[发明专利]一种利用微通道混合装置对沼气进行加压水吸收脱碳的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用微通道混合装置对沼气进行加压水吸收脱碳的装置及方法，以水为唯一的CO₂吸收剂，将沼气与水在一定压力下分别按照一定的流速连续泵入微通道混合装置中进行吸收，呈乳化状态的气水混合物离开混合装置后进入气水分离塔，经过气水分离，使脱碳后的净化气溢出，经脱水后形成高纯度生物甲烷气体。含有高浓度CO₂的吸收水，通过减压和加热处理，使吸收水中的CO₂快速溢出并被回收，再生后的水经过加压换热后返回微通道混合装置循环使用。本发明具有脱碳效率高、设备紧凑、无环境污染等优点，可为沼气的脱碳净化提供一种低成本的解决方案。

技术领域

本发明属于环保领域，具体涉及一种利用微通道混合装置脱除沼气中CO₂的装置及方法。

背景技术

沼气发酵是利用低劣废弃生物质生产生物能源的有效手段。但是沼气中CO₂含量较高(30～50％)，因此不能完全替代天然气，其使用范围受到很大限制。为了提高沼气的品质，必须脱除沼气中的CO₂，使其含量≤3％(体积比)，提升燃气品质。目前常用的沼气脱碳方法主要包括：变压吸附分离法、膜分离法、醇胺吸收法、高压水洗法等。变压吸附分离法的装置较为复杂、投资成本较高，而脱碳过程中的甲烷收率还有待提高。膜分离利用聚酰亚胺膜的渗透速率差异实现CO₂脱除，但是该法对原料气的质量要求较高，需要经过多级预处理，设备投资高且膜寿命较短，导致该法的脱碳成本较高。胺醇吸收法(化学吸收法)通过弱碱性醇胺溶剂吸收CO₂，但加热解吸能耗高，存在溶剂损耗和金属腐蚀，目前已很少用于沼气脱碳净化。同以上几种方法相比，高压水洗法是利用提升系统压力来增加水对CO₂的吸收能力，该法工艺简单，是一种环境友好的脱碳工艺。但是由于水洗塔中的气液传质效率较低，因此气水比仅为3:1～5:1，导致循环水用量高，运行能耗增加，因此亟待提高过程效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，利用微通道混合装置提高水对沼气脱碳过程的传质效率，从而高效脱除沼气中CO₂。

为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种利用微通道混合装置对沼气进行加压水吸收脱碳的装置，包括微通道混合器、气水分离塔、气体脱水器、减压阀、第一换热器、再生塔、第二换热器、鼓气塔以及第三换热器；

其中，所述的微通道混合器设有沼气进料口和加压水进料口，微通道混合器的出料口与气水分离塔连接，将沼气与加压水混合的气水混合物导入气水分离塔中；

所述气水分离塔顶部通过气体排出管路连接外部的甲烷气储罐，气体脱水器位于所述的气体排出管路上；气水分离塔底部通过排水管连接第一换热器，减压阀位于所述的排水管上；

所述第一换热器的出料口与再生塔连接，将气水分离塔内的吸收水升温后导入再生塔内；

所述再生塔的顶部通过气体排出管路连接外部的CO₂收集罐，底部通过排水管依次连接第二换热器和鼓气塔，将再生塔中的再生水降温后送入鼓气塔内；

所述鼓气塔底部侧面设有空气进气口，顶部侧面设有废气排气口，将空气鼓入鼓气塔内与再生水进行接触；

所述鼓气塔的底部通过排水管连接第三换热器，将鼓气塔内排出的再生水降至常温后回收循环利用。

具体地，所述的微通道混合器材质为不锈钢，其微通道结构为交叉指型、T型、Y型、心型或柱型，微通道横截面宽为40～200μm，高度为40～1000μm；微通道混合器外壁可以配有冷却装置，用于控制装置内的温度。

所述的气水分离塔高径比为8:1～10:1，气水混合物由塔顶部侧面的塔壁引入塔内。