[发明专利]沼气净化制取天然气的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气制取工艺，具体是沼气净化制取天然气的工艺。

技术背景

沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物作用，产生的一种可燃气体。

20世纪70年代初，为解决秸秆焚烧和燃料供应不足的问题，我国政府在农村推广沼气事业，我国的沼气最初主要为农村户用沼气池，沼气池产生的沼气用于农村家庭的炊事而逐渐发展到照明和取暖。沼气池内发酵得到的直接产品是沼气，其主要成分是甲烷（CH₄)，甲烷在沼气中的含量55～65%；其次是二氧化碳(CO₂)，含量30～38%；此外还有其它气体，如硫化氢、一氧化碳、氮气、水蒸气等。沼气与天然气组分相差很大，天然气甲烷含量达96%，热值达33~36 MJ/m³，而沼气热值只有20~25 MJ/m³，这就限制了沼气的使用范围。天然气用途更为广泛，除了沼气所有的用途外，天然气还可以用作化工原料、汽车燃料等。天然气用作汽车燃料，其一氧化碳、氮氧化物、硫化物及二氧化碳排放水平都大大低于汽油、柴油发动机汽车。天然气在发动机内燃烧不积碳，不磨损，运营费用很低，是一种环保型替代能源。利用沼气制天然气对解决能源危机、节能减排、保护环境起到积极的作用，有着巨大的社会效益。

沼气净化制取天然气，其关键在于脱碳。目前所运用的沼气脱二氧化碳方式主要有三种，一种是膜分离法：将沼气中的二氧化碳脱除，从而富集甲烷，但其甲烷的损失量大，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，其可以较彻底地将二氧化碳和甲烷分离，所得天然气甲烷浓度较高，但是系统复杂，装置规模庞大，投资大、运行费用高，甲烷损失也较高。还有一种是热钾碱法，即利用碳酸钾溶液能吸收二氧化碳的原理把沼气中的二氧化碳脱除，由于脱碳反应是可逆反应，所以脱除效率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种沼气净化制取天然气的工艺，本工艺甲烷损失量小，制得的天然气甲烷浓度高，而且还除去了沼气中的硫化氢气体，避免了硫化氢对管道和设备的腐蚀；本发明利用制冷法脱除了沼气中的二氧化碳，利用二氧化碳与甲烷的物理性质的差异，较彻底地脱除二氧化碳，而且甲烷损失率小，另外在得到主产品天然气的同时，还得到了副产品液体二氧化碳。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种沼气净化制取天然气的工艺，包括脱硫、脱水和脱二氧化碳工序，具体步骤为：

（1）将沼气进行湿法脱硫和干法脱硫除去沼气中的硫化氢，得到脱硫沼气；

（2）将脱硫沼气经水气分离、压缩、冷却进行粗脱水，然后用分子筛进行精脱水，得到脱水沼气；

（3）采用制冷工艺将脱水沼气冷却，使脱水沼气中的二氧化碳冷凝成液体除去，得到天然气和液体二氧化碳。

为简单说明问题起见，以下对本发明所述沼气净化制取天然气的工艺均简称为本工艺。

本工艺不仅适用于秸秆发酵制得的沼气净化，也适用于污水处理厂、垃圾填埋厂、养殖厂粪便处理或其它途径制得沼气的净化。

本发明首先进行脱硫工艺，避免了硫化氢对后续工序的设备造成腐蚀，脱碳工序利用二氧化碳和甲烷的物理性质不同，在一定的压力下采用制冷方式，使二氧化碳变成液体，从而实现甲烷和二氧化碳的分离，工艺流程简捷，投资少、运行费用低，沼气中甲烷几乎没有损失，所制得的天然气纯度高，质量指标能够达到国家标准《车用压缩天然气》GB18047-2000的要求。本工艺在制得天然气的同时还得到了副产品液体二氧化碳，增加了产品附加值，经济效益良好。

步骤（1）所述湿法脱硫是使用两台粗脱硫塔串联，另设一台再生塔，使用脱硫剂888为脱硫剂进行脱硫，脱硫剂888的浓度为10～30 ppm， pH值为8～9。脱硫剂888学名叫酞菁钴四磺酸钠，是以三核酞菁钴磺酸盐金属有机化合物为主体的脱硫剂，由于其特殊的化学结构而具有极强的吸氧载氧能力，在脱硫过程中不断地释放出具有很强活性的原子氧，能迅速将系统中H₂S和部分有机硫转化为单质硫，从而大大提高脱硫效率。在脱硫过程中，脱硫剂888自身结构保持稳定，能够进行吸氧、活化氧、输出氧、再吸氧，反复催化循环。湿法脱硫原理如下：

O₂ +2 H₂ S =2 S↓+ 2H₂O