一種沼氣脫碳尾氣催化燃燒利用余熱的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種沼氣脫碳尾氣催化燃燒利用余熱的方法，屬于環保與資源回收利 用技術領域。
【背景技術】
[0002] 厭氧發酵沼氣中所含有的甲燒具有很高的熱值，是利用價值極高的清潔燃料。因 此，厭氧發酵沼氣利用是十分必要地。目前，厭氧發酵沼氣的利用方式主要有發電和純化得 到車用壓縮天然氣等。由于制成車用壓縮天然氣的經濟效益與環境效益都比發電高，因此， 厭氧發酵沼氣純化制壓縮天然氣越來越受歡迎。
[0003] 但是，厭氧發酵沼氣中大量存在的C〇2不僅會降低氣體熱值，增加氣體壓縮和運輸 過程中的能耗，而且，0)2溶入水后還會對鋼鐵有極強的腐蝕性。厭氧發酵沼氣的高值化利 用需要脫除其中的C〇2,當前脫碳工藝方法主要有PSA、物理吸收、化學吸收、膜分離和礦化 脫碳等方法。但是無論哪種脫碳工藝，均會產生脫碳尾氣，而脫碳尾氣中均含有一定量的甲 燒。聯合國政府間氣候變化專業委員會(IPCC)最新的科學評估報告給定甲燒的增溫潛力值 (GWP)是二氧化碳的25倍。目前，脫碳尾氣大多直接排放到空氣中，不但造成了極大的能源 浪費，而且還加劇了溫室效應。
[0004] 厭氧發酵過程受到眾多因素影響，溫度是影響厭氧發酵產甲燒的重要因素之一。 一般厭氧發酵微生物在一定的溫度范圍（8~65Γ)才能生長繁殖，溫度能夠影響生物酶活 性，進而對微生物的生長代謝速率產生影響，同時溫度還會影響有機物在生化反應中的流 向和某些中間產物的形成W及各種物質在水中的溶解度。根據厭氧發酵微生物適應的溫度 范圍，厭氧發酵可W分為常溫發酵、中溫發酵和高溫發酵3類。通常在一定的溫度范圍內，溫 度越高，發酵微生物生化反應速度越快，產甲燒速率也越快，因此為了獲得最大的產氣速率 和產氣量，需要厭氧發酵系統溫度在達到系統產氣速率最大時基本恒定。因此，厭氧發酵過 程中需要對厭氧發酵罐及管道采取相應的保溫和加熱措施，來保證厭氧發酵的產能效益。 實際發酵工藝中用于供應熱源的方法主要有兩種：一是通過鍋爐產生熱水或是熱的水蒸 汽;二是燃燒沼氣產熱。而用沼氣直接燃燒產熱提供熱源的方法需要消耗10% W內的厭氧 發酵沼氣。
[0005] 目前，利用沼氣脫碳尾氣催化燃燒向厭氧發酵系統供應熱源，保證厭氧發酵的產 能效益的方法還未見報道。
【發明內容】
[0006] 本發明就是針對現有技術的不足，提供一種沼氣脫碳尾氣催化燃燒利用余熱的方 法，利用沼氣脫碳尾氣中含有的甲燒通過催化燃燒產生的熱量滿足厭氧發酵罐及管道保溫 伴熱的需要。運種方法不僅能夠充分利用資源，在很大程度上還能夠減少溫室效應氣體的 排放，具有顯著的能源、經濟和生態效益。
[0007] 本發明提供的一種沼氣脫碳尾氣催化燃燒利用余熱的方法包括W下步驟：
[000引1、氣體混合：空氣或氧氣與2~lOwt%甲燒含量的沼氣脫碳尾氣混合，其中，氧氣 與甲燒的摩爾比為2.5~2:1，混合氣體W-定流速進入預熱裝置；
[0009] 2、預熱:混合氣體在預熱裝置中進行預熱，使氣體的溫度達到催化劑的起活溫度；
[0010] 3、催化燃燒:預熱氣體進入裝有催化劑的催化反應裝置中，沼氣脫碳尾氣與氧氣 催化燃燒產生煙氣，放出大量熱，催化反應溫度控制在130(TC W下。
[0011] 催化燃燒的原理是：
[0012] 4、煙氣換熱：沼氣脫碳尾氣催化燃燒產生的煙氣經換熱裝置產生熱水或高溫蒸 汽；
[0013] 5、余熱利用:將換熱產生的高溫蒸汽或熱水用于中溫或高溫厭氧發酵系統的加熱 和伴熱，通過換熱量的控制滿足發酵系統所需溫度。
[0014] 利用沼氣脫碳尾氣催化燃燒向厭氧發酵系統供應熱源，保證厭氧發酵的產能效 益，廢棄資源得到回收利用。同時，經過催化燃燒后的沼氣脫碳尾氣，產生煙氣中不含甲燒， 很大程度上減少了溫室效應氣體的排放。
[0015] 進一步地，所述催化劑為貴金屬催化劑，其組成包括活性組分和載體，所述活性組 分為一種或多種任意比例的貴金屬與一種或多種任意比例的稀上元素，W載體質量為基 礎，催化劑中各組分及含量為:貴金屬質量為載體質量的0.1~0.%，稀±元素質量為載 體質量的1~5wt%。
[0016] 進一步地，所述催化劑為非貴金屬型催化劑，其活性組分為一種或多種任意比例 的稀±元素，稀±元素質量為載體質量的10~25wt%。
[0017] 上述載體為氧化侶球體、二氧化娃球體或者分子篩球體等。
[0018] 上述活性組分的貴金屬可溶性鹽中，貴金屬(Pt/Pd/化/Ru)為Pt/Pd/化/Ru的硫酸 鹽、硝酸鹽、氯化物鹽等的一種或幾種任意比例的混合物，稀±金屬(Cu/Mn/Zr/Nb/Ce/化） 為Cu/Mn/Zr/師/Ce/Ca的可溶性硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物鹽的一種或幾種任意比例的混合 物。
[0019] 上述催化劑具有極好的低溫起活能力，比國內已有的催化劑T90的起活溫度低60°C 左右(280~300°C)，更好的降低了預熱階段能源消耗，具有較好的節能環保效益。與貴金屬 催化劑相比，非貴金屬催化劑的使用能夠降低工藝的運行成本。
[0020] 進一步地，本發明所述的沼氣脫碳尾氣催化燃燒利用余熱的方法步驟3中沼氣脫 碳尾氣催化燃燒產生的煙氣溫度^800°C的，煙氣先對預熱裝置中的混合氣體進行預熱后 再經換熱裝置換熱，優先滿足混合氣體溫度達到催化劑的起活溫度。
[0021] 進一步地，本發明所述的沼氣脫碳尾氣催化燃燒利用余熱的方法步驟3中沼氣脫 碳尾氣催化燃燒產生的煙氣溫度高于800°C的，煙氣先經過換熱裝置產生熱水或高溫蒸汽 后，再對預熱裝置中的混合氣體進行預熱。
[0022] 煙氣經過預熱裝置加熱其中的混合氣體，混合氣體高于起活溫度，使沼氣脫碳尾 氣處理持續進行且無需提供額外熱能。
【附圖說明】
[0023] 圖1為沼氣脫碳尾氣催化燃燒產生的煙氣溫度小于或等于800°C的余熱利用工藝 流程圖。
[0024] 圖2為沼氣脫碳尾氣催化燃燒產生的煙氣溫度高于80(TC的余熱利用工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
[00%] 實施例1
[0027] 如圖1所示，一種沼氣脫碳尾氣催化燃燒利用余熱的方法，主要包括：
[0028] 1、氣體混合:空氣與甲燒含量2wt%，400Nm^hr的沼氣脫碳尾氣混合，空氣中的氧 氣與沼氣脫碳尾氣中甲燒的摩爾比為2:1。混合氣體進入預熱裝置；
[0029] 2、預熱：混合氣體在預熱裝置中進行預熱，使氣體的溫度達到催化劑的起活溫度 (280°〇；
[0030] 3、催化燃燒:預熱氣體進入裝有貴金屬Pd(0.1wt%)-Zr(2wt%)/氧化侶球體催化 劑的催化反應裝置中，沼氣脫碳尾氣與氧氣催化燃燒。
[0031] 催化燃燒的原理是
[0032] 4、煙氣換熱：沼氣脫碳尾氣催化燃燒產生煙氣，煙氣溫度低于800°C，先將煙氣對 預熱裝置中的混合氣體進行預熱后再經換熱裝置換熱，W滿足混合氣體溫度達到催化劑的 起活溫度，經換熱裝置產生熱水(90°C)2500kg/虹。
[0033] 5、余熱利用：將換熱產生的熱水用于中溫或高溫厭氧發酵系統的加熱和伴熱，通 過換熱量的控制滿足發酵系統所需溫度，實現最大厭氧發酵產能效益。<