[发明专利]一种可调二氧化碳浓度的从临界沼气中分离二氧化碳的液化工艺方法及装置

说明书

本发明公开了一种可调二氧化碳浓度的从临界沼气中分离二氧化碳的液化工艺方法及装置，沼气经过脱水脱硫预处理后，经过多级压缩至沼气中二氧化碳的分压达到6.5MPa且在温度≤25℃临界状态，再通过冷凝器对沼气进行冷却至温度＜25℃，将沼气中的二氧化碳气体液化分离回收。并且，通过设置旁路调节增加二氧化碳的浓度，保证二氧化碳分压在6.5MPa以上，使得二氧化碳在25℃常温下液化，便于储存。分离了液态二氧化碳之后余下的气体，经过增压和净化，得到高浓度的甲烷。本发明的方法和装置，能使沼气中分离甲烷的含量高达98％以上，加压常温液化的二氧化碳气体净化富集达98％纯度以上，适合规模连续性生产，系统结构简单、连续，操作方便，节约能耗，具有广阔的技术应用前景。

技术领域

本发明属于沼气综合利用技术领域，尤其涉及一种可调二氧化碳浓度的从临界沼气中分离二氧化碳的液化工艺方法及装置。

背景技术

能源是世界各国经济发展的战略资源，是社会生产力的核心和动力源泉。沼气是一种性能优良的清洁燃料，不仅原料来源丰富、价廉，而且具有燃烧热效率髙成本低、绿色、低排放、可再生、较其它燃气抗爆性能好的优点，是一种优质可再生生物质能源。

沼气中通常含有60％左右的甲烷，40％左右的二氧化碳、硫化氢和水蒸汽等少量杂质气体。因此将沼气净化，提髙沼气中甲烷的纯度以提高其热值、实现沼气的高品质利用是很有必要的；同时可通过提纯系统将沼气中的二氧化碳分离出收集、净化富集至98％以上可供工业使用。这对节约利用可再生的清沽生物质能源、降低碳排放和改善生态环境具有重要的现实意义。

当前在沼气工程中，主要的脱除二氧化碳方法有:物理吸收法、化学吸收法和变压吸附法、膜法四类。

1)、物理吸收法有冷甲醇法、聚乙二醇二甲醚法和碳酸烯丙酯法。物理吸收法需要在压力为2～5MPa和较低温度条件下进行，溶液的再生依靠减压解吸。该方法能耗较低，但是净化度较低。在净化度要求较高的沼气净化工艺中应用，还有待于进一步完善。

2)、化学吸收法可以在较低压力的环境下，吸收气体中的二氧化碳，脱除二氧化碳程度很高。目前常用的化学吸收法主要是热钾碱法。热钾碱法是有效除去二氧化碳的方法，其原理为利用少量有机物或大量无机物作为热碳酸钾法的活化剂，用以去除二氧化碳。然而，实际应用过程中，存在吸收剂再生工艺操作复杂不利于连续生产，能耗较大，投资较高等缺点。因此，化学吸收法也不宜在沼气净化压缩罐装工艺中使用。

3)、变压吸附法是近年来兴起的一种新气体分离工艺。该工艺基于吸附单元操作，通常用于混合气体中某种气体的分离与精制。吸附的工艺原理是利用吸附剂对不同气体的吸附力不同，对气体混合物中的某种组分进行选择性吸附，使之与其他气体得到分离。由于在该工艺操作过程中，不仅需要多套吸附装置并联使用，才能保持工艺生产的连续性；而且能耗、占地、运行成本和设备投资成本较高。因此，该技术的应用推广，有待于工艺进一步改进和技术的提高。

4)、膜法是将无液态水、无油的压缩沼气沿中空纤维管内腔流动时，各种气体的分压在中空纤维丝管的高压侧(原料侧)与低压侧(渗透侧)所形成的驱动力——分压差作用下，溶解系数和扩散系数大的气体(如CO₂、H₂S)优先透过管壁，其余气体(CH₄)相对透过困难，从而达到分离的目的，但是价格昂贵，投入与回收不成正比，推广困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种常温液化高效分离沼气中的二氧化碳和其它杂质气休，同时制取高纯度液态二氧化碳和甲烷，使沼气中的二氧化碳和甲烷得以充分利用，达到降低碳排放和常温液化分离和提纯沼气中二氧化碳的目的。

本发明采用以下技术方案：

一种可调二氧化碳浓度的从临界沼气中分离二氧化碳的液化工艺方法，包括以下工艺步骤：