脫除沼氣中二氧化碳的裝置制造方法
【專利摘要】脫除沼氣中二氧化碳的裝置，它包括吸收塔，吸收塔的上段設(shè)有N—甲基二乙醇胺填料段、下段設(shè)有碳酸丙烯酯填料段，N—甲基二乙醇胺填料段的下端設(shè)有集液盤，它還包括碳酸丙烯酯循環(huán)再生系統(tǒng)和N—甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)；碳酸丙烯酯循環(huán)再生系統(tǒng)包括碳酸丙烯酯再生塔、第一減壓閥、捕集罐、氣提風機和貧液泵；N—甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)包括N—甲基二乙醇胺再生塔、第二減壓閥、第三減壓閥、再沸器、貧胺泵和貧胺冷卻器。本實用新型采用兩種方法組合的方式脫除沼氣中的二氧化碳，可以將沼氣中的二氧化碳含量降至10ppm以下，并且本脫除沼氣中二氧化碳的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資低、能耗低的優(yōu)點。
【專利說明】脫除沼氣中二氧化碳的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及沼氣凈化領(lǐng)域，具體地說涉及一種脫除沼氣中二氧化碳的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]沼氣是有機物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，在一定溫度、濕度、酸堿度的條件下，通過微生物作用而產(chǎn)生的一種可燃氣體，沼氣中甲烷(CH4)的含量約為55—65%，二氧化碳(CO2)的含量約為30— 40%，此外還有微量的硫化氫、氫氣、一氧化碳、氮氣、氧氣等，沼氣熱值約為20—23MJ/m3。為了方便沼氣的運輸，擴大沼氣的使用范圍，通過一系列的凈化工藝制取生物天然氣是有效途徑之一。
[0003]沼氣脫碳是沼氣凈化中的關(guān)鍵技術(shù)，目前所運用的脫除沼氣中二氧化碳方法有很多，如變壓吸附法、壓力水洗法、碳酸丙烯酯法、熱鉀堿法、MDEA (N—甲基二乙醇胺)吸附法、低溫甲醇洗等等。各種方法都有優(yōu)缺點，變壓吸附法的設(shè)備投資高、甲烷損失率高、產(chǎn)品純度差；壓力水洗法的脫除精度不高、動力消耗大；碳酸丙烯酯法的動力消耗比壓力水洗低，但也存在脫除精度不高的問題；熱鉀堿法的脫除精度不高，且需消耗熱能、對設(shè)備材質(zhì)要求高；MDEA吸附法的脫除精度高，能深度脫碳，但是需要消耗大量熱能；低溫甲醇洗法的流程復雜，還需配置制冷設(shè)備，動力消耗較高。
[0004]因此，需要一種脫碳精度高、能耗低的脫除沼氣中二氧化碳的裝置。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種脫碳精度高、能耗低的脫除沼氣中二氧化碳的裝置。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:脫除沼氣中二氧化碳的裝置，它包括吸收塔，吸收塔的上段設(shè)有N—甲基二乙醇胺填料段、下段設(shè)有碳酸丙烯酯填料段，N—甲基二乙醇胺填料段的下端設(shè)有集液盤，它還包括碳酸丙烯酯循環(huán)再生系統(tǒng)和N—甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)；
[0007]碳酸丙烯酯循環(huán)再生系統(tǒng)包括碳酸丙烯酯再生塔、第一減壓閥、捕集罐、氣提風機和貧液泵，碳酸丙烯酯再生塔的上段設(shè)有閃蒸段、下段設(shè)有氣提段，捕集罐的進氣口與氣提段相連通，捕集罐的出氣口與大氣相連通，捕集罐的底部與碳酸丙烯酯再生塔的底部相連通，氣提風機與氣提段相連通，吸收塔的底部經(jīng)第一減壓閥與閃蒸段相連通，碳酸丙烯酯再生塔的底部經(jīng)貧液泵與吸收塔的碳酸丙烯酯填料段相連通；
[0008]N—甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)包括N—甲基二乙醇胺再生塔、第二減壓閥、第三減壓閥、再沸器、貧胺泵和貧胺冷卻器，N—甲基二乙醇胺再生塔的頂部設(shè)有與其相連通的冷凝器，N —甲基二乙醇胺再生塔經(jīng)第三減壓閥與大氣相連通，再沸器與N —甲基二乙醇胺再生塔的下段相連通，集液盤的出液口經(jīng)第二減壓閥與N—甲基二乙醇胺再生塔的上段相連通，N —甲基二乙醇胺再生塔的底部依次經(jīng)貧胺泵、貧胺冷卻器與吸收塔的N—甲基二乙醇胺填料段相連通。
[0009]為簡潔描述起見，以下本實用新型所述的脫除沼氣中二氧化碳的裝置簡稱為本裝置。
[0010]使用本裝置脫除沼氣中二氧化碳的步驟為:
[0011](I)將沼氣從吸收塔的底部通入吸收塔，沼氣自下而上經(jīng)過碳酸丙烯酯填料段和N —甲基二乙醇胺填料段的吸附，從吸收塔的頂部排出，吸收塔的操作條件為常溫、1.6—2.8MPa ；
[0012](2)溶解了二氧化碳的碳酸丙烯酯富液從吸收塔的底部經(jīng)第一減壓閥減至常壓后進入碳酸丙烯酯再生塔的閃蒸段，碳酸丙烯酯富液經(jīng)過閃蒸后脫除部分二氧化碳形成碳酸丙烯酯次貧液，碳酸丙烯酯次貧液自流到氣提段，在氣提風機的吹風作用下，進一步解吸出二氧化碳，在碳酸丙烯酯再生塔的底部聚集形成碳酸丙烯酯貧液，碳酸丙烯酯貧液由貧液泵送回到吸收塔的碳酸丙烯酯填料段，被解吸出的二氧化碳從碳酸丙烯酯再生塔的頂部排出，氣提段中被風吹散的碳酸丙烯酯被收集在捕集罐內(nèi)后被送回到碳酸丙烯酯再生塔的底部，碳酸丙烯酯再生塔的操作條件為常溫常壓；
[0013](3)溶解了二氧化碳的N—甲基二乙醇胺富液從集液盤內(nèi)經(jīng)第二減壓閥減至表壓40 — SOkPa后進入N—甲基二乙醇胺再生塔的上段，N—甲基二乙醇胺富液與自下而上的N—甲基二乙醇胺蒸汽逆流接觸后脫除部分二氧化碳形成N—甲基二乙醇胺次貧液，N—甲基二乙醇胺次貧液經(jīng)過再沸器加熱后進一步脫除二氧化碳，在N—甲基二乙醇胺再生塔的底部聚集形成N —甲基二乙醇胺貧液，N—甲基二乙醇胺貧液經(jīng)品胺泵泵送、貧胺冷卻器冷卻后回到吸收塔的N—甲基二乙醇胺填料段，被解吸出的二氧化碳從N—甲基二乙醇胺再生塔的頂部排出，N —甲基二乙醇胺蒸汽經(jīng)冷凝器冷凝后回流到N—甲基二乙醇胺再生塔，N—甲基二乙醇胺再生塔的操作條件是表壓40— 80kPa，第三減壓閥保證N—甲基二乙醇胺再生塔的操作壓力為表壓40— 80kPa。
[0014]碳酸丙烯酯在高壓下具有很強的溶解二氧化碳的能力，在低壓或常壓下其二氧化碳的溶解度下降很快，碳酸丙烯酯脫碳就是利用它的這種性質(zhì)來實現(xiàn)沼氣中二氧化碳的脫除，屬于物理吸收。在相同壓力和溫度下，碳酸丙烯酯和水相比，二氧化碳在碳酸丙烯酯中的溶解度是其在水中溶解度的5— 6倍，所以碳酸丙烯酯法所需吸收劑的循環(huán)量較小，與壓力水洗法相比碳酸丙烯酯法更加節(jié)能。
[0015]N —甲基二乙醇胺脫碳屬于化學吸收，N—甲基二乙醇胺簡稱MDEA，它的分子式是CH3N (CH2CH2OH)2，或簡寫為CH3NR2, N—甲基二乙醇胺與二氧化碳的反應方程式如下:
[0016]CH3NR2 + CO2 + H2O = RCH3NH+ + HCOf + Q
[0017]該反應是放熱反應，N—甲基二乙醇胺在低溫下吸收二氧化碳，放出熱量；該反應的逆反應是吸熱反應，吸收了二氧化碳的N—甲基二乙醇胺溶液在高溫下會放出二氧化碳，同時吸收熱量，這就是MDEA循環(huán)再生過程需要消耗大量熱能的原因。
[0018]本實用新型采用兩種方法組合的方式脫除沼氣中的二氧化碳，碳酸丙烯酯填料段可以脫除沼氣中二氧化碳總量的95%左右，這樣可以盡可能的用最小的能耗脫除沼氣中的大分部二氧化碳，N—甲基二乙醇胺填料段可以將沼氣的二氧化碳含量降至1ppm以下。由于大部分的二氧化碳在碳酸丙烯酯填料段己被吸收，因此，N—甲基二乙醇胺填料段只需要很低的N—甲基二乙醇胺循環(huán)量，這樣，N—甲基二乙醇胺再生塔所需的熱量也就大大降低，因此，本裝置具有脫碳精度高、能耗低的優(yōu)點，換言之，既達到了深度脫碳的目的，又節(jié)約了大量能源，并且本裝置結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資低；碳酸丙烯酯再生塔中解吸出來的二氧化碳的濃度較高，通過加壓降溫的方法制成液體二氧化碳，可以進一步增加效益。
[0019]作為本實用新型的改進，N —甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)還包括貧富胺換熱器，集液盤的出液口依次經(jīng)貧富胺換熱器、第二減壓閥與N—甲基二乙醇胺再生塔的上段相連通，N—甲基二乙醇胺再生塔的底部依次經(jīng)貧富胺換熱器、貧胺泵、貧胺冷卻器與吸收塔的N—甲基二乙醇胺填料段相連通。N—甲基二乙醇胺富液需要升溫，N—甲基二乙醇胺貧液需要降溫，通過貧富胺換熱器實現(xiàn)這兩者之間的熱交換，可以進一步達到節(jié)能的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型脫除沼氣中二氧化碳的裝置一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述:
[0022]本部分對本實用新型所使用到的材料、設(shè)備以及試驗方法進行一般性的描述。
[0023]參見圖1。
[0024]脫除沼氣中二氧化碳的裝置，它包括吸收塔1，吸收塔I的上段設(shè)有N—甲基二乙醇胺填料段11、下段設(shè)有碳酸丙烯酯填料段12，N —甲基二乙醇胺填料段11的下端設(shè)有集液盤13，它還包括碳酸丙烯酯循環(huán)再生系統(tǒng)和N —甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)；
[0025]碳酸丙烯酯循環(huán)再生系統(tǒng)包括碳酸丙烯酯再生塔21、第一減壓閥22、捕集罐23、氣提風機24和貧液泵25，碳酸丙烯酯再生塔21的上段設(shè)有閃蒸段211、下段設(shè)有氣提段212，捕集罐23的進氣口與氣提段212相連通，捕集罐23的出氣口與大氣相連通，捕集罐23的底部與碳酸丙烯酯再生塔21的底部相連通，氣提風機24與氣提段212相連通，吸收塔I的底部經(jīng)第一減壓閥22與閃蒸段211相連通，碳酸丙烯酯再生塔21的底部經(jīng)貧液泵25與吸收塔I的碳酸丙烯酯填料段12相連通；
[0026]N—甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)包括N—甲基二乙醇胺再生塔31、第二減壓閥32、第三減壓閥33、貧富胺換熱器34、再沸器35、貧胺泵36和貧胺冷卻器37，N —甲基二乙醇胺再生塔31的頂部設(shè)有與其相連通的冷凝器38，N —甲基二乙醇胺再生塔31經(jīng)第三減壓閥33與大氣相連通，再沸器35與N —甲基二乙醇胺再生塔31的下段相連通，集液盤13的出液口依次經(jīng)貧富胺換熱器34、第二減壓閥32與N—甲基二乙醇胺再生塔31的上段相連通，N —甲基二乙醇胺再生塔31的底部依次經(jīng)貧富胺換熱器34、貧胺泵36、貧胺冷卻器37與吸收塔I的N —甲基二乙醇胺填料段11相連通。
[0027]使用本裝置脫除沼氣中二氧化碳的步驟為:
[0028](I)將沼氣從吸收塔I的底部通入吸收塔I，沼氣自下而上經(jīng)過碳酸丙烯酯填料段12和N—甲基二乙醇胺填料段11的吸附，從吸收塔I的頂部排出，吸收塔I的操作條件為常溫、1.6—2.8MPa ；
[0029](2)溶解了二氧化碳的碳酸丙烯酯富液從吸收塔I的底部經(jīng)第一減壓閥22減至常壓后進入碳酸丙烯酯再生塔21的閃蒸段211，碳酸丙烯酯富液經(jīng)過閃蒸后脫除部分二氧化碳形成碳酸丙烯酯次貧液，碳酸丙烯酯次貧液自流到氣提段212，在氣提風機24的吹風作用下，進一步解吸出二氧化碳，在碳酸丙烯酯再生塔21的底部聚集形成碳酸丙烯酯貧液，碳酸丙烯酯貧液由貧液泵25送回到吸收塔I的碳酸丙烯酯填料段12，被解吸出的二氧化碳從碳酸丙烯酯再生塔21的頂部排出，氣提段212中被風吹散的碳酸丙烯酯被收集在捕集罐23內(nèi)后被送回到碳酸丙烯酯再生塔21的底部，碳酸丙烯酯再生塔21的操作條件是常溫常壓；
[0030](3)溶解了二氧化碳的N —甲基二乙醇胺富液從集液盤13內(nèi)經(jīng)貧富胺換熱器34升溫、第二減壓閥32減至表壓40 — SOkPa后進入N —甲基二乙醇胺再生塔31的上段，N—甲基二乙醇胺富液與自下而上的N—甲基二乙醇胺蒸汽逆流接觸后脫除部分二氧化碳形成N—甲基二乙醇胺次貧液，N—甲基二乙醇胺次貧液經(jīng)過再沸器35加熱后進一步脫除二氧化碳，在N—甲基二乙醇胺再生塔31的底部聚集形成N—甲基二乙醇胺貧液，N—甲基二乙醇胺貧液經(jīng)貧富胺換熱器34降溫、貧胺泵36泵送、貧胺冷卻器37冷卻后回到吸收塔I的N —甲基二乙醇胺填料段11，被解吸出的二氧化碳從N —甲基二乙醇胺再生塔31的頂部排出，N—甲基二乙醇胺蒸汽經(jīng)冷凝器38冷凝后回流到N —甲基二乙醇胺再生塔31，N—甲基二乙醇胺再生塔31的操作條件是表壓40—80kPa，第三減壓閥33保證N—甲基二乙醇胺再生塔31的操作壓力為表壓40— 80kPa。
[0031]N—甲基二乙醇胺次貧液在再沸器35中被加熱到120— 125°C形成N—甲基二乙醇胺貧液，N—甲基二乙醇胺貧液經(jīng)貧富胺換熱器34被降至約80°C，再由貧胺冷卻器37冷卻到35— 40°C后進入吸收塔1，N—甲基二乙醇胺貧液進入吸收塔I的溫度越低越好。N—甲基二乙醇胺富液出吸收塔I溫度約40— 45°C，N—甲基二乙醇胺富液經(jīng)過貧富胺換熱器34后溫度可升聞到95 C左右。
[0032]沼氣在經(jīng)過碳酸丙烯酯填料段12后可以脫除其中二氧化碳總量的95%左右，經(jīng)過N —甲基二乙醇胺填料段11后其二氧化碳的含量降至1ppm以下。
[0033]以上只是本實用新型的一種實施方式。應當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干變形和改進。
【權(quán)利要求】
1.脫除沼氣中二氧化碳的裝置，它包括吸收塔，吸收塔的上段設(shè)有N—甲基二乙醇胺填料段、下段設(shè)有碳酸丙烯酯填料段，N—甲基二乙醇胺填料段的下端設(shè)有集液盤，它還包括碳酸丙烯酯循環(huán)再生系統(tǒng)和N —甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)； 碳酸丙烯酯循環(huán)再生系統(tǒng)包括碳酸丙烯酯再生塔、第一減壓閥、捕集罐、氣提風機和貧液泵，碳酸丙烯酯再生塔的上段設(shè)有閃蒸段、下段設(shè)有氣提段，捕集罐的進氣口與氣提段相連通，捕集罐的出氣口與大氣相連通，捕集罐的底部與碳酸丙烯酯再生塔的底部相連通，氣提風機與氣提段相連通，吸收塔的底部經(jīng)第一減壓閥與閃蒸段相連通，碳酸丙烯酯再生塔的底部經(jīng)貧液泵與吸收塔的碳酸丙烯酯填料段相連通； N—甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)包括N—甲基二乙醇胺再生塔、第二減壓閥、第三減壓閥、再沸器、貧胺泵和貧胺冷卻器，N—甲基二乙醇胺再生塔的頂部設(shè)有與其相連通的冷凝器，N —甲基二乙醇胺再生塔經(jīng)第三減壓閥與大氣相連通，再沸器與N—甲基二乙醇胺再生塔的下段相連通，集液盤的出液口經(jīng)第二減壓閥與N—甲基二乙醇胺再生塔的上段相連通，N —甲基二乙醇胺再生塔的底部依次經(jīng)貧胺泵、貧胺冷卻器與吸收塔的N—甲基二乙醇胺填料段相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的脫除沼氣中二氧化碳的裝置，其特征在于:N—甲基二乙醇胺循環(huán)再生系統(tǒng)還包括貧富胺換熱器，集液盤的出液口依次經(jīng)貧富胺換熱器、第二減壓閥與N—甲基二乙醇胺再生塔的上段相連通，N—甲基二乙醇胺再生塔的底部依次經(jīng)貧富胺換熱器、貧胺泵、貧胺冷卻器與吸收塔的N—甲基二乙醇胺填料段相連通。
【文檔編號】C10L3/10GK203971727SQ201420310285
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】尹良友 申請人:尹良友