[发明专利]复合分离式沼气除杂纯化制车用天然气级燃料方法

说明书

技术领域：

本专利涉及一种复合分步分离方式的将沼气除杂、纯化、浓缩制成车用天然气级精制沼 气燃料的方法，属于生物化工分离工程技术，原沼气经过基于纳微米吸附材料和经过组合优 化的脱硫单元和具有渗透气回流和残气利用的多级选择性气体分离膜分离单元脱除CO₂、H₂O 和少量H₂S，实现对普通沼气的净化与精制目的，以做为民用天然气级燃料或由终端压缩工序 压入车用天然气钢瓶做为车用天然气级燃料。

技术背景：

当前我国沼气开发利用主要集中在农村户用沼气推广应用上，也有少量规模略大的用于 沼气发电及供暖，其利用水平基本处于较低档次。若大量生产沼气，则会由于其品质低下、 体积热值低、存储和输送经济性差或技术不配套的原因，使其运至城镇或商业化利用几乎不 可能；又由于普通沼气含有硫、大量CO₂、较多的杂质和较高的含水量等原因，因此，若将普 通沼气商业化利用既不安全也不环保。

沼气净化精制技术，主要目的是脱除沼气中CO₂和少量H₂O、H₂S。目前，国内外沼气净化 精制方式普遍采用的方法主要有：溶剂吸收法和固体吸附法。固体吸附法中变压吸附法(PSA) 较为常见，它是以分子筛为吸附剂进行加压吸附和减压解吸。变压吸附法原理是在变压下利 用分子筛对甲烷与二氧化碳吸附量存在差异的特性，达到分离的目的，该方法存在的问题是 吸附剂的动态吸附量受限制，如处理大气量情况时，需要庞大的装置从而使成本大幅增加。

溶剂吸收法往往采用碱性溶液做吸收剂分离气体，其特点是技术操作较复杂、吸收剂再 生费用较高、能耗大，而且采用该法分离气体容易产生废水污染。

综上所述，现有大多数方法的普遍特点是投资大、能耗大、运营成本高、环保性差，且 需频繁更换吸收剂，不适用于中小规模生产和分布式作业的需要。我国农村沼气资源规模小， 且分布分散，因此急需一种适合于中小规模、占地面积小、经济高效的沼气净化精制方式。

近几年，气体分离领域发展起来一项较新的技术——膜分离技术，其原理是利用气体中 物质对膜的亲和力差异而产生有选择性的溶解扩散现象，实现分离气体的目的。利用该原理， 可以将沼气中的CH₄和CO₂分离，具有较高的工业实用价值。其突出优点是投资运营成本低， 日常维护方便，具有适用于中小型企业的优势。由于沼气中CO₂含量较高(可达30％以上)， 简单的套用膜分离技术净化精制沼气效果并不理想。在膜分离技术实际应用时，需进一步研 究膜分离技术的实施工艺和方法。

专利内容：本专利是针对我国农村沼气组分及其实际生产规模所提出的一种最新的有关 沼气深度提纯精制技术和工艺，旨在提供一种可以将普通沼气净化提纯，精制成能够满足车 用和民用天然气质量及安全、环保要求的新工艺和新技术，是一种以基于纳微米材料和组合 优化配置技术的新型高效脱硫技术(含新型脱硫剂)和具有渗透气回流和残气利用功能的多 级膜分离为主的联合脱水、脱硫、脱碳、脱氧、脱氨等全新的集成化、系统化的沼气净化精 制技术和方法。

本专利基于纳微米吸附材料的组合优化配置脱硫关键技术及设备、多级膜分离与渗出气 回流重脱技术相结合的高效脱碳等的集成工艺系统，可实现对普通沼气进行经济高效去杂、 脱水、脱硫、脱碳，高效生产天然气级精制沼气。所提出的集成工艺系统，适用于日处理沼 气500m³以上的规模，其甲烷回收率大于95％，所生产的精制沼气甲烷含量达到98％，其各项 指标达到GB 18047-2000《车用压缩天然气》标准。

本专利的有益效果是：

1.本专利可为我国农村普通沼气的高值、高效利用提供有效支持，对拓宽我国普通沼气 的应用领域，弥补车用燃料不足，具有突出的现实意义、环保意义和可观的经济、社会效益。

2.本专利是一种利用农村普通沼气生产可车用或民用的天然气级精制沼气的集成工艺 和方法，尤其对于利用有机废弃物开发生物质能，代替天然气具有重要意义。

3.本专利所涉及的工艺系统集成度高，具有占地面积小、处理量灵活、设备寿命长、易 于维护、自动化程度高的优势，是当今该领域的发展趋势。

4.本专利是到目前为止有关沼气净化精制方法中投资最省、效果最好的方法。

附图说明：