本發(fā)明涉及一種利用有機(jī)廢水生產(chǎn)合成天然氣的工藝方法，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)該工藝方法的裝置。具體地講，本發(fā)明涉及一種利用有機(jī)廢水包括工業(yè)有機(jī)廢水、糞便有機(jī)廢水，利用厭氧發(fā)酵工藝生產(chǎn)沼氣并凈化處理生產(chǎn)合成天然氣的工藝方法及裝置，屬于合成天然氣領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近幾年的石油價(jià)格大幅上升及中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)石油及天然氣價(jià)格不斷上升，以天然氣為例，在中國(guó)東部沿海有些城市每方天然氣售價(jià)達(dá)5元。如此的能源緊張局勢(shì)，也促使了人們對(duì)可再生能源利用的廣泛關(guān)注。另外，近些年全球氣候異常加劇，人們對(duì)溫室氣體減排的呼聲越來(lái)越高，而利用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理工業(yè)有機(jī)廢水和糞便污水生產(chǎn)沼氣既可減少環(huán)境污染又可減少溫室氣體的排放，回收沼氣經(jīng)提純后又可生產(chǎn)出合成天然氣，同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)保、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)三收益的目標(biāo)。沼氣的主要成分是：甲烷約占50％，二氧化碳約占50％，另有少量硫化物、氧氣、氫氣、水分等雜質(zhì)。

中國(guó)工業(yè)有機(jī)廢水2006年排放量達(dá)30億噸，主要來(lái)自于酒精、啤酒、黃酒、白酒、淀粉、味精、檸檬酸、飲料和造紙等輕工業(yè)，制藥、屠宰、面粉、植物油、醬油、罐頭及橡膠工業(yè)也有有機(jī)廢水排放，中國(guó)的生豬、家禽和牛等的禽畜養(yǎng)殖業(yè)也每年排放出大量有機(jī)廢水，這些有機(jī)廢水嚴(yán)重污染環(huán)境，如能實(shí)現(xiàn)資源化利用將具有巨大的歷史意義和經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，本發(fā)明人利用有機(jī)廢水合成天然氣進(jìn)行了深入地研究，遂完成了本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種低能耗、高回收率、安全、設(shè)備投資費(fèi)用低的利用工業(yè)有機(jī)廢水和禽畜養(yǎng)殖業(yè)廢水生產(chǎn)合成天然氣的工藝方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下工藝技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

一種由有機(jī)廢水生產(chǎn)合成天然氣的方法，其包括如下步驟：

(1)利用厭氧處理工藝處理有機(jī)廢水生產(chǎn)沼氣；

(2)將產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行冷卻脫水后收集于微正壓地氣體柜中，加壓至0.01～3.0Mpa；

(3)將壓縮后的沼氣通過(guò)凈化系統(tǒng)脫除硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)，得到合成天然氣。

步驟(1)中所述的生產(chǎn)沼氣的厭氧處理工藝是上流式厭氧污泥床反應(yīng)器工藝(UASB)、全混合厭氧工藝(CSTR)、厭氧顆粒污泥膨脹床工藝(EGSB)、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)工藝(IC)、厭氧過(guò)濾器工藝(AF)、或厭氧復(fù)合床工藝(UBF)。

步驟(3)中所述的凈化系統(tǒng)脫除硫化物和二氧化碳的方法為變壓吸附法(PSA)或溶劑吸收法。

所述的脫除沼氣中硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)的溶劑吸收方法中使用的溶劑為碳酸丙烯酯(PC)或醇胺溶劑。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于，所述的利用PSA脫除沼氣中硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)的方法中，其操作壓力為0.2～0.8Mpa。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于，所述的溶劑吸收法中的碳酸丙烯酯，是向PC中添加0.1～10％的嗎啉基羥乙基聚乙基醚和/或雙嗎啉基聚乙基醚的溶劑，其中聚乙基醚的聚合度為1、2、3或4，或甘醇制 嗎啉的高沸點(diǎn)副產(chǎn)物，其操作壓力為0.8～7.0Mpa。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于，所述的脫除沼氣中硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)的溶劑吸收法中的醇胺溶劑是N-甲基二乙醇胺(MDEA)，其操作壓力為0.01～0.8Mpa。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于，所述的收集的沼氣中的氧氣濃度通過(guò)控制厭氧反應(yīng)器的壓力控制在0～1％之間。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用有機(jī)廢水生產(chǎn)合成天然氣的方法所用的裝置。

本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到的：

一種利用有機(jī)廢水生產(chǎn)合成天然氣的方法所用的裝置，其包括：厭氧反應(yīng)器，沼氣收集系統(tǒng)、冷卻分離器、壓縮系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、天然氣收集系統(tǒng)、天然氣壓縮系統(tǒng)等，其特征在于，有機(jī)廢水通過(guò)厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生沼氣進(jìn)入冷卻分離器進(jìn)行冷卻脫水分離后，收集到沼氣收集系統(tǒng)中，壓縮后進(jìn)入凈化系統(tǒng)，脫除雜質(zhì)，生產(chǎn)出合成天然氣，進(jìn)一步處理得到壓縮天然氣。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于，所述的厭氧反應(yīng)器與一壓力控制器連接，以控制氧氣濃度。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于，所述的凈化系統(tǒng)為變壓吸附裝置或溶劑吸收塔。

所述的沼氣收集系統(tǒng)為一微正壓的氣體柜；所述的溶劑吸收塔中裝入PC或醇胺溶劑。

發(fā)明中的有機(jī)廢水厭氧處理工藝可高效地多產(chǎn)沼氣，同時(shí)把所產(chǎn)的沼氣中的氧含量控制在較低范圍內(nèi)如0～1％之間，這使得后續(xù)提純工藝運(yùn)行更安全，生產(chǎn)費(fèi)用更低，因?yàn)檎託庋鹾窟^(guò)高時(shí)若用PSA提純甲烷，有可能在提純過(guò)程中達(dá)到甲烷的爆炸范圍，導(dǎo)致安全生產(chǎn)隱患。采用溶劑吸收法，沼氣中過(guò)高的氧含量易引起設(shè)備的腐蝕和溶劑的降解。但與一般膜分離法相比，PSA方法和溶劑吸收法脫除沼氣中的硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)都具有較高的甲烷回收率。

在本發(fā)明中利用PSA方法分離沼氣中的硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)時(shí)，因沼氣中二氧化碳約占50％的含量，為節(jié)約壓縮功率，宜在盡可能低的操作壓力下運(yùn)行，另一方面由于多數(shù)沼氣生產(chǎn)裝置產(chǎn)量在100～1000m³/h之間，過(guò)高的操作壓力使得氣體流量很小，導(dǎo)致PSA控制閥門(mén)制造困難，從而設(shè)備投資大幅上升。為此利用PSA提純沼氣中的甲烷時(shí)，采用0.2～0.8Mpa的低操作壓力。

在本發(fā)明中利用溶劑吸收法脫除沼氣中的硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)時(shí)，比采用PSA法可使用更高的操作壓力，但對(duì)于后續(xù)把合成天然氣轉(zhuǎn)化成液化天然氣時(shí)，更高的操作壓力可以省掉后續(xù)壓縮機(jī)的工藝，使得合成的天然氣在一個(gè)合適的溫度區(qū)間內(nèi)液化，以減少設(shè)備投資和降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

當(dāng)采用PC溶劑吸收法時(shí)，與其它溶劑吸收法相比，其溶劑再生不需蒸汽和冷源等公共工程，只需壓力變化和空氣就可實(shí)現(xiàn)再生。PC溶劑中添加0.1～10％的嗎啉基羥乙基聚乙基醚和/或雙嗎啉基聚乙基醚，其中聚乙基醚的聚合度為1、2、3或4、或甘醇制嗎啉的高沸點(diǎn)副產(chǎn)物，此添加劑可有效地降解脫除沼氣中的硫化氫，脫除效率比PC法可提高10多倍，而脫除二氧化碳的效率基本保持不變。

當(dāng)采用醇胺溶劑脫除沼氣中的硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)因其為化學(xué)吸收法時(shí)，可在0.05～0.8Mpa的較低操作壓力下進(jìn)行，但需要蒸汽再生吸收溶劑，為此若有便宜而又易得蒸汽的條件下可采用此法，以節(jié)約壓縮功率，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本。

當(dāng)采用MDEA溶劑吸收法脫除沼氣中的硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)時(shí)，與其它醇胺法相比，更有效率，設(shè)備腐蝕更低。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，在本發(fā)明對(duì)有機(jī)廢水采用厭氧處理工藝產(chǎn)沼氣能力大，沼氣中氧含量低，使用PSA脫除沼氣中硫化物和二氧化碳等雜質(zhì)時(shí)，壓縮功耗低，自動(dòng)化程度高。當(dāng)采用溶劑法脫除上述雜質(zhì)，碳酸 丙烯酯作溶劑時(shí)，溶劑再生不需要蒸汽，也不需要冷量，因而設(shè)備投資小，添加助劑后能更好地脫除硫化氫。而采用N-甲基二乙醇胺作溶劑時(shí)，盡管溶劑再生需要蒸汽，但可在較低的操作壓力下進(jìn)行，節(jié)約壓縮功率。通過(guò)上述工藝都可生產(chǎn)出甲烷濃度達(dá)到90％以上的合成天然氣，進(jìn)一步可生產(chǎn)出合格的CNG和LNG。因此本發(fā)明既可減少環(huán)境污染又可減少溫室氣體的排放，對(duì)實(shí)現(xiàn)充分利用資源和提高經(jīng)濟(jì)收益有很重要的作用。

附圖說(shuō)明

圖1為生產(chǎn)淀粉的工業(yè)有機(jī)廢水合成天然氣的工藝流程圖

圖2為生產(chǎn)酒精的工業(yè)有機(jī)廢水合成天然氣的工藝流程圖

圖3為造紙廠的工業(yè)有機(jī)廢水合成天然氣的工藝流程圖

圖4為養(yǎng)殖業(yè)污水合成天然氣的工藝流程圖

下面通過(guò)附圖說(shuō)明和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

以木薯為原料生產(chǎn)淀粉的工業(yè)有機(jī)廢水，以UASB法生產(chǎn)沼氣，日產(chǎn)沼氣50000m³，其中，CH₄50％，CO₂45％，H₂S 300ppm，生產(chǎn)的沼氣由風(fēng)機(jī)從密閉的厭氧罐中抽出，冷卻脫水后進(jìn)入沼氣氣柜中，控制O₂0.1％，出氣柜的沼氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至1.0Mpa進(jìn)入PC溶劑法凈化裝置，脫除沼氣中硫化物和二氧化碳，產(chǎn)出0.8～0.9Mpa的合成天然氣，CH₄＞95％，氣量2.5萬(wàn)NM³/d，甲烷回收率＞97％。經(jīng)高壓壓縮機(jī)再次增壓至25Mpa，生產(chǎn)出合格的CNG。

實(shí)施例2

生產(chǎn)酒精的有機(jī)廢水厭氧工藝采用CSTR法生產(chǎn)沼氣，其中，CH₄49％，CO₂50％，H₂S 1000ppm，生產(chǎn)的沼氣由風(fēng)機(jī)從密閉的厭氧罐中抽出，冷卻脫水后進(jìn)入沼氣柜，控制O₂0.3％，出氣柜的沼氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0.4Mpa進(jìn)入PSA裝置，生產(chǎn)出0.3～0.35Mpa的合成天然氣，CH₄＞95％，甲烷回收率＞90％，進(jìn)一步增壓至0.6Mpa進(jìn)入燃?xì)夤芫W(wǎng)。

實(shí)施例3

造紙廠有機(jī)廢水厭氧工藝采用EGSB法生產(chǎn)沼氣，其中，CH₄45％，CO₂53％，H₂S 800ppm，生產(chǎn)的沼氣由風(fēng)機(jī)從密閉的厭氧罐中抽出，冷卻脫水后進(jìn)入沼氣氣柜，控制O₂0.9％，出氣柜的沼氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0.1Mpa，進(jìn)入MDEA法凈化裝置，脫除沼氣中的硫化物和二氧化碳，生產(chǎn)出0.05～0.08Mpa的合成天然氣，CH₄＞98％，甲烷回收率＞97％，增壓制冷后生產(chǎn)出LNG。

實(shí)施例4

大型養(yǎng)牛場(chǎng)牛糞污水以UASB法生產(chǎn)沼氣，其中，CH₄51％，CO₂47％，H₂S2000ppm，生產(chǎn)出的沼氣由風(fēng)機(jī)從密閉的厭氧罐中抽出冷卻脫水后進(jìn)入沼氣氣柜，控制O₂0.7％，出氣柜的沼氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至2.5Mpa進(jìn)入PC溶劑法凈化裝置；PC溶劑中添加1％的嗎啉基羥乙基聚乙基醚，凈化硫化物和二氧化碳后產(chǎn)出2.2～2.4Mpa的合成天然氣，CH₄＞97％，甲烷回收率＞95％。經(jīng)高壓機(jī)再次增壓至25Mpa，生產(chǎn)出合格的CNG。