[发明专利]一种沼气低温提纯方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，为一种在低温下提纯沼气的方法。

背景技术

经过对沼气的脱硫脱水工艺后，沼气的主要成分是甲烷及二氧化碳，对沼气的提纯主要指脱碳过程。对于沼气的脱碳提纯实际与天然气脱碳技术十分相近。目前的主流脱碳技术主要有溶剂吸收法、化学吸收法。其中，化学吸收法需要消耗相当数量的碱性化学品，运行成本较高。而在有机溶剂吸收法中，虽然吸收溶剂可以再生，但工艺流程设备较复杂，经济规模门槛较高，需要专业技术人员操作，并且运行时会损耗一定量的吸收溶剂及投入再生能耗，不适于规模灵活的沼气生产特点。

关于天然气提纯也有低温液化方式，但一般所指的是使甲烷液化成为LNG的过程中脱去二氧化碳等其他成分，要求的工艺温度达-170℃以下，投入能耗较高，且不适于中小规模生产。而产出的LNG在贮存方面有一定的危险性和专业性，一般只在国际间天然气的贸易运输中采用。在国内的天然气商品流通中特别是车用天然气领域更多的采用CNG模式，这就要求与其紧邻的上一环节即甲烷的提纯过程与之相适应。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术之不足，提供一种在高压低温条件下，对经脱水脱硫后的沼气以纯物理方式将其中的二氧化碳冷凝为液态析出，并直接将提纯后的高压甲烷气体进入CNG商品流通领域。

本发明的原理是：利用CO₂的三相点原理，控制混合气体温度在接近三相点的状态，即温度为218K(-55℃)，对应的CO₂饱和蒸气压为555.05kPa。从而使液态CO₂连续析出，降低沼气中的CO₂浓度。当混合气体的压力达到25MPa时，假定混合气体中只有CH₄与CO₂两种气体，那么它们将近似遵循道尔顿气体分压定律，即理想气体混合物的总压力为各组元气体分压力之和，可以计算出CH₄在理论上可以被提纯到97.778％，达到提纯的目的。考虑到实际冷凝设备热交换的效率及冷凝过程的不确定性，在工程上可以达到95％以上的提纯精度，达到国家车用天然气的热值标准。

本发明的方法是：在将脱硫后的沼气压缩至20～25MPa，通过回冷器进入低温提纯塔，沼气在低温提纯塔中被冷却至-55℃的过程中，使沼气中的CO₂凝结液化并被析出，从而得到提纯后的CH₄气体，再通入回冷器，预冷待处理的沼气，最后排出进入CNG储瓶。

本发明达到的技术经济指标：通过上述脱碳提纯技术后，得到的提纯天然气中甲烷含量达到95％以上，运行电耗0.2度/立方天然气。

本发明的优点是：

1、由于流程简单，设备可以达到完全自控，类似于一台冰箱的使用。运营规模十分灵活，可大可小。这相比于天然气工业的提纯方式，在可推广性上有了质的不同。由于天然气工业提纯一般采用溶剂吸收方式，吸附溶剂的解析再生使一个十分复杂的过程，需要十分专业且经验丰富的技术人员操控，设备十分庞大，造价很高，运行还需要消耗昂贵的吸附溶剂。运行经济规模一般为1百万方/天，这是生物质天然气不可能达到的。根据石化专家的观点，即使在专业的天然气工厂也经常容易发生操作运行事故，更不要想象在村镇一级的生物质天然气站进行此类运营了。

2、本发明的方法运行过程不消耗任何吸附溶剂。由于吸附溶剂大多昂贵，这使运行成本大为降低。

3、运行电耗为0.2度/立方天然气。由于CNG销售时压缩过程是必须的，提纯能耗仅计算制冷电耗这一部分，除此以外再无其他形式的能量消耗。如果提纯后气体回冷充分，即利用提纯后的低温气体将待处理的气体预降温，那么能耗还将下降30％。例如，目前正在制造的耗电功率7KW的一套低温提纯设备，每天可以处理1600立方混合气体，得到约1000立方提纯CH₄，及1.1吨CO₂。

4、吸附提纯过程中，在吸附剂再生时排放的CO₂很难单独回收。最大的问题是还有部分CH₄也被吸附剂吸收，并在再生时被排放，这对环境影响极为不利，因为甲烷的温室气体效应远大于CO₂。而且浪费了宝贵能源。