生物氣凈化設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生物氣凈化設(shè)備，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、換熱器、冷卻器、分離器、吸收劑貯槽、泵，吸收塔為上小下大的異徑吸收塔，上下塔徑比保持在0.75～0.85；吸收塔前原料氣進(jìn)入口中增設(shè)帶金屬絲網(wǎng)的捕集器；在吸收塔富液出口增設(shè)帶纖維棒型過濾器。上下塔段塔內(nèi)填料層高度比宜保持在0.9～1.1。吸收塔采用填料塔或篩板塔，兩填料段之間設(shè)管型或槽型氣、液再分配塔盤或采用截錐型再分配器。原料氣進(jìn)口與塔最下層填料段底部保持距離S≥DN，原料進(jìn)氣口與塔底液面間保持1500～1800mm空間?？捎糜谏餁狻⒚簩託?，焦?fàn)t煤氣等脫除CO2、H2S、HCN、有機(jī)硫等雜質(zhì)，達(dá)到凈化的要求。
【專利說明】
生物氣凈化設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及生物氣的凈化領(lǐng)域，特別是一種生物氣凈化設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]生物氣是指生物體中有機(jī)質(zhì)在厭氧條件下，通過微生物的降解及甲烷化過程所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w。人工制取的生物氣主要有生活垃圾填埋后產(chǎn)生的填埋氣(LFG)、垃圾、污水、污泥、糞便、秸桿等植物發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣等。其主要成份是CH4、CO2、少量的H2、CniHn以及少量比5、有機(jī)硫等雜質(zhì)。目前，國內(nèi)生物氣尤其是垃圾填埋氣(LFG)的凈化利用還是剛起步。國外填埋氣凈化在上世紀(jì)九十年代時，美國洛杉磯Puent Hill’s填埋場采用膜分離法凈化制取汽車燃料。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是布置緊湊，占地少，產(chǎn)品中014含量達(dá)到96 %。但有其不足:首先是限于分離工藝，當(dāng)CH4濃度一定時，其生產(chǎn)上實(shí)際甲烷收率僅70%。若要增加收率則需增加分離級或采用膜一一胺聯(lián)合法，這樣的話需要增加投資；膜分離在高壓下(3.6MPa)進(jìn)行，電耗大，設(shè)備投資增加；由于膜易損，故對原料氣需較復(fù)雜、嚴(yán)格的預(yù)處理，如活性炭、硅膠預(yù)處理；分離膜需定期更換，進(jìn)口分離膜則更增加操作費(fèi)用。在歐洲，如荷蘭，LFG有采用變壓吸附(PSA)法，其優(yōu)點(diǎn)是占地少，布置緊湊。國內(nèi)PSA法在化工上大量應(yīng)用，設(shè)備及吸附劑不必進(jìn)口，能耗比較低，但也有其不足:限于工藝特性，當(dāng)提高產(chǎn)品濃度時，其甲烷收率相應(yīng)降低。試驗表明當(dāng)凈化氣CH4濃度到90%時其CH4收率也只有80%?90%;提高收率則CH4含量下降。該工藝也在壓力下(0.4MPa)操作，需消耗一定電能。
[0003]化學(xué)吸收法也有用于生物氣凈化，如采用單乙醇胺(MEA)作吸收劑的MEA法。該法優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品中CH4含量可大于96%，CH4收率也高。但其不足是MEA系屬伯胺，其化學(xué)穩(wěn)定性較差，溶液易受氧化等原因而聚合變質(zhì)，故其溶質(zhì)(MEA)消耗較大；二則溶液有一定腐蝕性，裝置消耗不銹鋼材量較大；再則化學(xué)法的熱能消耗較上述方法為大。
[0004]近年來，在美國也有采用MDEA (N-甲基二乙醇胺)凈化生物氣的報導(dǎo)，但都在高壓下(>2.0MPa)吸收，未見有常壓下進(jìn)行吸收凈化的先例。發(fā)明專利ZL00134330.0 “生物氣中C02、H2S的凈化工藝”，設(shè)備包括吸收塔、解吸塔、重沸器、換熱器、冷卻器、分離器、吸收劑貯槽、栗，提出采用有主溶質(zhì)MDEA及多種胺為活化劑的多胺水溶液作為吸收劑，在常壓或加壓下對LFG進(jìn)行凈化。MDEA系屬叔胺，化學(xué)穩(wěn)定性較好，而氧化、腐蝕性很小，裝置的不銹鋼用量減少，故該工藝具有投資省，溶劑消耗少，成本低等特點(diǎn)，具有對膜法，PSA法競爭的一定優(yōu)勢。但限于化學(xué)法工藝特性，其熱能消耗較上述方法大，電能消耗為低。此外，限于目前國內(nèi)填埋場的條件，尤其是LFG產(chǎn)量不高，很難采用大型高壓吸收凈化工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)工藝合理、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作簡單易行的生物氣凈化設(shè)備。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明的生物氣凈化設(shè)備，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、富液換熱器、凈化冷卻器、貧液冷卻器、尾氣冷卻器、凈化氣氣液分離器、尾氣氣液分離器、軟水槽、液下栗、貧液栗、富液栗，
[0008]I)所述地吸收塔為上小下大的異徑吸收塔，
[0009]2)所述的吸收塔前原料氣進(jìn)入口中增設(shè)帶金屬絲網(wǎng)的撲集器，
[0010]3)在所述的吸收塔富液出口增設(shè)帶纖維棒型過濾器，
[0011]4)所述的重沸器與貯液槽相接。
[0012]所述的上小下大吸收塔的上下塔徑比保持在0.75?0.85。
[0013]所述的上小下大吸收塔的上下塔段塔內(nèi)填料層高度比宜保持在0.9?1.1。
[0014]所述的吸收塔米用填料塔或篩板塔.當(dāng)米用填料塔時，在塔徑DN ^ 800mm時，兩填料段之間設(shè)管型或槽型氣、液再分配塔盤，當(dāng)DN彡600mm時，采用常規(guī)的截錐型再分配器。
[0015]所述的吸收塔，當(dāng)塔徑DN彡800mm時塔下原料氣進(jìn)口設(shè)在塔壁處，當(dāng)DN多800mm時，塔下原料氣進(jìn)口深入塔中心線，且出氣口向下，當(dāng)DN在600?1500mm范圍內(nèi)時，原料氣進(jìn)口與塔最下層填料段底部保持距離S ^ DN，原料進(jìn)氣口在塔底液面間保持1500?1800mm 空間。
[0016]所述的撲集器頂部采用金屬絲網(wǎng)撲霧層，其高度為200?300mm。
[0017]本發(fā)明的主要點(diǎn)闡述如下:
[0018]1、吸收塔由以往設(shè)計的單一直徑塔改為異徑，分段塔，這是基于:
[0019]I)原料氣中含有35?40% CO2，在塔的下段原料氣進(jìn)口處，由于CO2濃度大，與溶液之間傳質(zhì)推動力大，計算表明，Δ ?1在45KPa左右(塔的總絕對壓力為163kPa時)，故在全塔50%左右的傳質(zhì)單元(相當(dāng)于填料高度)內(nèi)完成了對C0285%?90%的吸收.反之，在塔的上部，由于凈化氣中要求含0)2含量很低，相應(yīng)其分壓也低.這樣，雖貧液濃度不大，但其兩相推動力AP2R為上段推動力?8%。因此，在上塔段，需要足夠多的傳質(zhì)單元(填料層高)來吸收余下不多的CO2量，以確保凈化氣質(zhì)量。經(jīng)計算并參考生產(chǎn)標(biāo)定數(shù)據(jù)，建議新設(shè)計的分段塔上下段填料高度比宜在0.9?1.1 ;
[0020]2)鑒于塔下段已有85%?90% 0)2已被吸收，故塔的上段氣相負(fù)荷已減少30%多，故氣速大幅度降低，這對吸收的傳質(zhì)過程不利。為維持穩(wěn)定傳質(zhì)過程，宜將上段塔徑適當(dāng)縮小，以保持全塔較為均勻氣流速度。另者，縮小塔徑也隨之減少鋼材與填料消耗量，對節(jié)省投資也有利。建議新設(shè)計上下段塔徑比宜取0.75?0.85。
[0021]2、為提高與穩(wěn)定填料塔內(nèi)傳質(zhì)效率，最大限度地減少氣液流的“邊緣效應(yīng)”所述的吸收塔應(yīng)采取以下措施:
[0022]I)填料分層分段設(shè)計，每層填料高度(ht)與塔徑比在4?6，一般不超過5m.對于DN多800mm塔，填料層間設(shè)集液與再分配盤，使氣液流均勻分布，發(fā)明設(shè)計采用管型或槽型再分配器。由于吸收塔液相負(fù)荷較大在40m3/m2h左右，故再分配器必須保證足夠的液流通道面積。再分配器與上下填料層間距離保持500mm左右。
[0023]2)對于DN彡600_塔，則可采用簡單的截錐式再分配器，截錐下口直徑取0.7?
0.8DN，錐體與塔壁夾角可取35°?45°。
[0024]3、吸收塔LFG進(jìn)口處需解決好入塔氣體均勻分布與保持足夠的緩沖空間。緩沖空間過小，如氣體進(jìn)口與底層填料間距過小，不僅影響全塔穩(wěn)定操作，更可導(dǎo)致塔的提前出現(xiàn)局部液泛，故建議設(shè)計進(jìn)氣口與底層填料間保持一定間距，對于DN在600?1500_范圍內(nèi)的塔S ^ DN.進(jìn)氣口下方與塔底液面之間也應(yīng)保持一定距離，一則是為保持足夠緩沖空間，二則是考慮到事故停塔時全塔填料持液量流下，為了不致使塔內(nèi)溶液由進(jìn)氣口外溢.填料持液量應(yīng)按工藝條件具體計算，一般按填料量5%左右已屬穩(wěn)妥。據(jù)此，本發(fā)明設(shè)計吸收塔已考慮進(jìn)氣口至塔底液面間留有1600?1800mm的距離，以保持有足夠的緩沖空間。
[0025]4、吸收塔內(nèi)C02、H2S的吸收反應(yīng)速度不同，故屬于選擇性吸收，以主溶質(zhì)MDEA與二者反應(yīng)為例，H2S與其很快完成吸收反應(yīng)，且其吸收能力大，氣液比大(500-800)，設(shè)計的空塔速度大(1.5?2.0m/s)，但0)2與其反應(yīng)速度慢，沒有足夠反應(yīng)時間不能達(dá)到凈化要求，故其適宜空塔速度僅取0.2?0.28m/s，以保持在塔內(nèi)有足夠反應(yīng)時間。按此速度運(yùn)行的生產(chǎn)裝置取得了較好的凈化效果。
[0026]5、胺類溶液在吸收過程中最令人擔(dān)心的是溶液的乳化、起沫、變質(zhì)。引起變質(zhì)起沫的主要原因是油滴以及溶液中因氧化等原因生成較多絮狀聚合物等，其次是鐵銹、灰塵、結(jié)垢等產(chǎn)生的固體微?；烊肴芤?。為此，本發(fā)明采取了兩項措施:
[0027]I)吸收塔富液出塔后，原發(fā)明專利采用了富液中間槽進(jìn)行沉降、緩沖、調(diào)節(jié)，但由于聚合物成絮狀，難于用沉降辦法去除。今采用了在富液栗后設(shè)置纖維棒型過濾器，按其性能可去除>5 μπι的絮狀物與固形微粒。使用后發(fā)現(xiàn)，其能有效去除絮狀物與顆粒物。但根本辦法還得從源頭上解決:減少溶液與空氣接觸；杜絕雜質(zhì)，尤其是油滴混入溶液。上述這一措施由于取消了中間槽可節(jié)省投資，并有效去除雜質(zhì)，改善溶液性質(zhì)。
[0028]2)原料氣在經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)及室外管道后會挾帶少量液滴尤其是油滴入吸收塔。為此，在吸收塔前增設(shè)了捕集器。在捕集器下部采取減速沉降捕集，上段采用金屬絲網(wǎng)除霧層，其高度為250mm，采用高效型不銹鋼絲網(wǎng)除霧層使其氣速保持在2.2?2.8m/s。按其性能可分離5 μπι以上霧滴，對于10多μπι霧滴，其去除率>99%。這一措施有效防止入塔原料氣對溶液的污染。
[0029]本發(fā)明不僅具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且更具環(huán)境效益，變廢為寶，將以往無組織排放的有害填埋氣收集利用制成汽車燃料。由于價廉(較汽油)故對生產(chǎn)者、使用者都具有經(jīng)濟(jì)效益。由于回收了強(qiáng)溫室氣體甲烷(其溫室效應(yīng)較0)2大24.5倍)具有全球環(huán)境效益。再者，由于凈化氣是清潔燃料，故大幅度降低了汽車尾氣中污染物。此外，在回收可再生能源上也具有一定意義。工業(yè)裝置環(huán)境良好，環(huán)境及排放源都符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的生物氣凈化工藝流程示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明的吸收塔的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0033]如圖1、2所示，本發(fā)明的生物氣凈化設(shè)備，包括吸收塔2、解吸塔6、重沸器12、貧富液換熱器13、凈化冷卻器3、貧液冷卻器5、尾氣冷卻器7、凈化氣氣液分離器4、尾氣氣液分離器8、軟水槽9、液下栗11、貧液栗14、富液栗16，其特征在于:
[0034]I)所述的吸收塔2為上小下大的異徑吸收塔，2)所述的吸收塔2前原料氣進(jìn)入口中增設(shè)帶金屬絲網(wǎng)的捕集器1，3)在所述的吸收塔2富液出口增設(shè)帶纖維棒型過濾器15，4)所述的重沸器12與貯液槽10相接。4)所述的重沸器12與貯液槽10相接。所述的上小下大吸收塔的上下塔徑比保持在0.75?0.85。所述的上小下大吸收塔的上下塔段塔內(nèi)填料層高度比宜保持在0.9?1.1。所述的吸收塔2采用填料塔或篩板塔.當(dāng)采用填料塔時，在塔徑DN彡800mm時，兩填料段204之間設(shè)管型或槽型氣、液再分配塔盤202，當(dāng)DN彡600mm時，采用常規(guī)的截錐型再分配器。
[0035]所述的吸收塔2，當(dāng)塔徑DN ( 800mm時塔下原料氣進(jìn)口 207設(shè)在塔壁處，當(dāng)DN彡800mm時，塔下原料氣進(jìn)口 207深入塔中心線，且出氣口 209向下，當(dāng)DN在600?1500mm范圍內(nèi)時，原料氣進(jìn)口 207與塔最下層填料段底部保持距離S ^ DN，進(jìn)氣口在塔底液面間保持1500?1800mm空間。
[0036]解吸塔6頂部采用金屬絲網(wǎng)捕霧層201，其高度為200?300mm。
[0037]實(shí)施例1
[0038]主要設(shè)備:吸收塔:直徑(mm):上段Φ800、下段Φ 1000、上下段填料高度比:
0.9?1.1。解吸塔:直徑Φ900_。
[0039]實(shí)施例2
[0040]主要設(shè)備:1)吸收塔:直徑mm:上段Φ600、下段Φ 800、上下段填料比:0.9?
1.1o 2)解吸塔:直徑mm: Φ 1400。圖2中的標(biāo)號，203為填料壓板，205為填料支承板，206為磁翻管液位計，208為貧液進(jìn)入管。
【主權(quán)項】
1.一種生物氣凈化設(shè)備，包括吸收塔、解吸塔、重沸器、富液換熱器、凈化冷卻器、貧液冷卻器、尾氣冷卻器、凈化氣氣液分離器、尾氣氣液分離器、軟水槽、液下栗、貧液栗、富液栗，其特征在于: 1)所述的吸收塔為上小下大的異徑吸收塔， 2)所述的吸收塔前原料氣進(jìn)入口中增設(shè)帶金屬絲網(wǎng)的捕集器， 3)在所述的吸收塔富液出口增設(shè)帶纖維棒型過濾器， 4)所述的重沸器與貯液槽相接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的上小下大吸收塔的上下塔徑比保持在0.75?0.85。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的上小下大吸收塔的上下塔段塔內(nèi)填料層高度比保持在0.9?1.1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的吸收塔采用填料塔或篩板塔。當(dāng)采用填料塔時，在塔徑DN ^ 800mm時，兩填料段之間設(shè)管型或槽型氣、液再分配塔盤，當(dāng)DN彡600mm時，采用常規(guī)的截錐型再分配器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的吸收塔，當(dāng)塔徑DN彡800mm時塔下原料氣進(jìn)口設(shè)在塔壁處，當(dāng)DN彡800mm時，塔下原料氣進(jìn)口深入塔中心線，且出氣口向下，當(dāng)DN在600?1500mm范圍內(nèi)時，原料氣進(jìn)口與塔最下層填料段底部保持距離S彡DN，原料進(jìn)氣口在塔底液面間保持1500?1800mm空間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物氣凈化設(shè)備，其特征在于所述的捕集器的頂部采用金屬絲網(wǎng)捕霧層，其高度為200?300mm。
【文檔編號】C10L3/10GK105885975SQ201410636799
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年10月31日
【發(fā)明人】謝兵, 吉聰
【申請人】重慶鼎升生物科技有限公司