CN103013601A - 沼气提纯冷水系统以及工艺 - Google Patents

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本发明公开了一种沼气提纯冷水系统，包括通过管路依次连接的吸收塔、一级解析塔、二级解析塔、冷水机组和工艺水泵，还包括冷水罐和循环水泵，冷水罐的一侧设有常温工艺水管口和低温工艺水管口；二级解析塔下侧设有两个出水口；二级解析塔的其中一个出水口通过管路依次与循环水泵、冷水机组以及冷水罐的低温工艺水管口连接，二级解析塔的另一出水口通过管路直接与冷水罐的常温工艺水管口连接；冷水罐的另一侧设有出水管口，所述出水管口通过管路与工艺水泵连接，工艺水泵与吸收塔上侧入口连接。本发明大大降低了冷水机组的负荷，达到减少运行成本的效果。本发明的工艺是基于沼气提纯工程，选用的冷水机投资小、运行费用低、设备损耗小，并且安全有效，系统运行可靠，符合节能降耗的要求。

Description

沼气提纯冷水系统以及工艺
技术领域
本发明涉及沼气提纯净化中水系统领域，具体是涉及一种沼气提纯中冷冻水混合系统以及工艺。
背景技术
现有冷冻水工艺是从吸收塔完成吸收后，水系统采用循环水系统。如图1所示，在吸收塔1完成吸收后，洗涤液从吸收塔1塔底去往一级解析塔2。经过一级解析的洗涤液减压至常压后进入二级解析塔3。工艺水在二级解析塔3中解析后经工艺水泵4加压后进入冷水机组5冷却至8℃后再打入吸收塔1，完成整个水系统的循环。由于水路压力较高，流量较大，所以配套使用的冷水机组5要求较高，其成本相应较高。
由于沼气提纯流程中工艺水的特殊性：流量大、温差小，其工艺并不适合标配备准冷水机组，而是只能定制非标冷水机组。这就存在设备费用高、需频繁开停机、设备损耗大等缺点。
沼气提纯是利用甲烷和二氧化碳在洗涤液中的溶解度不同，在一定的操作条件下在吸收塔用洗涤液将二氧化碳吸收，经过两级解析将洗涤液中的二氧化碳释放，洗涤液返回吸收塔完成循环。目前用于沼气提纯的水混合装置一般采用水泥池。但这样的办法容易导致工艺循环水里面混进固体杂质，可能会导致不必要的故障或停车，也不利于工艺循环水温度的控制，会导致冷水机组的负荷加大，能耗增加；并且工艺循环水温度不容易控制，也会导致对各气体组分的溶解度不容易控制，造成成品气的纯度不稳定。
沼气提纯工艺中，水温对产品纯度的影响很大，要求工艺循环水水温度变化小，并且对工艺循环水的流量也需要很大，这就使得对温度的控制要求很高，用冷水罐结构，加外保温层，可以更容易实现对水温的控制。只是该工艺不适合采用标准配备冷水机组，只能定制非标冷水机组，这就导致设备费用大大提高，如果水温不稳定，会造成频繁开停机，设备损耗大。
而使用冷水罐结构，容易保持产品纯度稳定和系统运行稳定，节省运行成本。所以在沼气提纯净化装置中，冷水罐是系统的关键设备，设计的好坏决定着整套提纯净化装置的性能。冷水罐冷热水混合不均匀时，冷水机组就会消耗更大的能量，提高了运行成本。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种沼气提纯冷水系统及工艺，降低冷水机组的负荷，减少运行成本。
本发明的技术方案是： 
沼气提纯冷水系统，包括通过管路依次连接的吸收塔、一级解析塔、二级解析塔、冷水机组和工艺水泵，还包括冷水罐和循环水泵，冷水罐的一侧设有常温工艺水管口和低温工艺水管口；二级解析塔下侧设有两个出水口；二级解析塔的其中一个出水口通过管路依次与循环水泵、冷水机组以及冷水罐的低温工艺水管口连接，二级解析塔的另一出水口通过管路直接与冷水罐的常温工艺水管口连接；冷水罐的另一侧设有出水管口，所述出水管口通过管路与工艺水泵连接，工艺水泵与吸收塔上侧入口连接。
所述冷水罐包括筒体和连接在筒体左右两端的封头，左端封头上设有常温工艺水管口和低温工艺水管口，右端封头设有出水管，所述筒体中部竖向设有两块以上的折流板，所述的折流板从左向右依次设置，相邻折流板的间距为筒体总长度的20%～40%，所述折流板包括第一折流板和第二折流板，所述第一折流板为所述折流板中最左侧的折流板；所述第一折流板位于冷水罐底部，第一折流板高度为筒体直径的1/2~2/3，位于筒体底部的折流板底部设有过水孔；所述第二折流板位于筒体的中部，第二折流板的高度为筒体直径的1/3~1/2。
所述第一折流板高度为筒体直径的2/3，第二折流板的高度为筒体直径的1/2。
所述筒体中部竖向设的折流板的面积依次变小。
所述筒体上包裹有保温层。
沼气提纯冷冻水工艺，采用循环水系统，洗涤液在吸收塔完成吸收后，从吸收塔塔底去往一级解析塔，经过一级解析的洗涤液减压至常压后进入二级解析塔，在二级解析塔中解析的工艺水分为两部分，其中一部分自流至冷水罐，这一部分工艺水分称为自流工艺水：另一部分经冷水机组冷却，称为冷冻工艺水，自流工艺水和冷冻工艺水在冷水罐中混合后将温度降低到预定温度，然后经工艺水泵完成冷冻水的循环，出冷水罐的水经工艺水泵经打入吸收塔，完成整个水系统的循环。
二级解析塔中解析的工艺水流向冷水罐和冷水机组的流量比例分别为：自流工艺水占50%-90%，冷冻工艺水占10%-50%。
自流工艺水占70%-90%。
所述预定温度的温度范围为0-40℃。
所述二级解析塔的操作压力为0-0.6Mpa。
本发明大大降低了冷水机组的负荷，达到减少运行成本的效果。本发明的工艺是基于沼气提纯工程，选用的冷水机投资小、运行费用低、设备损耗小，并且安全有效，系统运行可靠，符合节能降耗的要求。
使用冷水罐工艺与不使用冷水罐工艺相比，使用冷水罐工艺更有利于保证产品技术指标，同时也降低了冷水机组能耗，大量节约了运行成本。采用使用冷水罐工艺，在科学性、先进性比以往均有提高，为今后在沼气提纯净化工艺提供了一种更稳定的技术，针对目前国内的大量沼气提纯净化设备市场有着广阔的应用空间。
本发明的冷水罐的优点如下：
1、以前使用的是地下结构的混凝土储水池，混凝土储水池无法移动，调整不方便。本发明是地上结构，使用不锈钢或碳钢（加内防腐层），移动方便。
2、混凝土储水池保温效果差，水温不容易控制。本发明外层加上保温层，热损失小，水温易控制。
3、混凝土储水池容易混入固体颗粒。本发明是全封闭结构，外界杂质不会混入工艺循环水。
4、本发明的冷水罐内加三层折流板，使工艺循环水更加充分混合。
本发明的冷水罐分常温工艺水管口（工艺管）和低温工艺水管口，让温度不同的水在冷水罐中充分混合，将温度降低到预定的温度。这样就大大降低了冷水机组的负荷，达到减少运行成本的效果。 
经过冷水罐的缓冲，也达到调节工艺系统内水流量稳定的作用。从而使水泵和冷水机组等动设备的运行更加稳定，减少故障发生，延长设备寿命。
本发明的冷水机组为定制标准冷水机组。传统冷水机组的特点为大温差、小流量。而对于沼气提纯中使用的冷水机组的要求为小温差、大流量，因此无法使用标准冷水机组，就需要定制非标准冷水机组。
在二级解析塔中解析的工艺水分为两部分，一部分自流至冷水罐，这一部分工艺水称为自流工艺水：另一部分经冷水机组冷却，称之为冷冻工艺水。两部分的比例分配为：50%-90%自流至冷水罐（优选的比例为70%-90%），10%-50%去冷水机组。自流工艺水和冷冻工艺水在冷水罐中混合将温度降低到预定的温度。相比以前的工艺，以前的工艺只有一路直接送入吸收塔工艺水，功耗大，且不能满足要求，本发明将工艺水分为两部分然后送入冷水罐混合，冷水罐送出的水的温度可以满足生产的要求。
附图说明
图1是现有工艺的示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是冷水罐的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明包括通过管路依次连接的吸收塔1、一级解析塔2、二级解析塔3，还包括冷水罐6、循环水泵7、冷水机组5，二级解析塔3下侧设有两个出水口；冷水罐6的左侧设有常温工艺水管口64和低温工艺水管口65，冷水罐6的右侧设有出水管口。二级解析塔3的其中一出水口通过管路与循环水泵7、冷水机组5以及冷水罐6的低温工艺水管口65连接，二级解析塔3的另一出水口通过管路直接与冷水罐6的常温工艺水管口64连接。冷水罐6右侧的出水管口通过管路与工艺水泵4连接，工艺水泵4与吸收塔1上侧入口连接。
本发明水系统采用循环水系统，在吸收塔1完成吸收后，洗涤液从吸收塔1塔底去往一级解析塔2。经过一级解析的洗涤液减压至常压后进入二级解析塔3，二级解析塔3的操作压力为0-0.6Mpa。在二级解析塔3中解析的工艺水分为两部分，一部分自流至冷水罐6，这一部分工艺水分称为自流工艺水：另一部分经冷水机组冷却，称之为冷冻工艺水。两部分的比例分配为：50%-90%自流至冷水罐6（优选的比例为70%-90%），10%-50%去冷水机组5。自流工艺水和冷冻工艺水在冷水罐6中混合后将温度降低到预定的温度。然后经工艺水泵4完成冷冻水的循环。出冷水罐6的水经工艺水泵4经打入吸收塔1，完成整个水系统的循环。
如图3所示，冷水罐6为卧式常压容器，采用不锈钢或碳钢（加内防腐层），内部设置折流板。冷水罐使用卧式常压容器的标准设计，采用圆筒加椭圆形封头结构，
冷水罐6包括筒体61和连接在筒体左右两端的左端封头62、右端封头63，左端封头62上设有进水的常温工艺水管口64和低温工艺水管口65，右端封头63设有出水管66。
筒体61上部设置检修人孔和排气口，底部设置排污口，筒体61左右两端分别设置液位计。折流板的数量根据筒体61的大小设定2～5块，相邻折流板的间距为筒体61总长度的20%～40%。折流板包括从左向右竖向设置的第一折流板67、第二折流板68、第三折流板69。
第一折流板67位于筒体1底部，高度为筒体61直径的2/3；第二折流板68位于筒体61中部，高度为筒体61直径的1/2；第三折流板69的面积小于第二折流板68，其他折流板依次排列，面积依次减小。位于筒体1底部的折流板（如第一折流板67、第三折流板69）底部设有过水孔，以保证每个折流板所隔的空间都有水。使冷水和热水经过折流后充分混合，保证温度的平稳。
相对于水泥池的结构，冷水罐是可移动结构，对于安装和布局都更加容易。冷水罐外加保温层，更有利于水温的控制。
冷水罐6内部设置三层折流板，使冷水和热水经过折流后充分混合，保证温度的平稳。可以让温度不同的水在冷水罐6中充分混合，将温度降低到预定的温度。经冷水机组降低到预定的温度，预定温度的范围为0-40℃。大大降低了冷水机组5的负荷，达到减少运行成本的效果。
经过冷水罐6的缓冲，也达到调节工艺系统内水流量稳定的作用。从而使各水泵和冷水机组6等动设备的运行更加稳定，减少故障发生，延长设备寿命。
本发明的实际实施例：
在40000N m3/d沼气提纯中，需要20万大卡冷水机，标准的冷水机组冷冻水进出口温度12/7℃，蒸发器水流量为40m3/h，而40000N m3/d沼气提纯中工艺水流量为135 m3/h，所需温差为1℃。标准的冷水机组不能满足需要，因此定制制冷量为20万大卡、蒸发器水流量为40m3/h、冷冻水进出口温差为1℃的冷水机。在40000N m3/d沼气提纯中， 95 m3/h的工艺水通过二级解析塔3底部自流入冷水罐6，40m3/h的工艺水由循环水泵7将其先送入冷水机组5，然后进入冷水罐6与之混合。

Claims (10)

1.沼气提纯冷水系统，包括通过管路依次连接的吸收塔、一级解析塔、二级解析塔、冷水机组和工艺水泵，其特征在于：还包括冷水罐和循环水泵，冷水罐的一侧设有常温工艺水管口和低温工艺水管口；二级解析塔下侧设有两个出水口；二级解析塔的其中一个出水口通过管路依次与循环水泵、冷水机组以及冷水罐的低温工艺水管口连接，二级解析塔的另一出水口通过管路直接与冷水罐的常温工艺水管口连接；冷水罐的另一侧设有出水管口，所述出水管口通过管路与工艺水泵连接，工艺水泵与吸收塔上侧入口连接。
2.根据权利要求1所述的沼气提纯冷水系统，其特征在于：所述冷水罐包括筒体和连接在筒体左右两端的封头，左端封头上设有常温工艺水管口和低温工艺水管口，右端封头设有出水管，所述筒体中部竖向设有两块以上的折流板，所述的折流板从左向右依次设置，相邻折流板的间距为筒体总长度的20%～40%，所述折流板包括第一折流板和第二折流板，所述第一折流板为所述折流板中最左侧的折流板；所述第一折流板位于冷水罐底部，第一折流板高度为筒体直径的1/2~2/3，位于筒体底部的折流板底部设有过水孔；所述第二折流板位于筒体的中部，第二折流板的高度为筒体直径的1/3~1/2。
3.根据权利要求2所述的沼气提纯冷水系统，其特征在于：所述第一折流板高度为筒体直径的2/3，第二折流板的高度为筒体直径的1/2。
4.根据权利要求2所述的沼气提纯冷水系统，其特征在于：所述筒体中部竖向设的折流板的面积依次变小。
5.根据权利要求2或3所述的沼气提纯冷水系统，其特征在于：所述筒体上包裹有保温层。
6.采用权利要求1~5所述沼气提纯冷水系统的沼气提纯冷冻水工艺，其特征在于：采用循环水系统，洗涤液在吸收塔完成吸收后，从吸收塔塔底去往一级解析塔，经过一级解析的洗涤液减压至常压后进入二级解析塔，在二级解析塔中解析的工艺水分为两部分，其中一部分自流至冷水罐，这一部分工艺水分称为自流工艺水：另一部分经冷水机组冷却，称为冷冻工艺水，自流工艺水和冷冻工艺水在冷水罐中混合后将温度降低到预定温度，然后经工艺水泵完成冷冻水的循环，出冷水罐的水经工艺水泵经打入吸收塔，完成整个水系统的循环。
7.如权利要求6所述的沼气提纯冷冻水工艺，其特征在于：二级解析塔中解析的工艺水流向冷水罐和冷水机组的流量比例分别为：自流工艺水占50%-90%，冷冻工艺水占10%-50%。
8.如权利要求7所述的沼气提纯冷冻水工艺，其特征在于：自流工艺水占70%-90%。
9.如权利要求6或7所述的沼气提纯冷冻水工艺，其特征在于：所述预定温度的温度范围为0-40℃。
10.如权利要求6或7所述的沼气提纯冷冻水工艺，其特征在于：所述二级解析塔的操作压力为0-0.6Mpa。
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