CN102206522B - 沼气脱水装置及沼气脱水工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种沼气脱水装置，包括：冷凝器，所述冷凝器具有冷凝器入口和冷凝器出口；疏水器，所述疏水器具有疏水器进口、疏水器出水口和疏水器出气口，其中所述疏水器进口与所述冷凝器出口相连；和气水分离器，所述气水分离器具有入口、沼气出口和出水口，其中所述分离器入口与所述疏水器出气口相连。本发明还公开一种沼气脱水工艺，包括以下步骤：利用冷凝器对所述沼气进行降温以使沼气中的蒸汽变为冷凝水；使沼气与冷凝水通过疏水器进行一级脱水以分离沼气和冷凝水；利用气水分离器对与冷凝水分离后的沼气进行二级脱水以进一步分离出沼气中的蒸汽。本发明通过对沼气进行两级脱水，即一级冷凝脱水和二级离心脱水，达到良好脱水效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种沼气脱水装置及一种沼气脱水工艺。
背景技术
为有效地应对气候变化、满足日益增长的能源需求，未来的能源结构、利用方式正在产生深刻的变革。开发清洁能源、提高能源效率，促进节约能源、减少排放，正成为各国的新目标。
沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用而生成的一种可燃性气体，与其他可燃气体相比，沼气具有良好的抗爆性与耐腐性。沼气的热值为5500-5800大卡/立方米，其主要可燃成份是甲烷CH4。沼气是从水中分离出来的水蒸气饱和气体，所以它的含水率相对较高。例如在中温35℃运行的沼气池，沼气的含水量为40g/m3，当冷却到20℃时，沼气中的含水量减少到19g/m3。也就是说每立方米沼气在从35℃冷却到20℃的过程中会有21g的冷凝水析出。冷凝水会造成管路堵塞等问题，给用户造成使用不便。因此，在应用之前我们还必须对它进行脱水处理。
传统的沼气脱水普遍采用的是：1、依靠管网对沼气冷却脱水；2、用自制或其它设备依靠气温的变化对沼气冷却脱水。这些措施往往导致系统或设备的脱水效果差，从而又导致沼气应用设备的效率下降。
为此，中国实用新型专利申请ZL200920088326.9提出了一种保温型沼气脱水器，其中在罐体内装填滤网，增加沼气通过时的接触面积，从而使水汽冷凝析出，达到沼气与水汽分离的目的。但是该沼气脱水装置只是在常温下对沼气进行脱水处理，没有充分利用水蒸气遇冷析出的特性，不能在最大程度上实现了气水的分离。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种沼气脱水装置，该沼气脱水装置具有两级脱水的功能，在最大程度上使沼气与水蒸气分离，达到良好的脱水效果。
本发明的另一目的在于提出一种具有两级脱水步骤的沼气脱水工艺。
根据本发明一个方面实施例的沼气脱水装置，包括：冷凝器，疏水器，和气水分离器。
所述冷凝器具有冷凝器入口和冷凝器出口；所述疏水器具有疏水器进口、疏水器出水口和疏水器出气口，其中所述疏水器进口与所述冷凝器出口相连；所述气水分离器具有分离器入口、沼气出口和分离器出水口，其中所述分离器入口与所述疏水器出气口相连。
根据本发明实施例的沼气脱水装置，含有饱和水蒸气的沼气进入冷凝器内，饱和水蒸气遇冷后冷凝析出，经疏水器分离后，液态水被排出，实现了一级脱水；然后沼气进入气水分离器，雾状水粒在气水分离器的内壁上形成液流下落，与沼气分离，实现二级脱水。本装置在最大程度上实现的气水分离，可满足各种沼气应用设备的使用。
另外，根据本发明上述实施例的沼气脱水装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明实施例的沼气脱水装置进一步包括：制冷器，温度检测件，和控制器。
所述制冷器与所述冷凝器相连用于对所述冷凝器进行制冷；所述温度检测件与所述冷凝器相连用于检测所述冷凝器内温度；所述控制器分别与所述温度控制件和所述制冷器相连用于根据所述温度检测件检测的温度控制所述制冷器对所述冷凝器的制冷。由此，可以实现对冷凝器的自动控制，使冷凝器内的温度可以保持在某个设定的值。
根据本发明实施例的沼气脱水装置进一步包括排水器，所述排水器分别与所述疏水器出水口和所述分离器出水口相连。
更具体地，所述疏水器为疏水阀。
由此，能及时排出装置处理过程中产生的液态水。
在本发明的一个实施例中，所述气水分离器为离心式气水分离器。
在本发明的一个实施例中，所述气水分离器为圆锥形容器，所述分离器入口与所述气水分离器的内壁相切。由此，更有利于沼气与气水分离器的内壁接触，形成液流。
在本发明的一个实施例中，在所述疏水器出气口与所述分离器入口之间设有增压泵。由此，增加了沼气进入汽水分离器时的射流速度。
根据本发明另一方面实施例的沼气脱水工艺，包括以下步骤：利用冷凝器对所述沼气进行降温以使沼气中的蒸汽变为冷凝水；使沼气与冷凝水通过疏水器进行一级脱水以分离沼气和冷凝水；利用气水分离器对与冷凝水分离后的沼气进行二级脱水以进一步分离出沼气中的蒸汽。
根据本发明实施例的一种沼气脱水工艺，具有两级脱水步骤，在最大程度上使沼气与水蒸气分离，达到良好的脱水效果。
优选的，可将与冷凝水分离后的沼气进行增压后送入气水分离器进行二级脱水。由此，可以提高二级脱水的效率。
另外，控制所述冷凝器内的温度以使从冷凝器出来的沼气温度恒定。由此，可以巩固一级脱水的效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的沼气脱水装置的示意图；
图2是根据本发明实施例的沼气脱水工艺的流程图；和
图3是根据本发明实施例在恒温条件下的沼气脱水工艺的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
此外，需要理解的是，在本发明的描述中，诸如冷凝器入口、冷凝器出口、分离器入口、沼气出口等的开口应做广义理解，例如也可以是指一段管。
下面参考附图描述根据本发明实施例的沼气脱水装置。
如图1所示，根据本发明一个实施例的沼气脱水装置，包括冷凝器1，疏水器2，和气水分离器3。
冷凝器1具有冷凝器入口11和冷凝器出口12。疏水器2具有疏水器进口21、疏水器出水口22和疏水器出气口23，其中疏水器进口21与冷凝器出口12相连。气水分离器3具有分离器入口31、沼气出口32和分离器出水口33，其中分离器入口31与疏水器出气口23相连。
根据本发明实施例的沼气脱水装置，在对含水沼气进行脱水作业时，含有饱和水蒸气的沼气从冷凝器入口11进入冷凝器1内，饱和水蒸气遇冷后从气态冷凝为液态，形成雾状水粒或凝结为液流，然后沼气和液态水从冷凝器出口12离开冷凝器1，经疏水器进口21进入疏水器2，经疏水器2进行气水分离，液态水从疏水器出水口22流出，沼气从疏水器出气口23流出，实现一级脱水。而后，沼气经气水分离器入口31进入气水分离器3内，沼气在气水分离器3内形成气旋，密度较大的雾状水粒在气水分离器3的内壁上形成液流，液流从气水分离器出水口33流出，沼气从沼气出口32排出，实现二级脱水。经以上两级脱水处理，含水沼气达到了令人满意的脱水效果。优选的，疏水器5可以为疏水阀。
如图2所示，根据本发明实施例的沼气脱水装置还进一步包括制冷器41，温度检测件42，和控制器43。
制冷器41与冷凝器1相连用于对冷凝器1进行制冷。温度检测件42与冷凝器1相连用于检测冷凝器1内温度。控制器43分别与温度控制件42和制冷器41相连用于根据温度检测件42检测的温度控制制冷器41对冷凝器1的制冷。由此，可以实现对冷凝器1的自动控制，使冷凝器1内的温度可以保持在某个设定的值。例如，可以使冷凝器内的温度保持在4℃。
下面简单描述对根据本发明实施例的沼气脱水装置的冷凝器进行自动控制的过程。
由温度检测件42对冷凝器1内的温度进行检测，当冷凝器1内的温度高于设定值时，温度检测件42向控制器43发出启动指令，控制器43控制制冷器41启动对冷凝器1制冷。当温度检测件42检测到冷凝器1内低于设定值时，温度检测件42向控制器43发出停止指令，控制器43控制制冷器41停止对冷凝器1制冷。重复前述过程。这样就能使冷凝器1内保持相对恒定的较低温度，达到节省能耗的目的。
如图1所示，根据本发明实施例的沼气脱水装置还进一步包括排水器5，排水器5分别与疏水器出水口22和分离器出水口33相连，用于及时排出脱水作业时产生的冷凝水。优选的，排水器5可以为排水阀。
在本发明的一些实施例中，气水分离器3可以为离心式气水分离器。这样，就可以使沼气在所述气水分离器3内更容易地形成气旋，增加了沼气接触气水分离器3内壁的机会，使残留的雾状水粒在内壁上形成液流。优选的，气水分离器3为圆锥形容器，分离器入口31与气水分离器的内壁相切。在本发明的一个具体实施例中，在疏水器出气口23与分离器入口31之间设有增压泵6，由此就可以增加沼气进入汽水分离器3时的射流速度，可以使产生的气旋更为强烈。
下面简单描述根据本发明实施例的沼气脱水装置的操作。
含水沼气从冷凝器入口11进入冷凝器1内，饱和水蒸气遇冷后冷凝析出，沼气和冷凝水从冷凝器出口12离开冷凝器1，由疏水器进口21进入疏水器2，经疏水器2进行气水分离，液态水从疏水器出水口22流出，沼气从疏水器出气口23流出；沼气经增压泵6增压后由气水分离器入口31沿内壁切向位置进入气水分离器3内，形成强烈气旋，残留的雾状水粒与汽水分离器3的内壁接触后形成液流，液态水从气水分离器出水口33流出，沼气从沼气出口32排出，供沼气发电机等应用设备使用。
下面参考附图描述根据本发明实施例的沼气脱水工艺。
如图3所示，根据本发明实施例的沼气脱水工艺，包括以下步骤：首先，利用冷凝器对所述沼气进行降温以使沼气中的蒸汽变为冷凝水。接下来，使沼气与冷凝水通过疏水器进行一级脱水以分离沼气和冷凝水。最后，利用气水分离器对与冷凝水分离后的沼气进行二级脱水以进一步分离出沼气中的蒸汽。
根据本发明实施例的沼气脱水工艺，具有两级脱水步骤，即一级冷凝脱水步骤，二级离心脱水步骤，通过两级脱水步骤，在最大程度上实现了气水的分离，达到良好的脱水效果。
在进行二级脱水前，优选的，可将与冷凝水分离后的沼气进行增压后送入气水分离器进行二级脱水。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，可采用一个控制单元来控制所述冷凝器内的温度以使从冷凝器出来的沼气温度恒定，这样可以使沼气保持较低温度，巩固一级脱水的效果。优选的，所述冷凝器内的温度保持在4℃。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种沼气脱水装置，其特征在于，包括：
冷凝器，所述冷凝器具有冷凝器入口和冷凝器出口；
疏水器，所述疏水器具有疏水器进口、疏水器出水口和疏水器出气口，其中所述疏水器进口与所述冷凝器出口相连；和
气水分离器，所述气水分离器具有分离器入口、沼气出口和分离器出水口，其中所述分离器入口与所述疏水器出气口相连；
进一步包括：
制冷器，所述制冷器与所述冷凝器相连用于对所述冷凝器进行制冷；
温度检测件，所述温度检测件与所述冷凝器相连用于检测所述冷凝器内温度；和
控制器，所述控制器分别与所述温度控制件和所述制冷器相连用于根据所述温度检测件检测的温度控制所述制冷器对所述冷凝器的制冷；
进一步包括排水器，所述排水器分别与所述疏水器出水口和所述分离器出水口相连。
2.根据权利要求1所述的沼气脱水装置，其特征在于，所述疏水器为疏水阀。
3.根据权利要求2所述的沼气脱水装置，其特征在于，所述气水分离器为离心式气水分离器。
4.根据权利要求3所述的沼气脱水装置，其特征在于，所述气水分离器为圆锥形容器，所述分离器入口与所述气水分离器的内壁相切。
5.根据权利要求3所述的沼气脱水装置，其特征在于，在所述疏水器出气口与所述分离器入口之间设有增压泵。
6.一种沼气脱水工艺，其特征在于，包括以下步骤：
利用冷凝器对所述沼气进行降温以使沼气中的蒸汽变为冷凝水，控制所述冷凝器内的温度以使从冷凝器出来的沼气温度恒定；
使沼气与冷凝水通过疏水器进行一级脱水以分离沼气和冷凝水；
利用气水分离器对与冷凝水分离后的沼气进行二级脱水以进一步分离出沼气中的蒸汽。
7.根据权利要求6所述的沼气脱水工艺，其特征在于，将与冷凝水分离后的沼气进行增压后送入气水分离器进行二级脱水。
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