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[资料分享] 高收率低成本沼气脱碳净化技术-四川鸿鹄科技集团

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高收率低成本沼气脱碳提纯技术
王斌  黄家鹄
(四川鸿鹄科技集团有限公司,四川,成都  610036)
要:介绍沼气净化技术现状,通过分析对比指出,采用高回收率(99%)变压吸附脱碳技术能够显著降低沼气提纯成本,提高产出和利润率,减少温室气体排放,是沼气高端化综合利用的合理选择。
关键词:沼气,提纯,脱碳,变压吸附,高回收率,低成本
1. 前言
能源是经济和社会发展的重要物质基础。除了水能之外,生物质能是应用最广泛的可再生能源,沼气是其中的重点发展领域。预计到2020年,中国的沼气年利用量将达到440亿立方米。限于经济和技术等因素,目前国内小规模沼气和低端用途占据了很大一部分,但是沼气生产转型升级,即生产大规模化及用途高端化是产业发展的必然趋势。
沼气成分复杂,不同的原料,不同的发酵工艺,气体成分均有差别,主要成分CH4约占总体积的50%~70%,CO2约25%~40%,其余气体如N2、O2、H2S、H2O、CO、H2、NH3、卤代烃、硅氧烷等约占5%【1】。其中的杂质气体在沼气的利用过程中或多或少会产生不利影响,因此,沼气不经净化处理很难被高端化综合利用。
因为CO2占据杂质气体的绝大部分,脱碳费用在很大程度上决定了沼气净化成本的高低,下面重点探讨沼气脱碳技术。
2. 低含量沼气杂质脱除技术简介
2.1 脱水
沼气所含的饱和水蒸汽可以用冷凝法、吸附法或吸水性物质进行脱除【2】。
2.2 脱硫
沼气中硫化物的危害较大,H2S有毒且与H2O结合会腐蚀设备,燃烧后产生SOX会污染大气。
沼气脱硫技术分为原位脱硫和沼气脱硫两大类。
当沼气气量大或含硫量高时需采用湿法粗脱硫。该法工艺复杂,运行费用高,一般脱除不了有机硫【2】。干法适用于沼气气量小或硫含量低的情况,操作简单,设备投资小,能同时脱除多种有机硫至ppm级。此外,还有膜分离、变压吸附、生物脱硫等新型脱硫方法。
2.3 脱除其它杂质
其它杂质含量较少,通常可以在已有净化或提纯单元中脱除【2】。如果某些行业有特殊要求,例如用于燃气轮机时,其中的硅氧烷可以用烃混合溶液吸收,卤代烃可以用专门的活性炭变温吸附脱除【3】。
3. 脱除CO2技术简介
沼气脱碳技术多源于化工行业,包括物理吸收、化学吸收、变压吸附、膜分离等。因为沼气处理量小更应注重小型化、节能化。
物理吸收利用酸性气体在溶液中的溶解度比CH4大的性质来脱除CO2。溶液通过减压、闪蒸、气提等方式再生。应用较多的是高压水洗法【2,3】。
化学吸收利用溶液中的化学物质和酸性气体发生可逆反应的原理来脱除CO2。溶液低温吸收、高温再生,典型代表是醇胺法【1,2】。沼气生产过程不副产蒸汽,专门为溶液再生制备蒸汽,既麻烦又消耗沼气,降低产出。
膜分离利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同的特点,在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而将其分离【2】。膜分离法有高压气相分离法和低压气-液相吸收膜分离法两种。
变压吸附利用吸附剂表面吸附沼气各组分的能力不同的原理来脱除CO2。该法自动化程度高,运行稳定,装置寿命长,净化费用低【1,2,4】。
但是传统变压吸附装置的CH4损失较大。当CH4浓度为90%~95%时,回收率最高只能达到90%【8,10,11】,低的只有60%以下【9】。该缺点制约了变压吸附在沼气净化领域中的应用。
解决CH4回收率低的关键在于高效吸附剂,目的是提高CH4/CO2混合气的分离系数和增大CO2吸附容量。
通过借鉴国内外最新技术【6,7】,鸿鹄科技开发出的沼气提纯专用吸附剂可以使CH4回收率达99%,尾气中CH4含量低于1%,产品气纯度达97%~99%(可调)该吸附剂的吸附容量大、分离系数高,有效减小了装置规模、缩减了投资总额、降低了运行费用。
4. 沼气脱碳净化技术对比
4.1 原料气指标
以表1所列指标的沼气作为各种技术对比的原料气。
表1 原料气指标
  
项目
  
流量(Nm3/d)
压力(kPaG)
温度(℃)
CH4(V%)
CO2(V%)
其它组分(V%)
指标
20000
5
40
57
41
2
4.2 投资额
鸿鹄科技的沼气脱碳提纯装置的投资额低于传统变压吸附法,同样低于MDEA和膜分离,略高于高压水洗法【1,2,3,4,5,8,9】。
4.3 甲烷回收率
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png鸿鹄科技的沼气脱碳提纯装置的甲烷回收率达到99%,高于其它提纯装置【1,2,3,4,5,8,9】。
4.4 操作费用
file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.png
注:产品气输出压力统一以0.8MPa计。
鸿鹄科技的沼气脱碳提纯装置的操作费用明显低于其它技术【1】。
5. 结论
四川鸿鹄科技集团有限公司开发的变压吸附沼气脱碳提纯技术除了自动化程度高、操作简便、安全环保外,还具有投资省、操作费用低、99%的CH4回收率高于国际国内水平的显著优势。
参考文献
[1] 郝伟.沼气制天然气(CNG)工艺技术与经济性[EB/OL].
[2] 江皓等.沼气净化提纯制生物甲烷技术与应用[J].中国沼气,2012.30(2):6-11.
[3] 宋灿辉等.沼气净化技术现状[J].中国沼气,2007.25(4):23-27.
[4] 甄峰等.沼气高值化利用与净化提纯技术[J].环境科学与技术,2012.11:103-108.
[5] 李东等.中国沼气资源现状及应用前景[J].现代化工,2009.4:1-5.
[6] 余新江等.模板法多孔碳的制备及CH4/N2/CO2吸附分离[J].石油化工,2016.2:221-226.
[7] 李通等.活性碳改性及其对CO2/CH4吸附性能的研究[J].煤炭学报,2011.12:2012-2017.
[8] 陈祥等.沼气净化提纯制取生物甲烷技术发展现状[J].农业工程,2012.7:30-34.
[9] 李胜等.沼气净化制取高纯度生物质甲烷技术进展[J].现代化工,2014.11:19-23.
[10]四川亚连科技有限责任公司.一种提取沼气中的甲烷的方法[P].中国专利:CN200910060286,2010-9-1.
[11]四川亚联高科技有限责任公司. 从垃圾填埋气中回收甲烷的方法[P].中国专利: CN200810045223,2008-7-16.

 

发表于 2016-6-27 17:29:48

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发表于 2016-6-27 18:00:11

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好的,那想问一下,一般膜分离沼气提纯寿命是多少  详情 回复 发表于 2016-7-4 15:14

 

 

 

Peterpaul彼得保罗
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09031010525楼主 VIP会员 VIP会员 | 显示全部楼层       最后访问IP四川省
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zhaopengfei123 发表于 2016-6-27 18:00
膜过滤,吸附过滤产品请找我。

好的,那想问一下,一般膜分离沼气提纯寿命是多少

 

发表于 2016-7-4 15:14:09

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