[发明专利]一种变压吸附连续分离沼气的方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及沼气提纯净化综合利用，特别是涉及变压吸附连续分离沼气，制备高纯度甲烷气的方法。

(二)背景技术

为了改善环境和缓解能源危机，越来越多的人关注到绿色资源——甲烷(CH₄)。在自然界中CH₄经常伴随着CO₂产生，并形成混合气体，如天然气，沼气，垃圾填埋气，及煤层气。有研究表明，含有90％甲烷的天然气热值是32.95MJ/Nm³，而含有50％左右甲烷的填埋气热值降为19.70MJ/Nm³。不仅CO₂会降低混合气体整体的热值，且在有水存在的情况下还会导致管道腐蚀。因此从CO₂、CH₄混合气体中去除CO₂具有重要的意义。

中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义，随着农村社会经济的迅速发展，农村能源消耗也日益增大，在此背景下，沼气资源作为一项极具应用前景的新能源，其开发利用是解决能源紧张形势下农村能源供应问题的有效举措，其发展日益受到国家的重视。沼气是一种优质可再生生物质能源，是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70％，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等，其特性与天然气相似。因此，分离净化沼气，提高甲烷百分比含量，既能作为新能源缓解能源紧张问题，又能够带来可观的经济收益，具有重要的经济效益和社会效益。

为了从沼气中去除二氧化碳，进而获得高纯度的甲烷气，学者们研究出很多种气体分离方法，其中，基于气体吸附过程的变压吸附(PSA)技术是近年来重要的气体分离技术。目前，已经研究过的吸附材料包括碳分子筛，沸石分子筛，无机或有机金属复合物，活性氧化铝等，而能够分离净化沼气的方法和装置有很多，大多数需要在0.5MPa及以上的压强下吸附分离沼气，压缩气体需要额外的能源投入，增加了生产成本，而且查阅大量资料发现，净化沼气获得的甲烷气含量最高在95％左右，需要进一步分离净化才能提高甲烷浓度，提高产品价值，但也会增加成本。

(三)发明内容

鉴于上述分离压强较高和产品气纯度不足的缺陷，本设计人，积极查阅文献结合大量的实验研究，设计出一种变压吸附连续分离沼气的方法，在0.1MPa下分离净化沼气，连续地生产出高纯度的甲烷气。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

本发明的工艺步骤是：

(1)将已经脱水、脱硫的沼气压缩后进入缓冲罐，暂时存储沼气，存储压强仅需大于0.1MPa即可；

(2)将沼气按一定的流速从一端通入吸附塔，保持塔内气压为0.1MPa，通过吸附塔内部吸附材料对沼气的吸附分离作用，沼气中的二氧化碳被吸附材料吸附，而未能被吸附的甲烷则从吸附塔另一端排出，此时利用大型气袋收集产出的高纯甲烷气；

(3)当吸附塔出气端检测出CO₂含量大于设定值时，说明吸附塔即将吸附CO₂饱和，此时通过程序控制将沼气通入下一个吸附塔进行吸附分离，而即将吸附CO₂饱和的吸附塔进行真空脱气操作；

(4)重复步骤(3)的操作，即可达到连续地生产出高纯度的甲烷气的目的。

所处理的沼气为脱水、脱硫后的沼气，其中甲烷含量约为60％，二氧化碳含量约为40％。

变压吸附所用的吸附材料为5A沸石分子筛，粒径为2-3mm，装填入吸附塔时，需要预先脱气处理，并注意尽量减少与空气的接触时间；填装要求为将吸附塔装填满即可。

根据沼气的理论设计产量设置7个以上的吸附塔，依次切换沼气通入的吸附塔，并进行真空脱气操作，可连续生产出高纯度的甲烷气。

变压吸附的操作温度为常温(25℃)，吸附压强为0.1MPa。

本发明的变压吸附连续分离纯化沼气，并生产高纯度甲烷气的方法，采取常压(0.1MPa)吸附的方法，分离沼气中的二氧化碳气体，获得的甲烷气浓度可达98％以上，实现沼气的高品质综合利用；同时，减压真空脱附能使吸附材料获得再生。本发明方法适合大规模连续净化沼气，并能在沼气产量不高，缓冲罐压强小于0.5MPa时依然完成沼气净化任务；系统结构简单、连续，操作方便，吸附材料价格低廉，脱附简单，节约能耗，降低成本，具有广阔的应用前景。

(四)附图说明：

图1变压吸附装置简图