一种沼气脱碳尾气催化燃烧利用余热的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种沼气脱碳尾气催化燃烧利用余热的方法，属于环保与资源回收利 用技术领域。
【背景技术】
[0002] 厌氧发酵沼气中所含有的甲烧具有很高的热值，是利用价值极高的清洁燃料。因 此，厌氧发酵沼气利用是十分必要地。目前，厌氧发酵沼气的利用方式主要有发电和纯化得 到车用压缩天然气等。由于制成车用压缩天然气的经济效益与环境效益都比发电高，因此， 厌氧发酵沼气纯化制压缩天然气越来越受欢迎。
[0003] 但是，厌氧发酵沼气中大量存在的C〇2不仅会降低气体热值，增加气体压缩和运输 过程中的能耗，而且，0)2溶入水后还会对钢铁有极强的腐蚀性。厌氧发酵沼气的高值化利 用需要脱除其中的C〇2,当前脱碳工艺方法主要有PSA、物理吸收、化学吸收、膜分离和矿化 脱碳等方法。但是无论哪种脱碳工艺，均会产生脱碳尾气，而脱碳尾气中均含有一定量的甲 烧。联合国政府间气候变化专业委员会(IPCC)最新的科学评估报告给定甲烧的增溫潜力值 (GWP)是二氧化碳的25倍。目前，脱碳尾气大多直接排放到空气中，不但造成了极大的能源 浪费，而且还加剧了溫室效应。
[0004] 厌氧发酵过程受到众多因素影响，溫度是影响厌氧发酵产甲烧的重要因素之一。 一般厌氧发酵微生物在一定的溫度范围（8~65Γ)才能生长繁殖，溫度能够影响生物酶活 性，进而对微生物的生长代谢速率产生影响，同时溫度还会影响有机物在生化反应中的流 向和某些中间产物的形成W及各种物质在水中的溶解度。根据厌氧发酵微生物适应的溫度 范围，厌氧发酵可W分为常溫发酵、中溫发酵和高溫发酵3类。通常在一定的溫度范围内，溫 度越高，发酵微生物生化反应速度越快，产甲烧速率也越快，因此为了获得最大的产气速率 和产气量，需要厌氧发酵系统溫度在达到系统产气速率最大时基本恒定。因此，厌氧发酵过 程中需要对厌氧发酵罐及管道采取相应的保溫和加热措施，来保证厌氧发酵的产能效益。 实际发酵工艺中用于供应热源的方法主要有两种：一是通过锅炉产生热水或是热的水蒸 汽;二是燃烧沼气产热。而用沼气直接燃烧产热提供热源的方法需要消耗10% W内的厌氧 发酵沼气。
[0005] 目前，利用沼气脱碳尾气催化燃烧向厌氧发酵系统供应热源，保证厌氧发酵的产 能效益的方法还未见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明就是针对现有技术的不足，提供一种沼气脱碳尾气催化燃烧利用余热的方 法，利用沼气脱碳尾气中含有的甲烧通过催化燃烧产生的热量满足厌氧发酵罐及管道保溫 伴热的需要。运种方法不仅能够充分利用资源，在很大程度上还能够减少溫室效应气体的 排放，具有显著的能源、经济和生态效益。
[0007] 本发明提供的一种沼气脱碳尾气催化燃烧利用余热的方法包括W下步骤：
[000引1、气体混合：空气或氧气与2~lOwt%甲烧含量的沼气脱碳尾气混合，其中，氧气 与甲烧的摩尔比为2.5~2:1，混合气体W-定流速进入预热装置；
[0009] 2、预热:混合气体在预热装置中进行预热，使气体的溫度达到催化剂的起活溫度；
[0010] 3、催化燃烧:预热气体进入装有催化剂的催化反应装置中，沼气脱碳尾气与氧气 催化燃烧产生烟气，放出大量热，催化反应溫度控制在130(TC W下。
[0011] 催化燃烧的原理是：
[0012] 4、烟气换热：沼气脱碳尾气催化燃烧产生的烟气经换热装置产生热水或高溫蒸 汽；
[0013] 5、余热利用:将换热产生的高溫蒸汽或热水用于中溫或高溫厌氧发酵系统的加热 和伴热，通过换热量的控制满足发酵系统所需溫度。
[0014] 利用沼气脱碳尾气催化燃烧向厌氧发酵系统供应热源，保证厌氧发酵的产能效 益，废弃资源得到回收利用。同时，经过催化燃烧后的沼气脱碳尾气，产生烟气中不含甲烧， 很大程度上减少了溫室效应气体的排放。
[0015] 进一步地，所述催化剂为贵金属催化剂，其组成包括活性组分和载体，所述活性组 分为一种或多种任意比例的贵金属与一种或多种任意比例的稀上元素，W载体质量为基 础，催化剂中各组分及含量为:贵金属质量为载体质量的0.1~0.%，稀±元素质量为载 体质量的1~5wt%。
[0016] 进一步地，所述催化剂为非贵金属型催化剂，其活性组分为一种或多种任意比例 的稀±元素，稀±元素质量为载体质量的10~25wt%。
[0017] 上述载体为氧化侣球体、二氧化娃球体或者分子筛球体等。
[0018] 上述活性组分的贵金属可溶性盐中，贵金属(Pt/Pd/化/Ru)为Pt/Pd/化/Ru的硫酸 盐、硝酸盐、氯化物盐等的一种或几种任意比例的混合物，稀±金属(Cu/Mn/Zr/Nb/Ce/化） 为Cu/Mn/Zr/师/Ce/Ca的可溶性硝酸盐、硫酸盐、氯化物盐的一种或几种任意比例的混合 物。
[0019] 上述催化剂具有极好的低溫起活能力，比国内已有的催化剂T90的起活溫度低60°C 左右(280~300°C)，更好的降低了预热阶段能源消耗，具有较好的节能环保效益。与贵金属 催化剂相比，非贵金属催化剂的使用能够降低工艺的运行成本。
[0020] 进一步地，本发明所述的沼气脱碳尾气催化燃烧利用余热的方法步骤3中沼气脱 碳尾气催化燃烧产生的烟气溫度^800°C的，烟气先对预热装置中的混合气体进行预热后 再经换热装置换热，优先满足混合气体溫度达到催化剂的起活溫度。
[0021] 进一步地，本发明所述的沼气脱碳尾气催化燃烧利用余热的方法步骤3中沼气脱 碳尾气催化燃烧产生的烟气溫度高于800°C的，烟气先经过换热装置产生热水或高溫蒸汽 后，再对预热装置中的混合气体进行预热。
[0022] 烟气经过预热装置加热其中的混合气体，混合气体高于起活溫度，使沼气脱碳尾 气处理持续进行且无需提供额外热能。
【附图说明】
[0023] 图1为沼气脱碳尾气催化燃烧产生的烟气溫度小于或等于800°C的余热利用工艺 流程图。
[0024] 图2为沼气脱碳尾气催化燃烧产生的烟气溫度高于80(TC的余热利用工艺流程图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[00%] 实施例1
[0027] 如图1所示，一种沼气脱碳尾气催化燃烧利用余热的方法，主要包括：
[0028] 1、气体混合:空气与甲烧含量2wt%，400Nm^hr的沼气脱碳尾气混合，空气中的氧 气与沼气脱碳尾气中甲烧的摩尔比为2:1。混合气体进入预热装置；
[0029] 2、预热：混合气体在预热装置中进行预热，使气体的溫度达到催化剂的起活溫度 (280°〇；
[0030] 3、催化燃烧:预热气体进入装有贵金属Pd(0.1wt%)-Zr(2wt%)/氧化侣球体催化 剂的催化反应装置中，沼气脱碳尾气与氧气催化燃烧。
[0031] 催化燃烧的原理是
[0032] 4、烟气换热：沼气脱碳尾气催化燃烧产生烟气，烟气溫度低于800°C，先将烟气对 预热装置中的混合气体进行预热后再经换热装置换热，W满足混合气体溫度达到催化剂的 起活溫度，经换热装置产生热水(90°C)2500kg/虹。
[0033] 5、余热利用：将换热产生的热水用于中溫或高溫厌氧发酵系统的加热和伴热，通 过换热量的控制满足发酵系统所需溫度，实现最大厌氧发酵产能效益。<