水合物法從沼氣中連續(xù)分離甲烷、二氧化碳、硫化氫的方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合氣體分離提純，更涉及用水合物法從沼氣中連續(xù)分離提純甲烷、二氧化碳、硫化氫的方法及其裝置。
技術(shù)背景
[0002]用沼氣池生產(chǎn)出來的沼氣主要成分是甲烷。沼氣由50%?80%甲烷(CH4)、20%?40%二氧化碳(CO2)、0%?5%氮氣(N2)、小于I %的氫<氣(H2)、小于0.4%的氧氣(O2)與
0.1 %?3%硫化氫(H2S)等氣體組成。硫化氫(H2S)有多種用途，0.1 %?3%硫化氫(H2S),在每立方沼氣中含量雖僅有I?12克，它與水生成硫酸腐蝕我們的用氣設(shè)備外，當(dāng)它在空氣中濃度超過0.1 %?0.2 %時，可很快致人死亡，是一種有劇毒氣體，故現(xiàn)有沼氣技術(shù)必須對它進行脫硫處理。二氧化碳(CO2)的化學(xué)性質(zhì)是本身不燃燒，更不支持燃燒，作滅火劑、氣肥、藥用等，是造成溫室效應(yīng)的主要氣體之一，在其中所占百分率大，雖不會腐蝕我們的用氣設(shè)備，但如不從沼氣中分離出來加以利用，除造成浪費資源和排放溫室氣體外，還會從沼氣的燃燒中帶走大量的熱量，顯現(xiàn)不利于節(jié)能減排?？梢?，二氧化碳、硫化氫必須從沼氣中去除，我們才能變廢為寶，才能得到高純度的甲烷替代石油用作汽車燃料等。
[0003]專家們提出，水合物法混合氣體連續(xù)分離技術(shù)要實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用必須解決如下五個方面的問題:
[0004]一采用合適的水合物形成促進劑提高水合形成速率；
[0005]二采用適當(dāng)?shù)臄嚢璺绞?，提高水合反?yīng)的氣液接觸效率，提高水合形成速率；
[0006]三采取有效措施強化水合物生成熱的去除；
[0007]四采用合適的分離工藝，實現(xiàn)高壓條件下水合物體系氣、液、固三相自動分離；
[0008]五采用經(jīng)濟合理的工藝，提高分離過程目標氣體的回收率和氣體產(chǎn)品的純度，降低分離過程的能耗。
[0009]指導(dǎo)思想有了，合適的水合物形成促進劑人們也找到了多種，剩余的是有待我們?nèi)パ芯拷鉀Q的四大技術(shù)問題。網(wǎng)上，專家們一篇從沼氣中分離高純甲烷的研究進展一水合物分離法，詳細介紹了傳統(tǒng)的分離法缺點，水合物分離法較傳統(tǒng)的分離法具有顯著的高效性和經(jīng)濟性。還提供了一種水合物法分離高純甲烷氣的系統(tǒng)裝置，但該裝置僅是實驗室小批量分離裝置。本發(fā)明三種氣體水合物相平衡溫度與壓力關(guān)系的數(shù)據(jù)也正是取自該篇文章。專利號200610123489.7 一種水合物法混合氣體連續(xù)分離方法及裝置，它揭示的是采用三級串聯(lián)逆流連續(xù)分離工藝提高煙氣中CO2的回收率和產(chǎn)品中CO2的濃度。專利號201110176249.4揭示的是一種水合物法連續(xù)分離天然氣中二氧化碳的裝置與方法，并無揭示如何分離硫化氫?？梢?，四大技術(shù)難題還未解決。
[0010]沼氣是一種可循環(huán)再生綠色能源，經(jīng)分離提純后的甲烷最有希望替代石油成為汽車燃料、工業(yè)燃料，對改變?nèi)祟惸茉唇Y(jié)構(gòu)，環(huán)境污染，抑制氣候變化有著重要意義。工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)沼氣的方法與沼氣池已研究出來，現(xiàn)有分離技術(shù)又無法滿足要求，如何解決四大技術(shù)問題設(shè)計出與之配套的分離裝置把沼氣中的甲烷、二氧化碳、硫化氫連續(xù)工業(yè)化分離出來已成為人類迫在眉睫要解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的:一是提供一種水合物法從沼氣中連續(xù)分離甲烷、二氧化碳、硫化氫的方法，二是提供實現(xiàn)該方法的三級氣體分離裝置。
[0012]水合物法從沼氣中連續(xù)分離甲烷、二氧化碳、硫化氫的方法，利用甲烷氣體水合物相平衡溫度與壓力關(guān)系是當(dāng)溫度在273.2K?287.2K時，壓力要在2.64IMPa?11.650MPa，二氧化碳氣體水合物相平衡溫度與壓力關(guān)系是當(dāng)溫度在273.7K?283.1K時，壓力要在1.324MPa?4.502MPa，硫化氫氣體水合物相平衡溫度與壓力關(guān)系是當(dāng)溫度在272.8K?288.7K時，壓力要在0.093MPa?0.499MPa，三種氣體水合物相平衡溫度與壓力關(guān)系之間存在的差異很大特性，用一個采用合適水合物形成促進劑，能適當(dāng)攪拌和及時把水合物生成熱去除，能從沼氣中連續(xù)分離甲烷、二氧化碳、硫化氫的三級氣體分離裝置，通過編寫的程序用計算機去控制該三級氣體分離裝置自動運行選擇在合適的工作狀態(tài)，使第一級水合物分解塔工作在溫度273.7K?283.1K、壓力1.324MPa?4.502MPa之間，僅讓二氧化碳、硫化氫兩種氣體生成水合物漿料，實現(xiàn)甲烷氣體與二氧化碳、硫化氫兩種水合物漿料及水分離，使第二級水合物分解塔工作在溫度272.8K?288.7K、壓力0.093MPa?
0.499MPa之間，把二氧化碳、硫化氫兩種水合物漿料及水從第一級水合物分解塔置換到第二級水合物分解塔，實現(xiàn)二氧化碳與硫化氫水合物漿料及水分離，使第三級水合物分解塔工作在常壓和常溫以上，把硫化氫水合物漿料及水從第二級水合物分解塔置換到第三級水合物分解塔，實現(xiàn)硫化氫與水分離，把剩余的水又從第三級水合物分解塔強制循環(huán)回流到第一級水合物分解塔，使三級氣體分離裝置連續(xù)工作下去。
[0013]實現(xiàn)水合物法從沼氣中連續(xù)分離甲烷、二氧化碳、硫化氫的方法的裝置，包括水合物分解塔、加水和水合物形成促進劑裝置、加熱裝置、制冷裝置、泵、管道、氣體壓力調(diào)節(jié)閥、流量計、傳感器，設(shè)有三級氣體分離裝置、單片機，第一級甲烷氣體分離裝置的水合物分解塔下段——水合物置換泵和流量計——第二級二氧化碳氣體分離裝置的水合物分解塔下段——水合物置換泵和流量計——第三級硫化氫氣體分離裝置的水合物分解塔下段——循環(huán)水增壓泵和流量計一水預(yù)冷盤管——并聯(lián)N個三通管——N個微氣泡發(fā)生器——N個螺旋管并聯(lián)——第一級甲烷氣體分離裝置的水合物分解塔下段，依次用管道連接，沼氣池沼氣——增壓泵和流量計——沼氣預(yù)冷盤管——并聯(lián)前述N個三通管第三端，依次用管道連接，第一、二級水合物分解塔上段設(shè)帶氣體壓力調(diào)節(jié)閥的導(dǎo)氣管，第三級水合物分解塔上段設(shè)導(dǎo)氣管，加水和加水合物形成促進劑裝置一路通過閥門與第一級的水合物分解塔連通用于加入水合物形成促進劑，另一路通過閥門與第一級盛水容器連通用于向盛水容器加水，盛水容器設(shè)由下向上自循環(huán)泵，自循環(huán)泵的出口一路通過閥門與第一級的水合物分解塔連通用于注入反應(yīng)用循環(huán)水，另一路通過閥門連通盛水容器內(nèi)循環(huán)使制冷裝置蒸發(fā)器能及時吸收熱量對水制冷，把第一級的水合物分解塔、前述兩個預(yù)冷盤管、N個三通管、N個微氣泡發(fā)生器、N個螺旋管都淹沒在內(nèi)置蒸發(fā)器管的盛水容器水中，盛水容器設(shè)有溫度傳感器和液位傳感器，第一級水合物分解塔設(shè)有溫度傳感器、氣體壓力傳感器、二氧化碳氣體傳感器和液位傳感器，第二級水合物分解塔設(shè)有加熱裝置、溫度傳感器、氣體壓力傳感器、液位傳感器和硫化氫氣體傳感器，第三級水合物分解塔設(shè)有加熱裝置、溫度傳感器和液位傳感器，把編好的程序固化在單片機的存儲器內(nèi)，單片機的信號輸入端分別與前述各傳感器和流量計電連接，單片機的信號輸出端分別與各閥門、制冷裝置、加熱裝置、增壓泵、置換泵電連接，以此構(gòu)成的三級氣體分離裝置在單片機自動控制下，自動運行選擇合適的工作狀態(tài)，從第一級水合物分解塔帶氣體壓力調(diào)節(jié)閥的導(dǎo)氣管對外溢壓輸出甲烷氣體，從第二級水合物分解塔帶氣體壓力調(diào)節(jié)閥的導(dǎo)氣管對外溢壓輸出二氧化碳氣體，從第三級水合物分解塔的導(dǎo)氣管對外輸出硫化氫氣體，從而實現(xiàn)用水合物法從沼氣中連續(xù)分離甲烷、二氧化碳、硫化氫。
[0014]所述的盛水容器，設(shè)有保溫裝置。
[0015]沼氣預(yù)冷盤管與三通管連接端設(shè)有一個單向閥。
[0016]所述加熱裝置是制冷裝置的散熱器和或沼氣增壓泵的散熱器。
[0017]技術(shù)效果
[0018]由于采取了上述技術(shù)手段和措施，收到以下技術(shù)效果:
[0019]1、實現(xiàn)用單片機對三級氣體分離裝置自動控制，要它如何自動運行選擇合適的工作狀態(tài)，通過編寫計算機程序就能實現(xiàn)，靈活多變。
[0020]2、能實現(xiàn)用工業(yè)化水合物法大量地從沼氣中連續(xù)分離得到甲烷、二氧化碳、硫化氫三種高純氣體。
[0021 ] 3、解決了剩余的四大技術(shù)問題:
[0022]一采用微泡發(fā)生器、螺旋管的攪拌方式，提高水合反應(yīng)的氣液接觸效率，提高水合形成速率；
[0023]二采取預(yù)冷、循環(huán)和N個螺旋管細分反應(yīng)過程等有效措施強化水合物生成熱的去除；