專利名稱：一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，所屬技術領域為生物質(zhì)能源。它是對沼氣分離純化裝置進行的結構與功能改進。它主要通過壓力調(diào)節(jié)器5、91、92，可控溫加熱裝置9和膜分離控制裝置10的連接轉(zhuǎn)換，從膜分離裝置的不同出口獲得不同濃度的甲烷與二氧化碳，以滿足不同民用與工業(yè)用途需求。該裝置整體也可以設置在可移動的撬板上，以備方便快捷使用。
背景技術：
沼氣未經(jīng)處理時的成分主要由50% 70%甲燒和30% 50%二氧化碳等氣體組成，熱值一般在20. 16MJ/m3 28. 98MJ/m3之間，能量密度低，長期以來只能作為民用能源使用。高純度甲烷(99% 100% )的熱值為38. 22MJ/m3，可作為石油替代品直接用作發(fā)動機燃料。若能從普通沼氣與垃圾填埋氣中獲得高純度甲烷，則可拓寬我國可再生能源沼氣的應用領域，解決汽車燃油短缺等現(xiàn)實問題。若獲得高純度二氧化碳，則可用于工業(yè)領域。該裝置將低碳理念和循環(huán)經(jīng)濟完美結合，考慮到不同純度的甲烷和二氧化碳有不同的用途，通過設計的調(diào)控裝置，可實現(xiàn)不同純度的甲烷和二氧化碳的分離純化。 本發(fā)明裝置就是針對沼氣純化利用過程中，副產(chǎn)品二氧化碳不能有效進行利用而直接被排入大氣這一不足之處，而提供一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，它主要是利用多個單元膜組件并聯(lián)構成單元膜組塊，膜組塊間通過串聯(lián)組成多級膜組塊，再通過壓力調(diào)節(jié)器、可控溫加熱裝置和，對進入膜組件氣體的壓力、溫度與流量進行控制，實現(xiàn)從膜分離器的不同出口獲得沼氣中甲烷與二氧化碳的不同純度高品質(zhì)分別分離純化與回收的目的，它主要是由氣體壓縮系統(tǒng)、精密過濾系統(tǒng)、可控溫加熱裝置、膜分離控制裝置等部分組成，其主要技術特點是膜分離裝置中的膜塊分離組件可根據(jù)氣體流量與氣體回收率，進行多個單元膜組件的多級串聯(lián)與并聯(lián)，配以壓力調(diào)節(jié)器和可控溫加熱裝置和氣體管路控制轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)不同純度的甲烷和二氧化碳的同步分離純化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設計目的是設計并提供一種沼氣純化處理關鍵部件裝置，通過分級復合設計，利用多個單元膜組件并聯(lián)構成單元膜組塊，膜組塊間通過串聯(lián)組成多級膜組塊，再通過壓力調(diào)節(jié)器、可控溫加熱裝置和氣體管路控制轉(zhuǎn)換器，對進入膜組件氣體的壓力、溫度與流量進行控制，兼顧回收效率與分離效率，考慮多級滲余氣與滲透氣中甲烷和二氧化碳的百分含量適宜比，進行多級膜回流重脫工藝方案設計，實現(xiàn)沼氣中甲烷與二氧化碳的不同純度高品質(zhì)分別分離純化與回收。利用本裝置可以將甲烷含量最高提高至98%，二氧化碳含量也可提高至95%以上。該裝置整體也可以設置在可移動的撬板上，以備方便快捷使用。本發(fā)明用于大中型沼氣工程、垃圾填埋氣中甲烷與二氧化碳提純用，具有如下的有益效果、優(yōu)點和特點I、合理的單元膜組件并聯(lián)與串聯(lián)設計，可以滿足不同氣流量和不同氣體回收純度的需要。2、用此部件進行純化前，氣體只需要簡單除雜、脫水、脫硫；3、可根據(jù)需要，進行不同純度的甲烷與二氧化碳的分離與回收；4、可以實現(xiàn)甲烷高純度回收用以做車用燃料；
5、清潔衛(wèi)生，無環(huán)境污染。


圖I :本發(fā)明裝置的工作流程圖；圖2 :本發(fā)明裝置的膜單元組件結構示意圖；圖3 :本發(fā)明裝置的膜分離控制組件工作示意說明圖。I壓縮機2氣水分離器3油霧分離器4氣體緩沖罐5前壓力調(diào)節(jié)器6流量計7精吸附器AS精吸附器B 9可控溫加熱裝置10膜分離裝置21 —級膜滲透氣或滲余氣出口 22二級膜滲透氣出口 23 二級膜滲余氣出口 24 —級膜滲余氣或滲透氣出口 25 —級膜滲余氣或滲透氣流量計26 二級膜滲透氣流量計27 二級膜滲余氣流量計28 —級膜滲余氣或滲透 氣流量計31 —級膜進氣口取樣器32 —級膜滲余氣取樣器33 —級膜滲透氣取樣器34 二級膜滲透氣取樣器35 二級膜滲余氣取樣器41 一級膜滲透氣或滲余氣進入二級膜入口或回流氣管路換接器42 二級膜氣體入口與一級膜成品氣管路換接器43 —級膜滲透或滲余氣回流與一級膜滲透或滲余產(chǎn)品氣管路換接器44 二級膜滲透產(chǎn)品氣與回流氣管路換接器45 二級膜滲余產(chǎn)品氣與回流氣管路換接器51 —級模塊組件中的第I個單元膜組件52 —級模塊組件中的第2個單元膜組件5i —級模塊組件中的第i個單元膜組件61 二級模塊組件中的第I個單元膜組件62 二級模塊組件中的第2個單元膜組件6i 二級模塊組件中的第i個單元膜組件71原料氣72凈化原料氣73 —級滲余氣74 —級滲透氣75 二級滲透氣76 二級滲余氣81 —級回流氣單向止回閥82 二級滲透回流氣單向止回閥83 二級滲余回流氣單向止回閥91 一級膜滲透氣壓力調(diào)節(jié)器92 二級膜滲透氣壓力調(diào)節(jié)器
具體實施例方式處理沼氣以500Nm3/hr，溫度為45°C，壓力為O. 8MPa為例，用該裝置進行其中2種工況的物料平衡分析。I.若是該裝置不使用二級膜塊分離組件，只使用一級膜塊分離組件，處理沼氣以500Nm3/hr，溫度為45°C，壓力為O. 8MPa時，其中工況之一的一級分離物料平衡計算分析見表I，這時若是調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器5，可控溫加熱裝9，使進入膜分離膜塊組件的氣體壓力和溫度發(fā)生改變，再配以壓力調(diào)節(jié)器91和氣體管路轉(zhuǎn)換器41、43，則出氣口 21、24中的氣體73、74的組分濃度會相應改變。表I 一級膜分離沼氣的物料平衡計算Tab. I The materiel balance computing of one level membrane separationbiogas
權利要求
1.一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，主要是由氣體壓縮系統(tǒng)、精密過濾系統(tǒng)、可控溫加熱裝置9和膜分離控制裝置10五個部分組成，其中氣體壓縮系統(tǒng)是由壓縮機I、氣水分離器2、油霧分離器3、氣體緩沖罐4、前壓力調(diào)節(jié)器5、流量計6組成；精密過濾系統(tǒng)由精密吸附器7和精密吸附器8組成；其特征是所有零部件及系統(tǒng)整體可設置在移動的撬塊上。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是所述的膜分離控制裝置10中的單元膜組件，是根據(jù)客戶的要求進行物料平衡計算和成本預算后，自行設計的適于該工況下的一個獨立分離膜組件，不同的工況，膜組件的參數(shù)是不同的。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是所述的膜分離控制裝置10由二級膜塊組件組成，每級膜塊組件根據(jù)氣體流量需要又由多個單元膜組件并聯(lián)而成，各級膜塊組件是串聯(lián)而成。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是所述的膜分離控制裝置10，可根據(jù)實際處理氣體量，在一級膜組塊與二級膜組塊內(nèi)，進行單元膜組件的增加，而且支撐單元膜組件的框架長度與寬度隨單元膜組件的數(shù)量可以設計成分段可調(diào)。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是所述的膜分離控制裝置10，是由四個出氣口 一級滲余氣與滲透氣出口 21、24，二級滲透氣出口 23、二級滲余氣出口 24 ;四個流量計一級滲余氣或滲透氣流量計25、28，二級滲透氣流量計26、二級滲余流量計27 ;五個取樣器一級膜進氣口取樣器31、32、一級滲余氣取樣器33、二級滲透氣取樣器34、二級滲余氣取樣器35 ;四個管路換接器一級膜滲透氣與滲余氣進入二級膜入口或回流氣管路換接器41、二級膜氣體入口與一級成品氣管路換接器42、一級滲透或滲余氣回流與一級產(chǎn)品氣管路換接器43、二級滲余氣產(chǎn)品氣與回流氣管路換接器44 ;二個單向止回閥一級回流氣單向止回閥81、二級回流氣單向止回閥82和2個壓力調(diào)節(jié)器一級膜滲透氣壓力調(diào)節(jié)器91、二級膜滲透氣壓力調(diào)節(jié)器92組成。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是通過5、9、15、16、41、42、43、44，控制進氣端氣體的溫度、壓力和流量，控制出氣端的氣體純度與流量，從而可獲得不同純度的甲烷與二氧化碳，以滿足不同民用及工業(yè)需求。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是只是一級膜塊組件工作，73、74可以直接作為產(chǎn)品氣，或者73作為產(chǎn)品氣，74作回流氣。
8.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是二級膜塊組件都工作，73可以直接作為產(chǎn)品氣，74作為二級膜原料氣，則75、76可直接作為產(chǎn)品氣，或者75直接作為產(chǎn)品氣，76作為回流氣。
9.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是二級膜塊組件都工作，74可以直接作為產(chǎn)品氣，73作為二級膜原料氣，則75、76可直接作為產(chǎn)品氣，或者76直接作為產(chǎn)品氣，75作為回流氣。
10.根據(jù)權利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是原料沼氣中氨的含量彡lOOppm。
全文摘要
本發(fā)明名稱是一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，所屬技術領域為生物質(zhì)能源。該裝置是一種沼氣純化處理設備，其創(chuàng)新之處在于，利用多個單元膜組件并聯(lián)構成單元膜組塊，膜組塊間通過串聯(lián)組成多級膜組塊，再通過壓力調(diào)節(jié)器、可控溫加熱裝置和氣體管路控制轉(zhuǎn)換裝置，對進入膜組件氣體的壓力、溫度與流量進行控制，實現(xiàn)沼氣中甲烷與二氧化碳的不同純度高品質(zhì)分別分離純化與回收。利用本裝置可以將甲烷含量最高提高至98％，二氧化碳含量也可提高至95％以上。該裝置整體也可以設置在可移動的撬板上，以備方便快捷使用。
文檔編號B01D53/22GK102872684SQ201110366049
公開日2013年1月16日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權日2011年11月17日
發(fā)明者梁素鈺, 劉濱凡, 田松巖, 劉鐵男, 李二平, 王文帆, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:黑龍江省森林工程與環(huán)境研究所