專利名稱：一種甲烷提純系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沼氣處理，特別地涉及一種曱烷(CH4)提純系統(tǒng)，屬于環(huán)境 保護和可再生能源利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
沼氣，是各種有機物質(zhì)(例如，秸稈、雜草、樹葉、人畜糞便等廢棄物)， 在隔絕空氣(還原條件)，以及適宜的溫度、濕度條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵 作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體，其主要成分曱烷是一種無色無味、與適量空氣混 合后即能燃燒的理想氣體燃料?；谡託獾纳鲜鎏匦?，近年來隨著全球化石能源的日益減少以及人們環(huán)保 意識的逐漸增強，沼氣作為一種新型可再生能源受到越來越多的關(guān)注，隨著人 們對沼氣中曱烷提純的技術(shù)不斷發(fā)展，對沼氣的利用已經(jīng)不僅僅局限于炊事、 供暖等低端模式，近年來，利用凈化處理后的沼氣進行發(fā)電的模式也開始逐步 在有條件的地區(qū)推廣，而對沼氣提純凈化后用來制備車用燃料的高值模式也正 再為越來越多的科研機構(gòu)和廠家進行研究，這必將進一步地擴大沼氣的應用范 圍，提高沼氣的利用率。目前，常用的沼氣提純處理方式包括化學吸收、膜分離和變壓吸附等，其 中，變壓吸附技術(shù)實現(xiàn)簡單、調(diào)節(jié)能力強、能耗低、維護工作量小并且可靠性 也較高，因此在國內(nèi)外應用中應用較廣。變壓吸附技術(shù)是將氣體通過吸附床層， 利用不同的吸附劑對不同氣體的吸附能力不同，讓混合氣體中的一種(或幾種)氣體的大部分被吸附在床層上，小部分流出；而混合氣體中的另外一種(或幾 種)氣體的大部分流出，小部分被吸附在床層上；從而達到提高出端氣體濃度 的目的。但是目前利用變壓吸附技術(shù)進行沼氣提純的過程中，通常不考慮從作 為原料氣體的沼氣中脫除氮氣，而氮氣通常在沼氣中的含量為0 5%,在某些 情況下甚至能達到10%，由此通常很難只通過變壓吸附處理直接得到純度99%以上的甲烷。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種甲烷提純系統(tǒng)，使得能夠從沼氣中直接提純得到純度99%以上的曱烷。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種曱烷提純系統(tǒng)，包括沼氣集氣單元、曱烷收集單元，以及設(shè)置在所述沼氣集氣單元和曱烷收集單元之間、相互串聯(lián) 連接的脫硫單元、脫碳單元和干燥單元，該系統(tǒng)還包括氮氧脫除單元，所述 氮氧脫除單元內(nèi)部設(shè)置有將氮氣、氧氣與曱烷進行分離的吸附劑，所述氮氧脫 除單元設(shè)置在所述沼氣集氣單元與曱烷收集單元之間的串聯(lián)通路中。進一步地，所述氮氧脫除單元設(shè)置在所述脫碳單元與所述曱烷收集單元之間。進一步地，所述氮氧脫除單元是變壓吸附塔。更進一步地，所述變壓吸附;荅是2 8個，且相互并4關(guān)。進一步地，所述脫硫單元是填裝有脫硫劑的兩個并耳關(guān)吸附塔。進一步地，該系統(tǒng)還包括，氣體壓縮單元，所述氣體壓縮單元設(shè)置在所述沼氣集氣單元與脫碳單元之間的串聯(lián)通路中。進一步地，所述脫^f灰單元為填裝有脫^f友吸附劑的變壓吸附i荅，所述變壓吸附塔的解吸氣輸出端與所述氣體壓縮單元的輸入端連接。 更進一步地，所述變壓吸附塔是2 8個，且相互并聯(lián)。 進一步地，所述干燥單元為填裝有用于干燥的吸附劑的兩個并聯(lián)吸附塔。 進一步地，該系統(tǒng)還包括撬裝板，所述沼氣集氣單元、甲烷收集單元，脫硫單元、脫^友單元、干燥單元和氮氧脫除單元設(shè)置在所述撬裝板上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(1) 利用本發(fā)明所提出的曱烷提純系統(tǒng)對沼氣進行提純，除了與現(xiàn)有技 術(shù)類似地對曱烷進行提純，還先后對原料氣進行了脫硫、脫水、脫氮氧等氣體 凈化處理，所以最終得到的提純甲垸氣體純度很高，應用范圍更廣。(2) 利用本發(fā)明所提出的曱烷提純系統(tǒng)對沼氣進行提純，可以直接對沼氣中的氮氣、氧氣進行脫除，省去了外部脫氧設(shè)備的投資，顯然在得到高純度
曱烷的同時，無需投入較高的費用；
(3)用本發(fā)明所提出的曱烷提純系統(tǒng)進行較高純度曱烷提純時，整個系 統(tǒng)可以是一體化設(shè)計，固定設(shè)置在某個確定地點；也可以將該系統(tǒng)整體地設(shè)置 成通過撬裝件實現(xiàn)的撬裝式，便于實現(xiàn)車載、移動式等不同的應用場景，盡可 能擴大設(shè)備的應用范圍和頻率。


圖1為本發(fā)明實施例中一種曱烷提純系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的介紹，但不作為對本發(fā)明 的限定。
如圖1所示， 一種曱烷提純系統(tǒng)，包括沼氣集氣單元l、脫硫單元2、氣 體壓縮單元3、脫碳單元4、干燥單元5、氮氧脫除單元6以及甲烷收集單元7, 其中
所述沼氣集氣單元l,用于存儲作為原料氣的沼氣，其輸入端可以通過管 道與沼氣發(fā)生器、沼氣池等外部沼氣發(fā)生裝置連通，根據(jù)外部控制來收集原料 氣(沼氣)，輸出端通過管路與脫硫單元2連通；示例性地，所述沼氣集氣單 元l可以選用氣體集氣罐，而進一步地，為了使曱烷提純系統(tǒng)能夠持續(xù)運行， 其可以采用可控的方式(例如，在管路中設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥)在集氣罐內(nèi)形成某 一壓力值，并且該壓力值足以使得沼氣集氣單元1內(nèi)部相對于與其輸入端連通 的外部沼氣采集裝置是負壓，而相對于與其輸出端連通的脫A乾單元是正壓；
所述脫硫單元2，用于對原料氣進行脫石危凈化處理，其輸入端通過管路與 所述沼氣集氣單元1的輸出端連通，其輸出端與所述氣體壓縮單元3的輸入端
者生物脫碌u的方式，且在較優(yōu)的實施方式中，所述脫碌^單元2可以采用如圖1 中所示的兩個吸附塔并聯(lián)的方式，使得其中一個吸附塔再生或者替換脫硫劑 時，另一個吸附塔繼續(xù)工作，仍能保證所述甲烷提純系統(tǒng)的持續(xù)正常工作；
5所述氣體壓縮單元3,用于對原料氣進行壓縮， -使其達到預定的理想壓力
值，其輸入端與所述脫硫單元2的輸出端連接，輸出端與所述脫碳單元4的輸 入端連通；
所述脫碳單元4，利用變壓吸附的方式進行原料氣中的曱烷提純，其中， 所述脫碳單元4中填裝有脫碳吸附劑，且在較優(yōu)的實施方式中，所述脫碳單元 4可以采用2 8個吸附塔并聯(lián)的方式(圖1中僅示出2塔的方式)，根據(jù)處理 量和技術(shù)指標的要求，來確定吸附塔的數(shù)量，從而實現(xiàn)一次或多次均壓，以及 單塔或多塔吸附等工序，保證各塔交替連續(xù)穩(wěn)定運行。例如，2個吸附塔并聯(lián) 裝置，當其中一塔吸附時，另一塔則處于再生狀態(tài)，兩塔完成一次均壓以回收 塔中殘留的曱烷氣體；類似的，對于6個塔并聯(lián)時，每個塔依次完成吸附、均 壓降、逆放、抽真空、均壓升和終充等過程，為了有效回收曱烷氣體，均壓過 程可以是多次，吸附方式也可以是單塔或多塔同時吸附，另外在各個吸附塔中 的吸附劑再生可以采用抽真空或吹掃方式來實現(xiàn)；原料氣經(jīng)過所述脫碳單元4 中的變壓吸附處理后，凈化氣通過凈化氣輸出端輸出至干燥單元5，而解吸氣 則可以從解吸氣輸出端輸出，在不同的實例中，解吸氣可以采用不同的后續(xù)處 理方式，例如，將其輸入到外部其他凈化裝置中進行處理(未示出)，或者將 其重新輸入到氣體壓縮單元3中，即，如圖1中所示，將所述脫碳單元4的解 吸氣輸出端與所述氣體壓縮單元3的輸入端連通，將解吸氣進行回流；
所述干燥單元5，用于對凈化氣進行干燥，如圖l所示，該單元示例性地 可以選用填裝有分子篩干燥吸附劑的雙吸附塔結(jié)構(gòu)，兩個塔內(nèi)的吸附劑交替間 歇干燥，其中， 一個吸附塔對氣體進行干燥，另一個吸附i^可以進行吸附劑脫 水再生，從而能夠保證整個甲烷提純系統(tǒng)的連續(xù)可靠運行；經(jīng)過干燥后的氣體 ^v所述干燥單元5的出端輸出；
所述氮氧脫除單元6,其可以利用變壓吸附的方式對混合氣體中的甲烷繼 續(xù)進行分離提純，具體地說，可以在吸附塔中填裝有對曱烷和氮氧具有較好分 離性能的吸附劑(例如活性炭或碳分子篩)，在該吸附劑的作用下，甲烷可以 作為吸附質(zhì)被吸附，而利用解吸過程使高純度甲烷從吸附塔底部的解吸氣輸出 端輸出；示例性地，所述氮氧脫除單元6可以采用2~8個吸附塔并聯(lián)的方式(圖 1中僅示出2塔的方式)，其設(shè)計方式與所述脫碳單元4中塔數(shù)設(shè)置方式類似，每個吸附塔依次完成吸附、均壓降、逆放、吹掃、抽真空、均壓升和終充等過 程，為了有效回收曱烷氣體，均壓過程可以是多次，吸附方式也可以是單塔或
多塔同時吸附，產(chǎn)品氣吹掃過程氣體可以回流到氣體壓縮單元3進行循環(huán)(未 標出)；
所述曱烷收集單元7,用于收集及存儲所述氮氧脫除單元6中得到的較高 純度的曱烷。
上述的曱烷提純系統(tǒng)中各個單元的實現(xiàn)裝置可以根據(jù)需要固定設(shè)置在某 個確定位置；或者也可以將各個單元的實現(xiàn)裝置固定在撬裝板上，使得其能夠 通過車載等方式移動應用，由此利用同一個系統(tǒng)在不同的時刻應用于不同的場景。
需要補充說明的是，在上述實施例中所提到的沼氣集氣單元1、脫硫單元 2、氣體壓縮單元3、脫石友單元4、干燥單元5、氮氧脫除單元6以及曱烷收集 單元7的連接方式僅是示意性的，在其他實施例中，也可以采用其它的布置方 式，只要將所述脫碌^單元2、氣體壓縮單元3、脫石灰單元4、干燥單元5、氮氧 脫除單元6設(shè)置在所述沼氣集氣單元和甲烷收集單元之間，且構(gòu)成相互串聯(lián)連 接的通路即可。但是優(yōu)選的，所述氮氧脫除單元6設(shè)置在所述脫碳單元4與所 述曱烷收集單元6之間，因為此時氮氧脫除單元6是對已經(jīng)經(jīng)過提純的曱烷氣 體進行深度提純，提純效果將更好。
此外，在其他的實施例中，氣體壓縮單元3也可以不是必須的，設(shè)置氣體 壓縮單元3的目的是為了使氣體在進入脫碳單元4之前達到合適的理想壓力 值，而如果在曱烷提純系統(tǒng)的管路中傳輸?shù)臍怏w壓力值已經(jīng)是理想壓力值時， 所述氣體壓縮單元3可以省略。
對于上述實施例需要補充說明的是，在上述曱烷提純系統(tǒng)中，對于管路及 各個單元的實現(xiàn)裝置中的壓力控制、流量控制都可以采用本領(lǐng)域人員所公知的 技術(shù)來實現(xiàn)，在此不再贅述。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點
(1)利用本發(fā)明所提出的曱烷提純系統(tǒng)對沼氣進行提純，除了與現(xiàn)有技術(shù)類似地對甲烷進行提純，還先后對原料氣進行了脫^<、脫水、脫氮氧等氣體 凈化處理，所以最終得到的提純曱烷氣體純度很高，可達到曱烷高純利用的標
準；
(2) 利用本發(fā)明所提出的曱烷提純系統(tǒng)對沼氣進行提純，可以直接對沼 氣中的氮氣、氧氣進行脫除，省去了外部脫氧設(shè)備的投資，顯然在得到高純度 甲烷的同時，無需投入較高的費用；
(3) 用本發(fā)明所提出的曱烷提純系統(tǒng)進行高純度甲烷提純時，整個系統(tǒng) 可以是一體化設(shè)計，固定設(shè)置在某個確定地點；也可以將該系統(tǒng)整體地設(shè)置成 通過撬裝件實現(xiàn)的撬裝式，便于實現(xiàn)車栽、移動式等不同的應用場景，盡可能 擴大設(shè)備的應用范圍和頻率。
需要說明的是，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤 飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
8
權(quán)利要求
1.一種甲烷提純系統(tǒng)，包括沼氣集氣單元、甲烷收集單元，以及設(shè)置在所述沼氣集氣單元和甲烷收集單元之間、相互串聯(lián)連接的脫硫單元、脫碳單元和干燥單元，其特征在于，所述甲烷提純系統(tǒng)還包括氮氧脫除單元，所述氮氧脫除單元內(nèi)部設(shè)置有將氮氣、氧氣與甲烷進行分離的吸附劑，所述氮氧脫除單元設(shè)置在所述沼氣集氣單元與甲烷收集單元之間的串聯(lián)通路中。
2. 如權(quán)利要求1所述的甲烷提純系統(tǒng)，其特征在于，所述氮氧脫除單元 設(shè)置在所述脫碳單元與所述曱烷收集單元之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的甲烷提純系統(tǒng)，其特征在于，所迷氮氧脫除單元 是變壓吸附塔。
4. 如權(quán)利要求3所述的甲烷提純系統(tǒng)，其特征在于，所述變壓吸附塔是 2 8個，且相互并耳關(guān)。
5. 如權(quán)利要求1所述的甲烷提純系統(tǒng)，其特征在于，所述脫硫單元是填 裝有脫硫劑的兩個并聯(lián)吸附塔。
6. 如權(quán)利要求1所述的甲烷提純系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括，氣 體壓縮單元，所述氣體壓縮單元設(shè)置在所述沼氣集氣單元與脫碳單元之間的串 聯(lián)通路中。
7. 如權(quán)利要求1所述的甲烷提純系統(tǒng)，其特征在于，所述脫碳單元為填 裝有脫碳吸附劑的變壓吸附塔，所述變壓吸附塔的解吸氣輸出端與所述氣體壓 縮單元的輸入端連接。
8. 如權(quán)利要求7所述的曱烷提純系統(tǒng)，其特征在于，所述變壓吸附塔是 2~8個，且相互并4關(guān)。
9. 如權(quán)利要求1所述的曱烷提純系統(tǒng)，其特征在于，所述干燥單元為填 裝有用于干燥的吸附劑的兩個并聯(lián)吸附塔。
10. 如權(quán)利要求1所述的甲烷提純系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括撬 裝板，所述沼氣集氣單元、曱烷收集單元，脫硫單元、脫碳單元、干燥單元和 氮氧脫除單元設(shè)置在所述撬裝板上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種甲烷提純系統(tǒng)，包括沼氣集氣單元、甲烷收集單元，以及設(shè)置在所述沼氣集氣單元和甲烷收集單元之間、相互串聯(lián)連接的脫硫單元、脫碳單元和干燥單元，該系統(tǒng)還包括氮氧脫除單元，所述氮氧脫除單元內(nèi)部設(shè)置有將氮氣、氧氣與甲烷進行分離的吸附劑，所述氮氧脫除單元設(shè)置在所述沼氣集氣單元與甲烷收集單元之間的串聯(lián)通路中。本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(1)最終得到的提純甲烷氣體純度很高，可達到甲烷高純利用的標準；(2)無需投入較高的費用；(3)整個系統(tǒng)可以是一體化設(shè)計，也可以將該系統(tǒng)整體地設(shè)置成通過撬裝件實現(xiàn)的撬裝式。
文檔編號C07C9/04GK101648843SQ200910085699
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者洲 夏, 胡益銘, 舟 鄧 申請人:北京健坤偉華新能源科技有限公司