沼气脱碳

沼气提纯知识-------甲醇洗脱除酸性气体(二氧化碳、硫化氢等)技术2011-07-14 08:59甲醇洗脱除酸性气体技术常用的脱碳技术有：低温甲醇洗、MDEA（N-甲基二乙醇胺）、NHD（聚乙二醇二甲醚）、DEA （苯菲尔/热钾碱法）。

甲醇洗：甲醇对酸性气体有选择性吸收的特性，酸性气体包括有二氧化碳、硫化氢和有机硫化物。

甲醇洗法脱碳技术是利用甲醇溶液在高压低温将合成气中的二氧化碳(CO2)和其他酸性气体吸收，并在降压和升温的情况下，二氧化碳(CO2)又从溶液中解吸出来，同时溶液得到再生。

甲醇洗脱除酸性气体技术主要应用于以下几个领域：德士古煤气、壳牌煤气、水煤气的脱除二氧化碳、硫化氢和有机硫天然气脱除二氧化碳、硫化氢和有机硫1. 变换气脱除二氧化碳、硫化氢和有机硫技术特点利用甲醇对酸性气体选择性吸收的特性，通过降压闪蒸解吸出大量的酸性气体，因此，能耗很低。

甲醇溶液对酸性气体的负载量大，循环液量小，电耗低。

甲醇洗法净化气体，脱除酸性气体的同时，水份也被深度脱除，可以省略后续的脱水系统。

1. 对有机硫的溶解度大，可以一次完成二氧化碳、硫化氢和有机硫的脱除。

技术原理甲醇是有机极性溶剂，由于其凝固点低、沸点低、粘度低、对有机硫化物具有很大的亲和力，且价廉易得，是脱除二氧化碳、含硫化合物、氰化物、轻烃物质等的良好的物理吸收剂。

以甲醇为物理吸收剂的净化工艺有两种：常温甲醇洗法，以甲醇为主体加入少量的化学吸收剂，并添加少量的缓蚀剂，在常温加压下，将硫化物和二氧化碳吸收脱除。

1. 低温甲醇洗法，以纯甲醇为吸收剂，在低于0℃，并加压下脱除原料气中的硫化物和二氧化碳优缺点：投资较高，需要配制制冷装置，运行费用低，净化度高，一般多用与大装置。

本稿为中国LNG网沼气提纯知识-------化学吸附法在沼气脱碳提纯中的应用2011-07-14 09:20化学吸附法在沼气脱碳提纯中的应用`导语：随着全球经济的高速增长，能源和环保问题日益突出。

沼气（来源糖厂）脱碳工艺流程本工艺主要涉及沼气净化工艺中的脱碳单元，目标是脱除沼气中CO 2。

工艺流程图如下：闪蒸气冷却器再生塔贫液重沸器热交换器吸收塔闪蒸罐富液脱硫后沼气净化气CO 2喷水冷却12345891011121367超声解吸水过滤器1514图1经脱硫后的沼气（硫化氢≤15 mg/m 3）送往压缩单元将压力升至1.1Mpa ，进入吸收塔下部，由下至上通过塔内填料层，与吸收塔从上而下的胺溶液（拟采用质量浓度35%的活化MDEA 溶液）逆流接触，充分反应，使沼气中的 CO2含量降至3%以下。

脱碳吸收塔内与沼气充分接触后吸了CO2的工作液称为富液。

富液进入闪蒸罐（压力0.4Mpa ），随压力降低以及后续的超声解吸，部分CO2从胺液中解吸出来，该部分经闪蒸后的溶液经泵打至吸收塔中部，用于吸收塔一段吸收CO2；剩余部分送溶液换热器与再生塔底部出来的贫液换热。

富液温度升至90℃进入再生塔上部，富液从上而下通过再生塔内填料层，从再生塔中出来的工作液进入再沸器与管程的蒸汽换热，塔釜工作液温度约为116℃。

富液中的CO2在再生塔内通过减压及再生塔底工作液加热产生的水蒸汽汽提后解析出来。

从再生塔顶引出，则含CO2和部分水蒸气的再生气经需要冷却，其冷却方法为喷射常温水，使再生气与水直接接触冷却，凝结水汇同喷入的水一部分排放，另一部分回流至再生塔底流出液，持系统工作液的水平衡。

再生塔底部再生完全的工作液称为贫液，贫液经溶液换热器加热富液回收余热后进，经冷却器进一步降温至40℃，通过溶液过滤机械杂质后送入送往吸收塔上部，用于吸收塔二段吸收较低含量的CO2。

简介沼气是一种由有机废弃物经过厌氧发酵产生的可再生能源，其可用于发电、供热和烹饪。

然而，与传统燃气相比，沼气中含有大量的杂质和水蒸气，因此需要经过提纯处理才能得到高纯度的沼气。

本文将介绍一种沼气提纯方案，以提高沼气的纯度和利用价值。

设备和工艺流程提纯沼气的方案主要包括以下几个步骤：压缩、除水、除硫、除杂质和脱碳。

1. 压缩沼气在收集过程中通常产生较低的压力，因此需要通过压缩系统将其压缩至理想的工艺压力。

压缩过程可以通过柱塞压缩机或螺杆压缩机来实现，具体选型需要根据处理规模和压缩比来确定。

2. 除水沼气中含有大量的水蒸气，如果不去除水分，会在后续处理过程中产生一系列问题。

因此，需要采用适当的除水方法。

传统的除水方法包括冷却和冷凝，通过降温将水蒸气凝结并分离出来。

另外，还可以采用吸附剂、膜分离等方法进行除水，根据实际情况选择最适合的除水方式。

3. 除硫沼气中的硫化氢是一种有害的化学物质，会对环境和设备造成腐蚀。

因此，需要进行除硫处理以降低其含量。

常用的除硫方法包括化学吸收、生物吸附和化学氧化等。

其中，化学吸收常用的吸收剂包括氨水、胺类物质等，通过与硫化氢发生化学反应将其吸收。

生物吸附通过利用特定的微生物来吸附和氧化硫化氢。

化学氧化则是利用氧化剂如氯、过氧化物等将硫化氢氧化为硫酸盐等易于处理的化合物。

4. 除杂质沼气中还含有一些其它杂质物质，如氧气、二氧化碳、甲烷、氮气等。

除杂质主要是为了提高沼气的纯度和利用价值。

可以通过吸附、膜分离、化学吸收等方法进行除杂，选择适当的工艺根据需要去除的杂质种类和含量。

5. 脱碳沼气中的二氧化碳是造成其热值降低的主要因素，因此需要进行脱碳处理以提高热值。

脱碳的方法一般包括化学吸收和膜分离。

化学吸收通过与二氧化碳发生化学反应将其吸收至吸收剂中，而膜分离则是通过不同渗透率的膜分离出二氧化碳。

结论通过上述的沼气提纯方案，能够有效去除沼气中的水蒸气、硫化氢、杂质和二氧化碳，提高沼气的纯度和利用价值。

沼气脱碳工艺
活塞压缩机
制冷机组
二氧化碳吸收塔
循环水泵
分子筛脱水
生物天然气
减压阀
二级解析塔
二氧化碳
一级解压气回流
空气
本项目拟用压力水洗脱碳工艺，其主要过程是利用CH 4和CO 2在水中溶解度的差异，利用水吸收脱除沼气中的CO 2的过程，甲烷浓度可根据循环水流量进行控制，浓度最高可达95%。

加压是为了能够在降压过程中将CO 2较容易解吸出来，从而实现沼气净化工程的连续运行，在1Mpa 下，CH 4和CO 2分离度是25。

制冷
在大规模沼气净化过程中，低温运行有助于降低能耗，因此需要将体系内的循环液体降温至5o C 左右。

从气柜出来的气体经过制冷机组降温至5o C 后进入吸收塔逆流操作。

在此过程中，对制冷剂产生的热量进行回收，最终与沼气压缩机的余热回用并用余热回用系统。

沼气与循环水增压
采用空气压缩机对沼气进行增压，其中1-2台配备变频电机，用于在沼气净
沼气
化过程中进行流量调节，并进行余热回收。

循环水增压可选择大流量离心泵或者柱塞泵并联运行，在吸收塔下部可以增加水轮机，回收水的压力能。

吸收塔设计
吸收塔操作压力设计为1.0MPa，方便产品气经过脱水后无需增压直接进入管网（0.8MPa）。

一级解吸塔设控制解析压力在0.42MPa左右，一级解析气体返回
压缩机前。

二级解吸塔为常压解吸，解吸气体用于回收CO
2其中（CO
2
>95%，饱
和水蒸气，微量的CH
4
）。

质量控制单元
对出口气体进行在线测定，达标后方进入分子筛脱水装置，否则直接返回至沼气压缩机前。

沼气提纯工艺流程沼气提纯工艺流程是将生物质发酵产生的沼气中的杂质物质去除，提高其质量和热值，使其可以更好地应用于能源利用和化学工业。

沼气提纯工艺通常包括沼气冷凝、脱硫、脱氮、脱湿和脱碳等步骤。

首先，沼气冷凝是将高温高湿度的沼气通过冷凝器冷却，使水分冷凝成液体。

冷凝器通常采用的是冷冻机制冷的方式。

在冷凝的过程中，沼气中的大部分水分会凝结成液体，被收集和排除，使得沼气的湿度降低到合适的水平。

然后，沼气接下来需要进行脱硫。

沼气中的硫化氢是一种有害物质，不仅会引起沼气腐蚀管道设备，还会造成空气污染。

脱硫的方法有干法和湿法两种。

干法脱硫通常采用氧化剂将硫化氢氧化成硫酸盐，并通过布袋滤器或活性炭等材料吸附硫酸盐，实现脱硫的效果。

湿法脱硫则是利用反应器中的碱性溶液将硫化氢与氢氧化钠反应，生成硫化钠并沉淀下来。

接下来，进行脱氮处理。

沼气中的氨气是一种对环境和人体有害的物质，可以通过吸附剂吸附或厌氧微生物的作用将其转化为氮气。

常用的脱氮方法有物理吸附、膜分离和生物转化等。

其中，生物转化是最常用的方法，通过控制好厌氧微生物的生长条件，使其转化氨气为氮气。

然后，进行脱湿处理。

脱湿的主要目的是降低沼气中的水分含量，防止水分对后续工艺的影响。

脱湿的方法有冷却法、吸附法和冷凝法等。

冷却法是通过冷却器使沼气中的水分冷凝成液体，再通过分离器将水分和沼气分离。

吸附法则是通过多孔材料吸附沼气中的水分，常用的吸附剂有分子筛和活性炭等。

冷凝法则与之前的沼气冷凝工艺类似，通过冷凝器将沼气中的水分冷凝成液体。

最后，进行脱碳处理。

脱碳是为了去除沼气中的二氧化碳，提高沼气的热值。

脱碳的方法有吸收法、膜分离法和化学吸收法等。

吸收法是将沼气与吸收剂接触，使二氧化碳被吸收，常用的吸收剂有乙醇胺和碱性溶液等。

膜分离法则是利用特殊的膜材料，使二氧化碳能够透过膜而其他气体不透过，从而达到脱碳的效果。

化学吸收法是利用某些化学反应将二氧化碳与其他物质反应生成易分离的产物，实现脱碳的目的。

高压水洗法沼气脱二氧化碳工艺介绍沼气是一种可燃的混合气体，其主要成分为甲烷（CH4，约占60%）和CO2(约占40%)。

其中，CO2的存在不仅使沼气的能量密度降低，而且在燃烧过程中会减少燃烧速度，因此研究开发高效去除沼气中的CO2等杂质的提纯工艺技术，有效提高沼气能源品质和利用效率已成为当前沼气工程技术领域的热点问题之一。

纯化沼气的方法主要有水洗、有机溶剂吸收、变压吸附分离、膜分离和低温分离等，其中水洗法进气无需预处理，运行费用低且无污染。

水洗法脱除CO2是物流吸收过程，是根据CO2和CH4等烃类在水中具有不同的溶解度这一基本原理进行的。

由表1可知，在相同条件下，CO2在水中的溶解度比烃类气体大。

因此，水洗法可用于沼气或天然气脱除二氧化碳。

由于硫化氢在水中溶解度比较大，因此水洗法在脱除二氧化硫的同时，也可脱除硫化氢。

由图1知，压力越高，CO2溶解度越高，水洗效果也越好。

但若压力过高，会使得设备结构复杂，造价高，能耗增大，因此水洗压力不应过高。

（g/100g H2O）(1.01×105Pa，20℃)表1.常见气体在水中的溶解度图1.不同压力和温度下CO2在水中的溶解度对照图一、沼气脱碳工艺介绍如图2所示，图2为沼气脱碳工程水洗法脱碳工艺流程图，当原料气（组成表见表2）先进入沼气储罐缓冲，然后进入沼气压缩机将气体压缩至2.0MPa，进入吸水洗塔下部，与上部喷淋下来的冷却水逆流接触进行热质交换，吸收CO2气体，直至满足工艺要求，达到负荷要求的气体浓度，水洗塔塔顶出来的湿脱碳沼气，先进入天然气储罐，然后去后续的脱水系统。

水洗塔塔底出来的吸收CO2的水进行两级减压，一次减压到0.6MPa后进入一级解析塔，塔顶气中CH4浓度较高，返回沼气储罐；一级解析塔塔底出来的溶有CO2的水进一步减压到2KPa后进入二级解析塔，放出的气体主要是CO2，进入CO2回收虚脱。

解吸后的水再经水泵增压送入水洗塔进行再次循环吸收CO2。

国内外沼气净化提纯工艺汇总沼气净化提出的程度取决于沼气的用途。

沼气供热需要脱硫化氢、水，沼气发电需要脱硫化氢、水、有机卤化物；沼气作汽车燃料需要脱硫化氢、水、有机卤化物、二氧化碳；沼气并入天然气网需要脱硫化氢、水、有机卤化物、二氧化碳以及金属。

本文将就沼气脱水、脱硫和脱碳的常用工艺进行汇总详述。

一、脱硫工艺沼气脱硫是为了避免硫化氢腐蚀设备、硫化氢中毒，以及防止沼气燃烧时，硫化氢被氧化成二氧化硫或三氧化硫造成更大的危害。

其脱除方法如下：1.生物降解工艺沼气中的硫可以通过微生物被去除。

大部分的硫氧化细菌都属于硫杆菌属，且大多都是自养的，即他们可以利用沼气中的二氧化碳来满足其C营养的需要，主要生成物是单质硫，也有部分硫酸根，在溶液中形成硫酸会造成腐蚀。

根据沼气中不同不同的硫化氢含量，可以往沼气中通入2%-6%的空气，以满足生物氧化硫化物的需要。

最直接和简单的方法是直接往厌氧消化罐或储气罐中通入一定量的氧或空气并保持一定时间，因为硫杆菌随处可见，所以并不需要接种。

消化物的表面可以提供给他们一个微观好氧环境和必须的营养以供它们生长，并会形成菌落上面附着一层黄色的硫。

适当的温度、反应时间和空气量可以使硫化氢减少至50ppm。

对于不同的甲烷含量，沼气在空气中的爆炸范围为6%-12%，所以必须采取一定的安全措施以避免给沼气中通入过量的空气。

2.生物滤床工艺在大型厌氧消化罐生产沼气中，水洗和生物脱硫常常被联合起来用以去除硫化氢。

可以使用废水或者消化罐中的上清液从滤床顶部通入，沼气从底部通入，进入滤床前的沼气中通入4%-6%的空气，滤床为水吸收硫化氢和脱硫微生物的生长都提供了一个充足的接触面。

在丹麦，有几家工业污水处理厂和很多农场发酵产沼都在使用此种工艺净化沼气。

3.消化污泥中加氯化铁工艺直接往消化污泥中加入氯化铁，氯化铁会和硫化氢反应而形成硫化铁盐颗粒。

这种方法可以使硫化氢的产生量大为减少，但不能减少到天然气或汽车燃料所要求的水平，需要再进一步处理。

专利名称：一种厌氧发酵沼气原位脱碳装置及方法专利类型：发明专利
发明人：苏小红,刘伟,王欣,施付艳,王玉鹏,秦国辉申请号：CN202111572266.X
申请日：20211221
公开号：CN114058481A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种厌氧发酵沼气原位脱碳装置及方法，属于厌氧发酵制取沼气领域。

本发明解决了现有的厌氧发酵装置产气效率低，加装脱碳装置导致结构复杂，增加厌氧发酵成本的问题。

本发明包括氢气输入管、沼气输出管、发酵装置和沼气测量装置，发酵装置内具有发酵液，氢气输入管的一端穿过发酵装置布置在发酵液液面下方，氢气输入管的另一端与外源氢气建立连接，沼气输出管的一端穿过发酵装置布置在发酵液液面上方，沼气输出管的另一端与沼气测量装置建立连接。

本发明的一种厌氧发酵沼气原位脱碳装置及方法结构简单，通过外源氢气有效强化嗜氢产甲烷菌产甲烷途径，提高甲烷产量，减少了二氧化碳排放，降低厌氧发酵沼气的成本，有利于经济发展。

申请人：黑龙江省能源环境研究院
地址：150027 黑龙江省哈尔滨市松北区松浦镇松花江村苗圃屯第一栋
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市晨晟知识产权代理有限公司
代理人：刘坤
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1. 预处理：去除沼气中的固体杂质、硫化氢等有害物质，避免对后续处理设备造成损坏。