CN105087093B - 水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法及其装置 - Google Patents
水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法及其装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法，和实现该方法的三级气体分离装置。该装置第一级水合物分解塔工作在温度273.7K～283.1K、压力1.324MPa～4.502MPa之间，分离出高纯甲烷；第二级水合物分解塔工作在温度272.8K～288.7K、压力0.093MPa～0.499MPa之间，分离出高纯二氧化碳；第三级水合物分解塔工作在常压和常温以上，分离出高纯硫化氢，能通过编写的程序用计算机去控制该三级气体分离装置自动运行选择在合适的工作状态。提高了气液接触效率，水合形成速率，分离过程目标气体的回收率和气体产品的纯度，强化水合物生成热的去除，实现高压条件下水合物体系气、液、固三相自动分离，能替代现有技术应用于工业化水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的生产中。
Description
技术领域
本发明涉及混合气体分离提纯，更涉及用水合物法从沼气中连续分离提纯甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法及其装置。
技术背景
用沼气池生产出来的沼气主要成分是甲烷。沼气由50％～80％甲烷(CH4)、20％～40％二氧化碳(CO2)、0％～5％氮气(N2)、小于1％的氢气(H2)、小于0.4％的氧气(O2)与0.1％～3％硫化氢(H2S)等气体组成。硫化氢(H2S)有多种用途，0.1％～3％硫化氢(H2S)，在每立方沼气中含量虽仅有1～12克，它与水生成硫酸腐蚀我们的用气设备外，当它在空气中浓度超过0.1％～0.2％时，可很快致人死亡，是一种有剧毒气体，故现有沼气技术必须对它进行脱硫处理。二氧化碳(CO2)的化学性质是本身不燃烧，更不支持燃烧，作灭火剂、气肥、药用等，是造成温室效应的主要气体之一，在其中所占百分率大，虽不会腐蚀我们的用气设备，但如不从沼气中分离出来加以利用，除造成浪费资源和排放温室气体外，还会从沼气的燃烧中带走大量的热量，显现不利于节能减排。可见，二氧化碳、硫化氢必须从沼气中去除，我们才能变废为宝，才能得到高纯度的甲烷替代石油用作汽车燃料等。
专家们提出，水合物法混合气体连续分离技术要实现工业化应用必须解决如下五个方面的问题：
一采用合适的水合物形成促进剂提高水合形成速率；
二采用适当的搅拌方式，提高水合反应的气液接触效率，提高水合形成速率；
三采取有效措施强化水合物生成热的去除；
四采用合适的分离工艺，实现高压条件下水合物体系气、液、固三相自动分离；
五采用经济合理的工艺，提高分离过程目标气体的回收率和气体产品的纯度，降低分离过程的能耗。
指导思想有了，合适的水合物形成促进剂人们也找到了多种，剩余的是有待我们去研究解决的四大技术问题。网上，专家们一篇从沼气中分离高纯甲烷的研究进展——水合物分离法，详细介绍了传统的分离法缺点，水合物分离法较传统的分离法具有显著的高效性和经济性。还提供了一种水合物法分离高纯甲烷气的系统装置，但该装置仅是实验室小批量分离装置。本发明三种气体水合物相平衡温度与压力关系的数据也正是取自该篇文章。专利号200610123489.7一种水合物法混合气体连续分离方法及装置，它揭示的是采用三级串联逆流连续分离工艺提高烟气中CO2的回收率和产品中CO2的浓度。专利号201110176249.4揭示的是一种水合物法连续分离天然气中二氧化碳的装置与方法，并无揭示如何分离硫化氢。可见，四大技术难题还未解决。
沼气是一种可循环再生绿色能源，经分离提纯后的甲烷最有希望替代石油成为汽车燃料、工业燃料，对改变人类能源结构，环境污染，抑制气候变化有着重要意义。工业化大规模生产沼气的方法与沼气池已研究出来，现有分离技术又无法满足要求，如何解决四大技术问题设计出与之配套的分离装置把沼气中的甲烷、二氧化碳、硫化氢连续工业化分离出来已成为人类迫在眉睫要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的：一是提供一种水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法，二是提供实现该方法的三级气体分离装置。
水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法，利用甲烷气体水合物相平衡温度与压力关系是当温度在273.2K～287.2K时，压力要在2.641MPa～11.650MPa，二氧化碳气体水合物相平衡温度与压力关系是当温度在273.7K～283.1K时，压力要在1.324MPa～4.502MPa，硫化氢气体水合物相平衡温度与压力关系是当温度在272.8K～288.7K时，压力要在0.093UPa～0.499MPa，三种气体水合物相平衡温度与压力关系之间存在的差异很大特性，用一个采用合适水合物形成促进剂，能适当搅拌和及时把水合物生成热去除，能从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的三级气体分离装置，通过编写的程序用计算机去控制该三级气体分离装置自动运行选择在合适的工作状态，使第一级水合物分解塔工作在温度273.7K～283.1K、压力1.324MPa～4.502MPa之间，仅让二氧化碳、硫化氢两种气体生成水合物浆料，实现甲烷气体与二氧化碳、硫化氢两种水合物浆料及水分离，使第二级水合物分解塔工作在温度272.8K～288.7K、压力0.093MPa～0.499MPa之间，把二氧化碳、硫化氢两种水合物浆料及水从第一级水合物分解塔置换到第二级水合物分解塔，实现二氧化碳与硫化氢水合物浆料及水分离，使第三级水合物分解塔工作在常压和常温以上，把硫化氢水合物浆料及水从第二级水合物分解塔置换到第三级水合物分解塔，实现硫化氢与水分离，把剩余的水又从第三级水合物分解塔强制循环回流到第一级水合物分解塔，使三级气体分离装置连续工作下去。
实现水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法的装置，包括水合物分解塔、加水和水合物形成促进剂装置、加热装置、制冷装置、泵、管道、气体压力调节阀、流量计、传感器，设有三级气体分离装置、单片机，第一级甲烷气体分离装置的水合物分解塔下段、水合物置换泵和流量计、第二级二氧化碳气体分离装置的水合物分解塔下段、水合物置换泵和流量计、第三级硫化氢气体分离装置的水合物分解塔下段、循环水增压泵和流量计、水预冷盘管、并联N个三通管、N个微气泡发生器、N个螺旋管并联、第一级甲烷气体分离装置的水合物分解塔下段，依次用管道连接，沼气池沼气、增压泵和流量计、沼气预冷盘管、并联前述N个三通管第三端，依次用管道连接，第一、二级水合物分解塔上段设带气体压力调节阀的导气管，第三级水合物分解塔上段设导气管，加水和加水合物形成促进剂装置一路通过阀门与第一级的水合物分解塔连通用于加入水合物形成促进剂，另一路通过阀门与第一级盛水容器连通用于向盛水容器加水，盛水容器设由下向上自循环泵，自循环泵的出口一路通过阀门与第一级的水合物分解塔连通用于注入反应用循环水，另一路通过阀门连通盛水容器内循环使制冷装置蒸发器能及时吸收热量对水制冷，把第一级的水合物分解塔、前述两个预冷盘管、N个三通管、N个微气泡发生器、N个螺旋管都淹没在内置蒸发器管的盛水容器水中，盛水容器设有温度传感器和液位传感器，第一级水合物分解塔设有温度传感器、气体压力传感器、二氧化碳气体传感器和液位传感器，第二级水合物分解塔设有加热装置、温度传感器、气体压力传感器、液位传感器和硫化氢气体传感器，第三级水合物分解塔设有加热装置、温度传感器和液位传感器，把编好的程序固化在单片机的存储器内，单片机的信号输入端分别与前述各传感器和流量计电连接，单片机的信号输出端分别与各阀门、制冷装置、加热装置、增压泵、置换泵电连接，以此构成的三级气体分离装置在单片机自动控制下，自动运行选择合适的工作状态，从第一级水合物分解塔带气体压力调节阀的导气管对外溢压输出甲烷气体，从第二级水合物分解塔带气体压力调节阀的导气管对外溢压输出二氧化碳气体，从第三级水合物分解塔的导气管对外输出硫化氢气体，从而实现用水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢。
所述的盛水容器设有保温装置。
沼气预冷盘管与三通管连接端设有一个单向阀。
所述加热装置是制冷装置的散热器和或沼气增压泵的散热器。
技术效果
由于采取了上述技术手段和措施，收到以下技术效果：
1、实现用单片机对三级气体分离装置自动控制，要它如何自动运行选择合适的工作状态，通过编写计算机程序就能实现，灵活多变。
2、能实现用工业化水合物法大量地从沼气中连续分离得到甲烷、二氧化碳、硫化氢三种高纯气体。
3、解决了剩余的四大技术问题：
一采用微泡发生器、螺旋管的搅拌方式，提高水合反应的气液接触效率，提高水合形成速率；
二采取预冷、循环和N个螺旋管细分反应过程等有效措施强化水合物生成热的去除；
三采用三级气体分离装置，实现高压条件下水合物体系气、液、固三相自动分离；
四采用通过设定单片机采样第一、二级水合物分解塔二氧化碳、硫化氢传感器检测值为0，编写程序用计算机去控制该三级气体分离装置自动运行选择在合适的工作状态，来提高分离过程目标气体的回收率和气体产品的纯度，加热装置是制冷装置的散热器和或沼气增压泵的散热器则降低了分离过程的能耗。
附图说明
本发明提供的是示意附图，具体编号是：用附图标记1表示盛水容器，用附图标记2、11、25、39表示第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器，用附图标记3、26表示第一气体压力传感器、第二气体压力传感器，用附图标记4沼气预冷盘管，用附图标记5表示加水和水合物促进剂入口，用附图标记6、7、9、10表示第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门，用附图标记8、24表示第一带气体压力调节阀的导气管、第二带气体压力调节阀的导气管，用附图标记12、15、28、37表示第一液位传感器、第二液位传感器、第三液位传感器、第四液位传感器，用附图标记13表示二氧化碳气体传感器，用附图标记14表示三通管和微气泡发生器，用附图标记16表示自循环泵，用附图标记17表示制冷装置的蒸发器，用附图标记18、29、36表示第一级的水合物分解塔、第二级的水合物分解塔、第三级的水合物分解塔，用附图标记19表示螺旋管，用附图标记20表示制冷装置，用附图标记21表示沼气增压泵和流量计，用附图标记22表示沼气池，用附图标记23表示单片机，用附图标记27表示硫化氢气体传感器，用附图标记30表示加热装置，用附图标记31、34表示第一水合物置换泵和流量计、第二水合物置换泵和流量计，用附图标记32表示循环水增压泵和流量计，用附图标记33表示管道，用附图标记35表示水，用附图标记38表示导气管。箭头为流动方向。单片机与各采样传感器(含流量计)及各执行器件的电连接标示省略。
具体实施方式
水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法，利用甲烷气体水合物相平衡温度与压力关系是当温度在273.2K～287.2K时，压力要在2.641MPa～11.650MPa，二氧化碳气体水合物相平衡温度与压力关系是当温度在273.7K～283.1K时，压力要在1.324MPa～4.502MPa，硫化氢气体水合物相平衡温度与压力关系是当温度在272.8K～288.7K时，压力要在0.093MPa～0.499MPa，三种气体水合物相平衡温度与压力关系之间存在的差异很大特性，用一个采用合适水合物形成促进剂，能适当搅拌和及时把水合物生成热去除，能从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的三级气体分离装置，通过编写的程序用计算机去控制该三级气体分离装置自动运行选择在合适的工作状态，使第一级水合物分解塔工作在温度273.7K～283.1K、压力1.324MPa～4.502MPa之间，仅让二氧化碳、硫化氢两种气体生成水合物浆料，实现甲烷气体与二氧化碳、硫化氢两种水合物浆料及水分离，使第二级水合物分解塔工作在温度272.8K～288.7K、压力0.093MPa～0.499MPa之间，把二氧化碳、硫化氢两种水合物浆料及水从第一级水合物分解塔置换到第二级水合物分解塔，实现二氧化碳与硫化氢水合物浆料及水分离，使第三级水合物分解塔工作在常压和常温以上，把硫化氢水合物浆料及水从第二级水合物分解塔置换到第三级水合物分解塔，实现硫化氢与水分离，把剩余的水又从第三级水合物分解塔强制循环回流到第一级水合物分解塔，使三级气体分离装置连续工作下去。
实现水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的方法的装置，包括水合物分解塔、加水和水合物形成促进剂装置、加热装置、制冷装置、泵、管道、气体压力调节阀、流量计、传感器，设有三级气体分离装置、单片机，第一级甲烷气体分离装置的水合物分解塔下段、水合物置换泵和流量计、第二级二氧化碳气体分离装置的水合物分解塔下段、水合物置换泵和流量计、第三级硫化氢气体分离装置的水合物分解塔下段、循环水增压泵和流量计、水预冷盘管、并联N个三通管、N个微气泡发生器、N个螺旋管并联、第一级甲烷气体分离装置的水合物分解塔下段，依次用管道连接，沼气池沼气、增压泵和流量计、沼气预冷盘管、并联前述N个三通管第三端，依次用管道连接，第一、二级水合物分解塔上段设带气体压力调节阀的导气管，第三级水合物分解塔上段设导气管，加水和加水合物形成促进剂装置一路通过阀门与第一级的水合物分解塔连通用于加入水合物形成促进剂，另一路通过阀门与第一级盛水容器连通用于向盛水容器加水，盛水容器设由下向上自循环泵，自循环泵的出口一路通过阀门与第一级的水合物分解塔连通用于注入反应用循环水，另一路通过阀门连通盛水容器内循环使制冷装置蒸发器能及时吸收热量对水制冷，把第一级的水合物分解塔、前述两个预冷盘管、N个三通管、N个微气泡发生器、N个螺旋管都淹没在内置蒸发器管的盛水容器水中，盛水容器设有温度传感器和液位传感器，第一级水合物分解塔设有温度传感器、气体压力传感器、二氧化碳气体传感器和液位传感器，第二级水合物分解塔设有加热装置、温度传感器、气体压力传感器、液位传感器和硫化氢气体传感器，第三级水合物分解塔设有加热装置、温度传感器和液位传感器，把编好的程序固化在单片机的存储器内，单片机的信号输入端分别与前述各传感器和流量计电连接，单片机的信号输出端分别与各阀门、制冷装置、加热装置、增压泵、置换泵电连接，以此构成的三级气体分离装置在单片机自动控制下，自动运行选择合适的工作状态，从第一级水合物分解塔带气体压力调节阀的导气管对外溢压输出甲烷气体，从第二级水合物分解塔带气体压力调节阀的导气管对外溢压输出二氧化碳气体，从第三级水合物分解塔的导气管对外输出硫化氢气体，从而实现用水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢。
所述的盛水容器设有保温装置，这是为了保持盛水容器的温度和节能。
沼气预冷盘管与三通管连接端设有一个单向阀，以保护沼气增压泵。
所述加热装置是制冷装置的散热器和或沼气增压泵的散热器，这也是为了节能而采取技术措施。
第一级水合物分解塔导气管的压力调节阀8、沼气增压泵21或单向阀、循环水增压泵32、阀门7、阀门10、水合物置换泵31共同所封闭的空间等效于一个反应釜内空间，构成了相对独立的第一级，使得沼气与水主要在N个螺旋管内混合搅拌接触进行水合物合成反应，及时把水合物生成热去除，从而快速生成二氧化碳、硫化氢水合物，其次在第一级水合物分解塔内进行水合物反应。它工作在温度为273.7K～283.1K、调节阀所设压力为1.324MPa～4.502MPa之间，沼气增压泵和循环水增压泵所提供的增压要大于调节阀所设压力，仅让二氧化碳、硫化氢两种气体生成水合物，同时从导气管对外溢压输出甲烷气体，所以只要设单片机采样第一级水合物分解塔二氧化碳传感器检测值为0，就等于要求从导气管溢压输出的甲烷气体中二氧化碳、硫化氢含量为0，单片机以此为依据自动选择第一级水合物分解塔合适的工作状态，从而能连续分离得到高纯甲烷气体。
第二级水合物分解塔导气管的压力调节阀24、水合物置换泵31、水合物置换泵34共同所封闭的空间也等效于一个反应釜内空间，构成了相对独立的第二级，工作在温度为272.8K～288.7K、调节阀所设压力为0.093MPa～0.499MPa之间，水合物置换泵31把二氧化碳、硫化氢水合物浆料从第一级置换入第二级，二氧化碳水合物浆料降压和从加热装置得到热量，仅让二氧化碳水合物浆料解析成气体，从导气管24对外溢压输出二氧化碳气体，所以只要设单片机采样第二级水合物分解塔硫化氢传感器检测值为0，就等于要求从导气管溢压输出的二氧化碳气体中硫化氢含量为0，单片机以此为依据自动选择第二级水合物分解塔合适的工作状态，从而能连续分离得到高纯二氧化碳气体。
水合物置换泵34把硫化氢水合物浆料从第二级置换入第三级水合物分解塔36中，由于没设压力调节阀，硫化氢水合物浆料失去压力支持和从加热装置得到热量，单片机以此为依据自动选择第三级水合物分解塔合适的工作状态，使硫化氢水合物浆料解析成气体，从导气管38对外输出硫化氢气体，从而能连续分离得到高纯硫化氢气体。
阀门7与阀门10通过管道与导气管8并联，等效于与第一级水合物分解塔连通。
水合物置换泵31和水合物置换泵34左边管道内伸第一、二级水合物分解塔内，是为了让水合物浆料优先被置换。
打开阀门6，关闭阀门7，从加水和水合物促进剂入口5加水入盛水容器1。
打开阀门7、8，关闭阀门6、10，从加水和水合物促进剂入口5把水合物促进剂加入第一级水合物分解塔18。
打开阀门8、10，关闭阀门7、9，把盛水容器1水通过自循环泵16注入第一级水合物分解塔18。
打开阀门24，把注入第一级水合物分解塔18内的水通过水合物置换泵31置换入第二级水合物分解塔29。
通过水合物置换泵34置把第二级水合物分解塔29内的水置换入第三级水合物分解塔36。
向第三级水合物分解塔加完水，第二级水合物分解塔29内的水存量有限，阀门24进入压力调节状态。
接着把第一级水合物分解塔18内的水，通过水合物置换泵31强迫抽入第二级水合物分解塔29内，由于它是封闭的空间，随着液位上升压缩水合物分解塔29内的空气，使第二级水合物分解塔29内上段到达所要求的工作压力0.093MPa～0.499MPa之间。
向第二级水合物分解塔加水蓄压完，第一级水合物分解塔29内的水存量有限，关闭阀门7、10，阀门8进入压力调节状态。
接着把第三级水合物分解塔36内的水，通过循环水增压泵32强迫抽入第一级水合物分解塔18内，由于它是封闭的空间，随着液位上升压缩水合物分解塔18内的空气，使第一级水合物分解塔18内上段到达所要求的工作压力1.324MPa～4.502MPa之间。
控制水合物置换泵31、34与循环水增压泵32单位时间的流量相等，就能在水循环流动速度可调动态中保持第一、二级水合物分解塔的工作压力。沼气增压泵送入沼气就能使装置投入工作。
液位传感器用于检测控制盛水容器和三个水合物分解塔内的液位高度。
温度传感器用于检测控制盛水容器和三个水合物分解塔内的温度。
气体压力传感器用于检测控制第一、二个水合物分解塔内的工作压力。
流量计用于控制水合物置换泵与循环水增压泵单位时间的流量。沼气流量计用于控制参与水合反应的沼气单位时间流量。
不同的水合物促进剂、水循环速度不同、二氧化碳和硫化氢气体传感器检测值设定不同、外界环境温度和气压的变化、参与水合反应的沼气量等都能影响二氧化碳、硫化氢水合物生成速率和分离的气体纯度，单片机自动选择合适的工作状态都不同，水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的装置要按需正常运行，需各方面的通力协调配合，人工操作是难以实现，本发明提供的是硬件，如电脑需软件一样，需用编写出的计算机程序才能使本发明装置完成如此复杂的工作。
Claims (4)
1.水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的装置，包括水合物分解塔、加水和水合物形成促进剂装置、加热装置、制冷装置、泵、管道、气体压力调节阀、流量计、传感器，其特征在于：设有三级气体分离装置、单片机(23)，盛水容器(1)内设有第一级甲烷气体分离装置的水合物分解塔(18)、水预冷盘管和沼气预冷盘管(4)、制冷装置的蒸发器(17)、至少1个螺旋管(19)、至少1个三通管和微气泡发生器，螺旋管一端与第一级甲烷气体分离装置的水合物分解塔(18)下段并联，另一端接设有微气泡发生器的三通管(14)的一个接口，三通管另两个接口分别与水预冷盘管和沼气预冷盘管并联，第一级甲烷气体分离装置的水合物分解塔(18)分别设有穿过盛水容器带气体压力调节阀的第一导气管(8)、第一温度传感器(2)、第一气体压力传感器(3)、二氧化碳气体传感器(13)、第二液位传感器(15)，盛水容器分别设有带第一阀门(6)及加水和水合物促进剂入口(5)的管道、带第三阀门(9)的管道、第二温度传感器(11)、第一液位传感器(12)，自循环泵(16)进端与盛水容器下段管道连接，自循环泵(16)出端与带第一阀门(6)上端管、带第三阀门(9)上端管、第一导气管(8)的调节阀下端管并联，带第一阀门(6)及加水和水合物促进剂入口(5)的管道与带气体压力调节阀的第一导气管(8)之间的连接管道设有第二阀门(7)，带气体压力调节阀的第一导气管(8)与带第三阀门(9)管道之间连接管道设有第四阀门(10)，制冷装置的蒸发器(17)与制冷装置(20)通过管道连接构成制冷回路，沼气池增压泵和流量计(21)进端与沼气池(22)通过管道连接，沼气池增压泵和流量计(21)出端通过管道与沼气预冷盘管连接；第二级二氧化碳气体分离装置的水合物分解塔(29)设有带气体压力调节阀的第二导气管(24)、第二温度传感器(25)、第二气体压力传感器(26)、硫化氢气体传感器(27)、第三液位传感器(28)、加热装置(30)；第三级硫化氢气体分离装置的水合物分解塔(36)设有第四液位传感器(37)、第三导气管(38)、第三温度传感器(39)、加热装置(30)；第一级甲烷气体分离装置的水合物分解塔(18)下段与第一水合物置换泵和流量计(31)进端通过管道连接，第一水合物置换泵和流量计(31)出端通过管道与第二级二氧化碳气体分离装置的水合物分解塔(29)下段连接，第二级二氧化碳气体分离装置的水合物分解塔(29)下段与第二水合物置换泵和流量计(34)进端通过管道连接，第二水合物置换泵和流量计(34)出端通过管道与第三级硫化氢气体分离装置的水合物分解塔(36)下段通过管道连接，第三级硫化氢气体分离装置的水合物分解塔(36)下段与循环水增压泵和流量计(32)进端通过管道连接，循环水增压泵和流量计(32)出端与水预冷盘管通过管道连接；把编好的程序固化在单片机的存储器内，单片机的信号输入端分别与前述各传感器和流量计电连接，单片机的信号输出端分别与各阀门、制冷装置、加热装置、增压泵、置换泵电连接，以此构成三级气体分离装置，加入水和水合物形成促进剂，在单片机自动控制下自动运行选择合适的工作状态，从第一级水合物分解塔带气体压力调节阀的第一导气管(8)对外溢压输出甲烷气体，从第二级水合物分解塔带气体压力调节阀的第二导气管(24)对外溢压输出二氧化碳气体，从第三级水合物分解塔的第三导气管(38)对外输出硫化氢气体，从而实现用水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢。
2.根据权利要求1所述水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的装置，其特征在于：所述的盛水容器设有保温装置。
3.根据权利要求1、2任一项所述水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的装置，其特征在于：沼气预冷盘管与三通管连接端设有一个单向阀。
4.根据权利要求1、2任一项所述水合物法从沼气中连续分离甲烷、二氧化碳、硫化氢的装置，其特征在于：所述加热装置是制冷装置的散热器和或沼气增压泵的散热器。
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| US20090260287A1 (en) * | 2008-02-29 | 2009-10-22 | Greatpoint Energy, Inc. | Process and Apparatus for the Separation of Methane from a Gas Stream |
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