高純度沼氣提純裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種高純度沼氣提純裝置。所述高純度沼氣提純裝置包括能依次流體連通的以下單元：原料沼氣儲(chǔ)氣單元、沼氣增壓單元、脫硫單元、干燥單元、脫碳單元、天然氣增壓單元、加氣單元、固定儲(chǔ)氣單元。所述加氣單元包括能依次流體連通的順序控制盤和加氣柱。所述脫碳單元包括變壓吸附塔組，所述變壓吸附塔組包括第一吸附塔和第二吸附塔，所述第一吸附塔和所述第二吸附塔在高壓下吸附原料沼氣中的二氧化碳，在常壓下將二氧化碳脫吸附，從而將所述二氧化碳從所述原料沼氣中除去。
【專利說明】高純度沼氣提純裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高純度沼氣提純裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)今國際政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、外交關(guān)注的焦點(diǎn)。中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)快速發(fā)展，離不開有力的能源保障。
[0003]目前，生物質(zhì)能源化技術(shù)在我國已經(jīng)得到發(fā)展。利用餐廚垃圾、生活垃圾、秸桿、污泥、垃圾填埋場和垃圾焚燒廠的滲濾液等廢棄物，通過厭氧發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)生沼氣。但是，沼氣本身帶有刺激性臭味，且其主要成分中的甲烷和二氧化碳均為溫室氣體，若不進(jìn)行正確處理將會(huì)對環(huán)境污染造成污染。因此，需要對厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進(jìn)行提純，以降低環(huán)境污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源更高效的利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問題，本實(shí)用新型專利旨在提供一種高純度沼氣提純裝置，來妥善、高效、資源化地對厭氧發(fā)酵生成的沼氣進(jìn)行處理。
[0005]所述高純度沼氣提純裝置，包括能依次流體連通的以下單元:原料沼氣儲(chǔ)氣單元、沼氣增壓單元、脫硫單元、干燥單元、脫碳單元、天然氣增壓單元、加氣單元、固定儲(chǔ)氣單元。其中，所述加氣單元包括能依次流體連通的順序控制盤、加氣柱。所述脫碳單元包括變壓吸附塔組，所述變壓吸附塔組包括第一吸附塔和第二吸附塔，所述第一吸附塔和所述第二吸附塔在高壓下吸附原料沼氣中的二氧化碳，在常壓下將二氧化碳脫吸附，從而將所述二氧化碳從所述原料沼氣中除去。
[0006]上述高純度沼氣提純裝置還可以包括PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)，用于控制所述沼氣提純裝置的自動(dòng)化操作。
[0007]利用本實(shí)用新型的高純度沼氣提純裝置，能夠高效地除去沼氣中的二氧化碳、硫化氫等雜質(zhì)，最終得到高純度天然氣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)【具體實(shí)施方式】的高純度沼氣提純裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是變壓吸附脫碳流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型一個(gè)【具體實(shí)施方式】的高純度沼氣提純裝置進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0011]如圖1所示，上述沼氣提純裝置包括以下能順序流體連通的單元:原料沼氣儲(chǔ)氣單元1、沼氣增壓單元2、脫硫單元3、干燥單元4、脫碳單元5、天然氣增壓單元6、加氣單元7?8、和固定儲(chǔ)氣單元9。[0012]原料沼氣儲(chǔ)氣單元I用于儲(chǔ)存原料沼氣，可以是沼氣儲(chǔ)罐。
[0013]沼氣增壓單元2用于壓縮所述原料沼氣以提升壓力，可以是壓縮機(jī)，本【具體實(shí)施方式】中采用全無油活塞往復(fù)沼氣壓縮機(jī)，負(fù)荷為45kW。
[0014]脫硫單元3用于除去所述原料沼氣中的含硫雜質(zhì)。脫硫單元包括初級(jí)脫硫塔和深度脫硫塔，初級(jí)脫硫塔采用濕法脫硫，深度脫硫塔采用干法脫硫，塔內(nèi)填充用作脫硫劑的氧化鐵，原料沼氣通過塔層時(shí)與脫硫劑充分接觸，從而脫去硫化氫等含硫雜質(zhì)。
[0015]干燥單元4用于對所述原料沼氣進(jìn)行干燥，其可以是組合吸干機(jī)，將冷凍干燥和吸附干燥相結(jié)合，吸附干燥的吸附劑可以是活性氧化鋁或分子篩，其對水分子的吸引力隨著溫度和壓力而改變。
[0016]脫碳單元5主要用于除去所述原料沼氣中的二氧化碳，可以是變壓吸附塔組，該變壓吸附塔組可以集成在集裝箱中。變壓吸附塔組的氣體處理量可以在一定的范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)，該范圍優(yōu)選為變壓吸附塔預(yù)定處理量的50-120%的范圍，這樣能滿足沼氣提純裝置進(jìn)氣量變化的要求。
[0017]天然氣增壓單元6可以是多級(jí)天然氣增壓機(jī)，用于提升提純后的沼氣壓力，從而得到符合天然氣技術(shù)指標(biāo)要求的壓縮天然氣(以下稱為產(chǎn)品氣)。
[0018]加氣單元包括順序控制盤7和加氣柱8。順序控制盤7可以實(shí)現(xiàn)按高壓、中壓、低壓順序向固定儲(chǔ)氣單元9充氣。通過加氣單元的控制來將產(chǎn)品氣輸入到固定儲(chǔ)氣單元9，以對產(chǎn)品氣進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸。固定儲(chǔ)氣單元9可以是固定儲(chǔ)氣管束。
[0019]上述沼氣提純裝置還可以設(shè)置有PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，比如西門子PLC控制系統(tǒng)，從而使沼氣提純裝置自動(dòng)運(yùn)行。
[0020]以下對利用上述裝置提純沼氣的過程進(jìn)行說明。
[0021]第一步，對原料沼氣進(jìn)行增壓。沼氣進(jìn)入沼氣增壓單元2 (例如，沼氣壓縮機(jī))，壓縮后的沼氣壓力提升到0.5MPa，且沼氣中的大部分水分由于冷凝而析出，冷凝水通過沼氣增壓單元2內(nèi)置的排水管道而排出。
[0022]第二步，對沼氣進(jìn)行脫硫處理。通過沼氣增壓單元2后的沼氣進(jìn)入脫硫單元3。35°C的沼氣以6.9Nm3/min的流速進(jìn)入脫硫單元中的初級(jí)脫硫塔,在初級(jí)脫硫塔中，通過濕法脫硫工藝將沼氣中的硫化氫含量從2000ppm降至200ppm左右。初步脫硫后的沼氣進(jìn)入深度脫硫塔，深度脫硫塔內(nèi)填充有氧化鐵脫硫劑。深度脫硫工藝可以采用一級(jí)干法脫硫，沼氣通過塔層時(shí)與脫硫劑充分接觸，從而除去硫化氫等含硫雜質(zhì)，硫化氫的含量從200ppm減少到15ppm以下。
[0023]上述脫硫劑可以是氧化鐵，用于吸收沼氣中的H2S (硫化氫)。H2S在活性氧化鐵表面的水膜中離解成H+和S2_后，再進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，脫硫工藝中產(chǎn)生的硫化鐵可以被空氣氧化再生，生成氧化鐵和單質(zhì)S。反應(yīng)原理如下。
[0024]Fe2O3.H20+3H2S — Fe2S3.H20+3H20 (I)
[0025]Fe2S3.H20+3/202 — Fe2O3.H2O +3S (2)
[0026]氧化鐵干法脫硫工藝為不可逆的化學(xué)吸附脫硫，可在短短數(shù)秒鐘將沼氣中的硫化氫濃度降至要求濃度。
[0027]第三步，對沼氣進(jìn)行深度干燥。經(jīng)過脫硫后的沼氣以6.9Nm3/min的流量進(jìn)入干燥單元4，除去沼氣中的微量水分。干燥單元4可以是組合吸干機(jī)，將冷凍干燥和吸附干燥相結(jié)合，吸附干燥的吸附劑可以是活性氧化鋁或分子篩，其對水分子的吸引力隨著溫度和壓力而改變。通過冷凍干燥將沼氣中約80%的水除去，冷凍干燥后的沼氣進(jìn)行吸附干燥，達(dá)到低露點(diǎn)_13°C。
[0028]第四步，對沼氣進(jìn)行脫碳處理。在脫碳單元5中進(jìn)行脫碳處理。脫碳單元5可以是集成在一個(gè)集裝箱中的變壓吸附塔組，其實(shí)際的氣體處理量可在預(yù)定處理量509^120%的范圍之間自由調(diào)節(jié)，從而滿足整個(gè)沼氣提純裝置進(jìn)氣量變化的需要。脫硫后的沼氣以
6.9Nm3/min的流速進(jìn)入變壓吸附塔組。在吸附塔組吸附功能再生(即，吸附劑解吸)過程中，通過負(fù)荷為22kW、規(guī)格為400m3/h的水環(huán)式真空泵來進(jìn)行真空解吸，利用水作為潤滑和冷卻介質(zhì)，從而保證上述沼氣提純裝置的安全性和可靠性。
[0029]在常溫下進(jìn)行沼氣的變壓吸附，通過變壓吸附，除去了沼氣中大量的二氧化碳以及其它雜質(zhì)。二氧化碳在高壓下被吸附劑吸附，在常壓下脫吸附，這樣可以將脫附的二氧化碳回收再利用，從而降低潛在的溫室效應(yīng)。
[0030]變壓吸附后沼氣中二氧化碳的含量< 3%，甲烷的含量> 95%。沼氣經(jīng)變壓吸附提純后，以4.16Nm3/min的流速產(chǎn)出天然氣。
[0031]第五步，對提純后的沼氣增壓。在天然氣增壓單元6中對第三步得到的天然氣進(jìn)行壓縮。天然氣增壓單元6可以是天然氣增壓機(jī)，負(fù)荷為75kW。天然氣經(jīng)過多級(jí)增壓，壓力提升至25MPa，最后得到壓縮天然氣(以下稱為產(chǎn)品氣)。產(chǎn)氣量為4.16Nm3/min，達(dá)到GB17820-2012《天然氣》和GB18047-2000《車用壓縮天然氣中》的天然氣技術(shù)指標(biāo)。
[0032]第六步，儲(chǔ)存和運(yùn)輸產(chǎn)品氣。產(chǎn)品氣通過加氣單元，經(jīng)加氣單元中的順序控制盤7和加氣柱8的控制，進(jìn)入 固定儲(chǔ)氣單元9儲(chǔ)存。
[0033]脫碳單元采用變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA)工藝來分離沼氣中的不同氣體。吸附劑可以是活性炭、硅膠、碳分子篩等多孔性固體材料。變壓吸附技術(shù)脫碳的原理是利用吸附劑對不同吸附質(zhì)的選擇性和吸附劑對吸附質(zhì)的吸附容量隨壓力變化而有差異的特性，在高壓下吸附沼氣中的雜質(zhì)組分二氧化碳，在常壓下再將二氧化碳脫附，從而使吸附劑再生，實(shí)現(xiàn)變壓吸附循環(huán)。循環(huán)為兩塔工作循環(huán)。整個(gè)操作過程均在環(huán)境溫度下進(jìn)行。為了實(shí)現(xiàn)對沼氣更好的提純效果，提高產(chǎn)品氣的純度，此實(shí)用新型中的變壓吸附塔的高徑比(塔高和塔徑的比)為8，即H/D=8。
[0034]以下將對變壓吸附脫碳的過程進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。變壓吸附脫碳的過程具體包括以下四個(gè)步驟，在圖2所示的塔A (第一吸附塔)和塔B (第二吸附塔)中循環(huán)進(jìn)行.[0035]第一步，高壓吸附。原料沼氣通過圖2中所示的吸附塔A加壓到吸附壓力0.5MPa，輕質(zhì)氣體甲烷迅速通過塔層，富集在出氣口端，而二氧化碳由于容易被吸附，在塔層內(nèi)以相對較慢的速度移動(dòng)，因此混合氣體在吸附塔內(nèi)得到分離。當(dāng)二氧化碳即將達(dá)到出氣口端時(shí)，停止進(jìn)氣，進(jìn)行下一步操作。
[0036]第二步，并流均壓。吸附塔A在完成吸附后進(jìn)行并流均壓，吸附塔內(nèi)壓力從吸附壓力即0.5MPa降到0.25MPa，而已完成再生的吸附塔B內(nèi)的壓力從常壓升高到0.25MPa。
[0037]第三步，再生吸附。吸附塔A在完成均壓后，打開出氣口閥門，與大氣相通以將塔內(nèi)的氣體排出，并從進(jìn)氣口引入惰性氣體進(jìn)行吹掃。此時(shí)，塔內(nèi)的壓力略高于大氣壓，吸附劑吸附的二氧化碳從吸附劑上脫附，被惰性氣體等吹掃氣帶走，從而完成吸附劑的再生，再生的時(shí)間與吸附時(shí)間相同。此時(shí)，另一吸附塔B開始高壓吸附二氧化碳。[0038]第四步，并流均壓。當(dāng)吸附塔A完成再生，且吸附塔B達(dá)到吸附飽和后，兩塔再次進(jìn)行并流均壓，這樣就完成一個(gè)變壓吸附循環(huán)。
[0039]與水洗法、膜分離法以及化學(xué)吸收法相比，利用變壓吸附法來提純沼氣具有如下優(yōu)點(diǎn):(I)脫碳過程無需加熱，降低了能耗；(2)無需添加化學(xué)藥劑，對設(shè)備無腐蝕；(3)變壓吸附過程無環(huán)境污染物產(chǎn)生；(4)相比化學(xué)試劑，變壓吸附吸附劑的使用周期長，一般十年以上。
[0040]對原料沼氣以及利用上述沼氣提純裝置提純后的產(chǎn)品氣進(jìn)行檢測，結(jié)果如表1所
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[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種高純度沼氣提純裝置，包括能依次流體連通的以下單元:原料沼氣儲(chǔ)氣單元(I)、沼氣增壓單元(2)、脫硫單元(3)、干燥單元(4)、脫碳單元(5)、天然氣增壓單元(6)、加氣單元、固定儲(chǔ)氣單元(9)，其中， 所述加氣單元包括能依次流體連通的順序控制盤(7)、加氣柱(8)； 所述脫碳單元包括變壓吸附塔組，所述變壓吸附塔組包括第一吸附塔和第二吸附塔，所述第一吸附塔和所述第二吸附塔在高壓下吸附原料沼氣中的二氧化碳，在常壓下將二氧化碳脫吸附，從而將所述二氧化碳從所述原料沼氣中除去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純度沼氣提純裝置，其特征在于，還包括PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)，用于控制所述沼氣提純裝置的自動(dòng)化操作。
【文檔編號(hào)】C10L3/10GK203728792SQ201420091761
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】朱牧, 何穎, 劉志杰, 劉東偉, 韓劍輝 申請人:上海富誠環(huán)保科技有限公司