CN103900346A - 一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于沼气提纯再利用技术领域，具体是一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法及装置。本发明的具体步骤包括经预处理后的沼气进入压缩机，压缩后的沼气经冷却器冷却，冷干机除水后进入过滤器；再加热后，进入膜分离甲烷提纯设备，根据工况不同，可采用单级膜组分离或双级膜组分离，膜组产生的渗余气即为车用天然气。渗透气(少量甲烷和多量二氧化碳气体)被气源热泵设备冷却后回流到膜组进气端。气源热泵设备的冷凝器与水换热，水吸收热量被加热，输送到沼气池中，供沼气发酵保温使用。

Description

一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法及装置

技术领域

本发明属于沼气提纯再利用技术领域，具体是一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法及装置。

背景技术

膜分离沼气提纯技术具有分离效率高、能耗低、设备简单、工艺适应性强等特点。近年来，该项技术获得了广泛应用。膜分离沼气提纯装置在国外已有不少成功案例。在国内，此装置多处于为小型试验阶段，少见工业案例。在膜分离沼气提纯技术中，膜组产生的渗透气(少量甲烷和多量二氧化碳气体)一般排放至大气。对于沼气池的加热保温方法，一般采用锅炉、电加热、太阳能等，需要外界大量的能源热量。对于膜分离沼气提纯中如何提高甲烷的回收率，同时如何综合利用系统能源的研究，在现阶段还没有相关技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法及装置。

一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法，包括以下步骤：

A、经预处理后的沼气进入压缩机，压缩后的沼气经冷却器冷却，冷干机除水后进入过滤器；

B、加热后，进入膜分离甲烷提纯设备，根据工况不同，采用膜组分离，膜组分离产生的渗余气即为车用天然气；

C、采用气源热泵设备将渗透气(少量甲烷和多量二氧化碳气体)冷凝，渗透气中二氧化碳被冷凝成液态二氧化碳产品排出，冷凝后的渗透气作为冷介质和系统中的换热器进行热交换，换热后的渗透气从膜分离甲烷提纯设备的前端再次进入提纯系统。

优选的，步骤B中，所述的膜组分离包括单级膜组分离，单级膜组分离是由一级膜组产生车用天然气。

所述的膜组分离还包括双级膜组分离，双级膜组分离是由一级膜组和二级膜组共同作用产生车用天然气。

一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化装置，包括压缩设备、膜分离设备、气源热泵设备、中央控制设备，所述的中央控制设备分别控制压缩设备、膜分离设备、气源热泵设备的运转。

优选的，所述的气源热泵设备是以二氧化碳为工质，经二氧化碳压缩机压缩后，高温高压的二氧化碳进入冷凝器与水换热，水吸收热量被加热，输送到沼气池中，供沼气发酵保温使用。

本装置可实现一机多用的功能，在采用膜分离法提纯沼气，得到车用天然气的同时，将膜组产生的渗透气冷凝液化，得到另一产品液化二氧化碳。气源热泵产生的热水可输送到沼气池中，供沼气发酵使用。根据原料沼气中气体的组分及产品气纯度的要求，膜分离系统可选择单级膜分离和双级膜分离工艺，并通过增加或减少膜组根数，来适应沼气气量的波动，工艺适应性强。本装置可将系统产生的冷热能源充分利用，从而达到了节约能源的目的。

附图说明

图1是本发明液化方法的具体流程框图；

图2是本发明单级膜分离示意图；

图3是本发明双级膜分离示意图；

图4是本发明装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和特点更加清楚，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明。在此，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，压缩设备100包括压缩机101、冷却器102；膜分离甲烷提纯设备200包括冷干机201、过滤器202、加热器203、膜组204；后压缩设备300包括压缩机301、冷却器302、脱水设备303；气源热泵设备400包括蒸发器401、CO2压缩机402、冷凝器403、膨胀阀404。

经预处理后的沼气进入压缩机101，压缩后的沼气经后冷却器102冷却，冷干机201除水后进入过滤器202，然后被加热器203加热至适合温度，进入膜组204。根据工况不同，可采用单级膜组分离或双级膜组分离。膜组产生的渗余气即车用天然气。气源热泵系统是以二氧化碳为工质，经二氧化碳压缩机402压缩后，高温高压的二氧化碳进入冷凝器403与水换热，水吸收热量被加热，输送到沼气池中，供沼气发酵保温使用；然后二氧化碳经膨胀阀404膨胀成为低温低压的二氧化碳，经蒸发器401与膜组排放的渗透气换热，渗透气(少量甲烷和多量二氧化碳气体)被冷却，渗透气中二氧化碳被冷凝成液态二氧化碳产品排出，冷凝后的渗透气作为冷介质系统中的换热器进行热交换，换热后的渗透气从膜分离前端再次进入提纯系统。

如图2所示，是本发明的单级膜分离示意图，单级膜组分离是由一级膜组产生车用天然气。

如图3所示，是本发明的双级膜分离示意图，双级膜组分离是由一级膜组和二级膜组共同作用产生车用天然气。

如图4所示，一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化装置，包括：压缩设备100、膜分离设备200、后压缩设备300、气源热泵设备400。其中，膜分离设备200产生车用天然气。

本发明的沼气提纯后产品气中甲烷的浓度不小于96％；由于膜组渗透气经气源热泵液化后再回流到了系统中，使得甲烷回收率可达到99％；气源热泵中冷凝器中的水可被加热到90℃，为沼气池的发酵保温提供热量。

整套系统实现了能源的综合利用。其一，压缩机润滑油产生的热量可以作为膜组前加热器的热源；其二，膜组渗透气经冷凝后的温度达到-30℃左右，可作为冷介质与系统中冷干机，压缩机后冷却器的进行换热；其三，气源热泵系统冷凝器产生的热水可达到90℃，能为系统前端沼气池的发酵保温提供热量。

本装置可将沼气净化提纯，使净化气达到车用天然气的标准。同时本装置采用了气源热泵系统，既可以生产出液态二氧化碳，又可以将膜组渗透气中的甲烷回流到系统中，大大提高了装置的甲烷回收率。同时吸收系统余热用于CO2热泵工质的制冷循环，热泵产生的热量输送至沼气池用于发酵保温，综合利用了系统产生的冷热能源。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、经预处理后的沼气进入压缩机，压缩后的沼气经冷却器冷却，冷干机除水后进入过滤器；

B、加热后，进入膜分离甲烷提纯设备，根据工况不同，采用膜组分离，膜组分离产生的渗余气即为车用天然气；

C、采用气源热泵设备将渗透气(少量甲烷和多量二氧化碳气体)冷凝，渗透气中二氧化碳被冷凝成液态二氧化碳产品排出，冷凝后的渗透气作为冷介质和系统中的换热器进行热交换，换热后的渗透气从膜分离甲烷提纯设备的前端再次进入提纯系统。

2.根据权利要求1所述的一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法，其特征在于，步骤B中，所述的膜组分离包括单级膜组分离，单级膜组分离是由一级膜组产生车用天然气。

3.根据权利要求2所述的一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化方法，其特征在于，所述的膜组分离还包括双级膜组分离，双级膜组分离是由一级膜组和二级膜组共同作用产生车用天然气。

4.一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化装置，其特征在于，包括压缩设备、膜分离设备、气源热泵设备、中央控制设备，所述的中央控制设备分别控制压缩设备、膜分离设备、气源热泵设备的运转。

5.根据权利要求4所述的一种高效气源热泵冷热联产二氧化碳液化装置，其特征在于，所述的气源热泵设备是以二氧化碳为工质，经二氧化碳压缩机压缩后，高温高压的二氧化碳进入冷凝器与水换热，水吸收热量被加热，输送到沼气池中，供沼气发酵保温使用。

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