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CN106345232A - 两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法和装置 - Google Patents

两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法和装置 Download PDF

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CN106345232A CN201610852267.2A CN201610852267A CN106345232A CN 106345232 A CN106345232 A CN 106345232A CN 201610852267 A CN201610852267 A CN 201610852267A CN 106345232 A CN106345232 A CN 106345232A
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李树白
刘媛
张启蒙
陆敏
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Changzhou Vocational Institute of Engineering
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Abstract

本发明涉及可再生能源利用领域，尤其是一种两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法和装置；包括前处理系统、第一段生物质气净化系统和第二段生物质气净化系统；方法是将携带有固相和液相杂质的生物质气依此通入网式过滤器和气液两相立式分离器，去除生物质气中的水、泡沫及固体颗粒；得到的生物质气通入装有甲基二乙醇胺溶液的吸收罐，去除生物质气中的硫化氢；然后加压通入吸收塔，进入第一和第二段生物质气净化工艺，存储甲烷气体。本发明通过采用两段方法脱除生物质气中的硅氧烷，得到净化的甲烷气体，硅氧烷的脱除率可达99％以上；本发明对减少大气污染、优化能源结构具有重要意义。

Description

两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法和装置
技术领域
本发明涉及可再生能源利用领域，尤其是一种两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法和装置。
背景技术
生物气作为一种新型高效的可再生绿色能源,已开发沼气发电、沼气制热等资源化利用技术，生物气作为燃料，可减少温室气体、微小颗粒和氮氧化合物的排放，具有更广阔的发展空间和多重的经济环境效益。填埋场以及污水处理厂污泥厌氧消化产生的生物气除甲烷、二氧化碳等主要组分外，还含有其他组分，如硫化氢和硅氧烷等，硅氧烷的存在严重影响生物气使用，阻碍生物气的使用价值。其中硅氧烷对生物气应用的不利影响非常大。
近几年来，不少研究机构评估硅氧烷对人类和环境的风险。丹麦环境保护局已发现六甲基二硅氧烷会刺激皮肤，影响肾脏，已将六甲基二硅氧烷归为危险物质。美国环保局和康宁公司报道指出：十甲基环五硅氧烷可能是致癌物质。加拿大有报道指出：在市政供水中存在硅氧烷不利于鱼和水生组织的生存，同时八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷影响荷尔蒙的分泌，从而有可能影响人类繁殖。我国是硅氧烷生产大国，对周围环境造成的危害是不可低估的。
净化硅氧烷处理主要采用吸附法，吸收法，低温冷凝，生物方法，催化工艺，膜分离方法，气体渗透膜分离等。
专利CN201210393660.1“一种去除可燃气体中硅氧烷气体的装置及方法”介绍了一种采用硅胶吸附法去除可燃气体中的硅氧烷的方法和装置，这种方法利用硅胶吸附，其效率会受到气体中水分的影响，另外，吸附剂的再生温度较高，需要大量的再生热，增加了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种低成本的深度脱除生物质气中硅氧烷并回收甲烷的工艺方法及装置。
本发明所采用的技术方案为：一种两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法，包括以下步骤：
1)将携带有固相和液相杂质的生物质气依此通入网式过滤器和气液两相立式分离器，去除生物质气中的水、泡沫及固体颗粒；
2)将步骤1)处理得到的生物质气通入装有甲基二乙醇胺溶液的吸收罐，去除生物质气中的硫化氢；
3)将上述步骤2)得到的生物质气加压后通入吸收塔，进入第一段生物质气净化工艺，利用吸收剂对含有硅氧烷的生物质气进行吸收净化处理，初步脱除生物质气中的硅氧烷；
4)将上述步骤3)得到的初步脱除了硅氧烷的通入外加超声波辐照的浓硫酸中，进行第二段生物质气净化工艺，进一步脱除生物质气中的硅氧烷；
5)将上述步骤4)得到的生物质气通入储气罐，存储甲烷气体。
进一步的说，本发明所述的硅氧烷为六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷中的一种或至少两种的组合。
再进一步的说，本发明所述的生物质气中硅氧烷的浓度为大于10mg/Nm3。
再进一步的说，本发明所述的第一段生物质气净化的操作温度为常温。
再进一步的说，本发明所述的浓硫酸的浓度为92％-97％，温度为50-65℃。
再进一步的说，本发明所述的吸收剂由聚乙二醇二甲醚、菲、对三联苯和十二烷基苯磺酸钠按照一定的比例复配而成。其中聚乙二醇二甲醚的质量分数为45％～70％，菲的质量分数为25％～40％，对三联苯的质量分数为5％～15％；所述的2-辛基十二烷基硫酸钠占吸收剂总溶液的浓度为2×10-4～5×10-4mol/L。
同时，本发明还提供了一种两段式脱除生物质气中硅氧烷的装置，包括前处理系统、第一段生物质气净化系统、第二段生物质气净化系统；
所述的前处理系统包括网式过滤器、气液两相立式分离器、甲基二乙醇胺储液罐和压缩机；所述的网式过滤器通过入口管线连接原料气，并经出口管线连接气液两相立式分离器；所述的气液两相立式分离器排液管设有液位控制阀，气体出口设有除雾器；气体经除雾器后进入除雾器出口管线，除雾器出口管线上安装有压力控制阀；所述的气液分离器的气体出口管线连接甲基二乙醇胺储液罐；所述的甲基二乙醇胺储液罐的出口连接压缩机入口，压缩机的出口管线连接第一段生物质气净化系统的入口，连接管线上装有阀门；
所述的第一段生物质气净化系统包括吸收液罐、离心泵、吸收塔、连接管线和控制阀门；所述的吸收液罐里的吸收液通过离心泵送吸收塔顶部入口，吸收塔底部出口连接吸收液罐；生物质气从吸收塔下部进气口进入，吸收塔的出气口连接第二段生物质气净化系统的入口；
所述的第二段生物质气净化系统包括超声波槽式声化学反应器、浓硫酸储液罐、甲烷回收罐以及连接管线和控制阀门；浓硫酸储液罐的入口连接吸收塔的出气口，生物质气经浓硫酸进一步脱除硅氧烷后，进入甲烷回收罐存储。
进一步的说，为了提高浓硫酸对硅氧烷的去除效果，本发明所述的浓硫酸储液罐设置于超声波槽式声化学反应器中。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过采用两段方法脱除生物质气中的硅氧烷，得到净化的甲烷气体，硅氧烷的脱除率可达99％以上；
2.本发明对减少大气污染、优化能源结构具有重要意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的工艺流程结构示意图；
图中：1-网式过滤器；3-气液两相立式分离器；4-除雾器；5-消泡板；6-液位控制阀；7-压力控制阀；8-甲基二乙醇胺储液罐；9-气体压缩机；11-吸收塔；12-吸收塔进气口；13-吸收塔出气口；15-浓硫酸储液罐；17-超声波槽式声化学反应器；18-换能器；19-导线；20-超声波发生器；22-甲烷回收罐；25-离心泵；27-吸收液罐；2，10，14，16，19，21，23，24，26-控制阀。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，装置包括预处理系统、第一段生物质气净化系统、第二段生物质气净化系统。
前处理系统包含一个网式过滤器1、一个气液两相立式分离器3、一个甲基二乙醇胺储液罐8和一个气体压缩机9。原料气通过管线进入网式过滤器1，去除固体颗粒后，经出口管线进入气液两相立式分离器3。气液两相立式分离器排液管设有液位控制阀6，气体出口设有除雾器4。气体经除雾器4后进入出口管线，出口管线上安装有压力控制阀7。气液分离器的气体出口管线连接甲基二乙醇胺储液罐，生物质气中的硫化氢被甲基二乙醇胺溶液吸收。甲基二乙醇胺储液罐出口连接压缩机入口，压缩机出口管线连接第一段生物质气净化系统的入口，连接管线上装有阀门。
第一段生物质气净化系统包括一个吸收液罐27、一个离心泵25、一个吸收塔11、连接管线和控制阀门。吸收液罐27里的吸收液通过离心泵25送吸收塔11顶部入口，吸收液吸收了生物质气中的硅氧烷后，从底部出口回到吸收液罐27。生物质气从吸收塔11下部进气口进入，被吸收液除去硅氧烷后，从出气口流出，进入第二段生物质气净化系统的入口。
第二段生物质气净化系统包括：一个超声波槽式声化学反应器17、一个浓硫酸储液罐15、一个甲烷回收罐22以及连接管线和控制阀门。从第一段生物质气净化系统出来的生物质气通过管线进入浓硫酸储液罐15的入口，生物质气经浓硫酸进一步脱除硅氧烷后，进入甲烷回收罐存储22。浓硫酸储液罐被超声波槽式声化学反应器17辐照，以提高浓硫酸对硅氧烷的去除效果。
工艺流程如下：将含硅氧烷浓度为250mg/Nm3的生物质气通入网式过滤器1，去除其中的固体颗粒。然后将气体通入气液两相立式分离器3，脱除生物质气中的水和泡沫。在分离器内，液体沉降于分离器的下部，经液位控制阀6排出；气体经除捕雾器4去除小雾滴之后经压力控制阀7通入气体压缩机8。经压缩机8增压后将生物质气通入吸收塔进气口12；同时，吸收液罐27中的吸收液通过离心泵25抽送进入吸收塔11的顶部；在吸收塔内，生物质气中的硅氧烷被吸收液吸收。吸收液吸收了硅氧烷后经控制阀16返回吸收液罐27中，而脱除了硅氧烷的生物质气从吸收塔出气口13进入浓硫酸储液罐15，进一步脱除生物质气中的硅氧烷。浓硫酸的浓度为97％，温度为60℃。从浓硫酸储液罐15出来的生物质气存储于甲烷存储罐22中。
生物质气中硅氧烷在吸收塔中完成第一段净化后，硅氧烷的脱出率为91.23％；经过浓硫酸吸收完成第二段净化后，硅氧烷的脱除率99.54％。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (8)

1.一种两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将携带有固相和液相杂质的生物质气依此通入网式过滤器和气液两相立式分离器，去除生物质气中的水、泡沫及固体颗粒；
2)将步骤1)处理得到的生物质气通入装有甲基二乙醇胺溶液的吸收罐，去除生物质气中的硫化氢；
3)将上述步骤2)得到的生物质气加压后通入吸收塔，进入第一段生物质气净化工艺，利用吸收剂对含有硅氧烷的生物质气进行吸收净化处理，初步脱除生物质气中的硅氧烷；
4)将上述步骤3)得到的初步脱除了硅氧烷的通入外加超声波辐照的浓硫酸中，进行第二段生物质气净化工艺，进一步脱除生物质气中的硅氧烷；
5)将上述步骤4)得到的生物质气通入储气罐，存储甲烷气体。
2.如权利要求1所述的两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法，其特征在于：所述的硅氧烷为六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、八甲基环四硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、十二甲基环六硅氧烷中的一种或至少两种的组合。
3.如权利要求1所述的两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法，其特征在于：所述的生物质气中硅氧烷的浓度为大于10mg/Nm3。
4.如权利要求1所述的两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法，其特征在于：所述的第一段生物质气净化的操作温度为常温。
5.如权利要求1所述的两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法，其特征在于：所述的浓硫酸的浓度为92％-97％，温度为50-65℃。
6.如权利要求1所述的两段式脱除生物质气中硅氧烷的方法，其特征在于：所述的吸收剂由聚乙二醇二甲醚、菲、对三联苯和2-辛基十二烷基苯磺酸钠按照一定的比例复配而成；其中聚乙二醇二甲醚的质量分数为45％～70％，菲的质量分数为25％～40％，对三联苯的质量分数为5％～15％；所述的2-辛基十二烷基硫酸钠占吸收剂总溶液的浓度为2×10-4～5×10-4mol/L。
7.一种如权利要求1所述的用于两段式脱除生物质气中硅氧烷的装置，其特征在于：包括前处理系统、第一段生物质气净化系统和第二段生物质气净化系统；
所述的前处理系统包括网式过滤器、气液两相立式分离器、甲基二乙醇胺储液罐和压缩机；所述的网式过滤器通过入口管线连接原料气，并经出口管线连接气液两相立式分离器；所述的气液两相立式分离器排液管设有液位控制阀，气体出口设有除雾器；气体经除雾器后进入除雾器出口管线，除雾器出口管线上安装有压力控制阀；所述的气液分离器的气体出口管线连接甲基二乙醇胺储液罐；所述的甲基二乙醇胺储液罐的出口连接压缩机入口，压缩机的出口管线连接第一段生物质气净化系统的入口，连接管线上装有阀门；
所述的第一段生物质气净化系统包括吸收液罐、离心泵、吸收塔、连接管线和控制阀门；所述的吸收液罐里的吸收液通过离心泵送吸收塔顶部入口，吸收塔底部出口连接吸收液罐；生物质气从吸收塔下部进气口进入，吸收塔的出气口连接第二段生物质气净化系统的入口；
所述的第二段生物质气净化系统包括超声波槽式声化学反应器、浓硫酸储液罐、甲烷回收罐以及连接管线和控制阀门；浓硫酸储液罐的入口连接吸收塔的出气口，生物质气经浓硫酸进一步脱除硅氧烷后，进入甲烷回收罐存储。
8.如权利要求7所述的用于两段式脱除生物质气中硅氧烷的装置，其特征在于：所述的浓硫酸储液罐设置于超声波槽式声化学反应器中。
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