔下原料氣進(jìn)口深入塔中心線，且出氣口向下，當(dāng)DN在600 1500mm范 圍內(nèi)時(shí)，原料氣進(jìn)口與塔最下層填料段底部保持距離S>DN,原料進(jìn)氣口 在塔底液面間保持1500 ~ 1800mm空間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的捕集 器的頂部釆用金屬絲網(wǎng)捕霧層，其高度為200 ~ 300隱。
專利摘要本實(shí)用新型涉及生物氣的凈化領(lǐng)域，特別是一種生物氣凈化設(shè)備，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、換熱器、冷卻器、分離器、吸收劑貯槽、泵，其特征在于1)吸收塔為上小下大的異徑吸收塔，上下塔徑比保持在0.75～0.85。2)吸收塔前原料氣進(jìn)入口中增設(shè)帶金屬絲網(wǎng)的捕集器，3)在吸收塔富液出口增設(shè)帶纖維棒型過濾器。上下塔徑比保持在0.75～0.85。上下塔段塔內(nèi)填料層高度比宜保持在0.9～1.1。吸收塔采用填料塔或篩板塔。兩填料段之間設(shè)管型或槽型氣、液再分配塔盤或采用截錐型再分配器。原料氣進(jìn)口與塔最下層填料段底部保持距離S≥DN，原料進(jìn)氣口與塔底液面間保持1500～1800mm空間?？捎糜谏餁狻⒚簩託?，焦?fàn)t煤氣等脫除CO₂、H₂S、H_CN、有機(jī)硫等雜質(zhì)，達(dá)到凈化的要求。
文檔編號(hào)C10K1/00GK201071358SQ20072001379
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
發(fā)明者劉士軍, 計(jì)中堅(jiān) 申請(qǐng)人:遼寧凱田再生能源環(huán)保有限公司