CN105695016A - 一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺及系统，该工艺包括以下步骤：（1）原料在厌氧罐体内经过发酵生成沼气；（2）沼气经过压缩机压缩后进入一级过滤，进入脱水装置，再进入脱硫装置；（3）经过净化后的沼气先进入加热器进行加热；（4）先进入一级膜管进行一阶膜分离，经过压缩机进入二级膜管进行二阶膜分离，经二级膜管提纯后的CH4返回一级膜管，经二级膜管处理后的渗透气体作为排放气排放；（5）净化后的CH4气体，储存在双层膜气柜内，双层膜气柜连接发电机进行发热，同时余热返回到厌氧罐。本发明设备紧凑，占地面积小；处理规模灵活；沼气浓缩提纯效率高，甲烷气体浓度97.5%以上、操作简单，节能环保、维修保养容易。

Description

一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺及系统
技术领域
本发明涉及沼气净化提纯技术领域，具体涉及一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺及系统。
背景技术
为了应对能源短缺和环境恶化，近年来世界各国都大力推动可再生能源和清洁能源的开发与利用．沼气是有机废弃物（如城市污泥、畜禽粪便、餐厨垃圾、绿化垃圾等）经过厌氧发酵生成的，是一种宝贵的可再生清洁能源。沼气经过净化提纯后可以与石化天然气相媲美，被称为生物天然气。
沼气的主要成分为CH4和CO2，还含有少量水蒸气和硫化氢，沼气中CH4和CO2的分离是沼气转生物天然气的关键，沼气提纯领域常用的CH4和CO2分离技术包括变压吸附法、水洗法、化学吸收法、深冷分离法以及膜分离法。变压吸附法、水洗法和化学吸收法由于设备和技术工艺比较成熟，在沼气提纯领域的市场份额超过９０％。气体分离膜技术最近几年中发展迅速，目前，在沼气提纯领域的市场份额已经升至５％。与其它几种分离方法相比，气体分离膜技术的优势包括设备紧凑，占地面积小；处理规模可大可小；操作简单灵活，可连续也可以间断运行；维修保养容易；不使用化学试剂和水；不会造成环境污染等。因此气体分离膜法被认为是未来大中型沼气工程中制备生物天然气的一种非常有潜力的技术。现有的膜分离沼气提纯工艺的气体渗透性处理不够成熟；系统长期稳定性不好；膜处理后的沼气净化效果不好。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足而提供的一种设备紧凑，占地面积小；处理规模灵活；沼气浓缩提纯效率高，甲烷气体浓度97.5%以上、操作简单，节能环保、维修保养容易的高效双级膜法沼气净化提纯工艺及系统。
本发明的技术方案包括：一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺，其包括以下步骤：
（1）原料在厌氧罐体内经过厌氧菌种的发酵生成沼气，通过保温和热交换系统控制厌氧罐体内温度在35-38℃；
（2）沼气经过压缩机压缩后进入一级过滤，滤除粉尘及颗粒杂质，使过滤精度达到25μm，经过一级过滤后的沼气进入脱水装置去除沼气中的水分，再进入脱硫装置去除沼气中的H2S；
（3）经过净化后的沼气先进入加热器进行加热，沼气温度控制在45-50℃，同时，控制沼气流速为250-350Nm3/hr，压力为0.8-1mpa；
（4）经过步骤（3）处理后的沼气先进入一级膜管进行一阶膜分离，对沼气进行分离提纯，提纯后的CH4含量为97.5-98.5%，同时渗透气体从一级膜管中排出后经过压缩机进入二级膜管进行二阶膜分离，经二级膜管提纯后的CH4返回一级膜管，经二级膜管处理后的渗透气体作为排放气从二级膜管排放；
（5）净化后的CH4气体，储存在双层膜气柜内，双层膜气柜连接发电机进行发热，同时余热返回到厌氧罐，控制厌氧罐内温度为35-38℃，达到系统的能量平衡，且双层膜气柜内的CH4气体可以通过生产车间压缩制作成为天然气产品。
一种用于高效双级膜法沼气净化提纯工艺的系统，其包括厌氧罐、一级过滤装置、脱水装置、脱硫装置、加热器、一级膜管、二级膜管、双层膜气柜和发电机；厌氧罐和一级过滤装置之间设有压缩机，一级过滤装置与脱水装置相连，脱水装置和脱硫装置相连，脱硫装置和加热器相连，加热器和一级膜管的进口处相连，一级膜管的出口处和双层膜气柜均相连，一级膜管的渗透气出口处和二级膜管的进气口相连，一级膜管和二级膜管之间设有压缩机，二级膜管的出口处与一级膜管的进口处相连，双层膜气柜与发电机相连，所述发电机与厌氧罐相连。
优选地，脱水装置采用冷分离法脱水系统，其压力控制在1-1.5mpa。
优选地，脱硫装置采用生物脱硫法脱硫，选用无色硫细菌。
优选地，一级膜管和二级膜管的内部均采用无机气相膜。
本发明的有益效果：
（1）设有一级过滤，滤除粉尘及颗粒杂质，使过滤精度达到25μm，避免粉尘及颗粒杂质对后续的各系统机械造成损坏，特别是避免粉尘及颗粒杂质对一级膜管和二级膜管造成污染，影响净化提纯的效果；
（2）设有脱水装置，有效去除沼气中的水分，设有脱硫装置，有效去除沼气中的H2S，避免H2S和水反应形成腐蚀气体，对系统中的压缩机和管道产生损坏；
（3）设有加热器，进一步去除进入一级膜管和二级膜管前沼气中的水分；
（4）双级膜法提纯设计和无机气相膜的选择，有效提高沼气提纯效率；
（5）发电机的余热在利用，有效提高使用效率，达到能量平衡。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程图；
附图2为本发明的系统的结构示意图；
以上附图中：1-厌氧罐、2-压缩机、3-一级过滤装置、4-脱水装置、5-脱硫装置、6-加热器、7-一级膜管、8-二级膜管、9-双层膜气柜、10-发电机。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
如图1，本实施例的一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺，其包括以下步骤：
（1）原料在厌氧罐1体内经过厌氧菌种的发酵生成沼气，通过保温和热交换系统控制厌氧罐1体内温度在35-38℃；
（2）沼气经过压缩机2压缩后进入一级过滤，滤除粉尘及颗粒杂质，使过滤精度达到25μm，经过一级过滤后的沼气进入脱水装置4去除沼气中的水分，再进入脱硫装置5去除沼气中的H2S；
（3）经过净化后的沼气先进入加热器6进行加热，沼气温度控制在45-50℃，同时，控制沼气流速为250-350Nm3/hr，压力为0.8-1mpa，这样的沼气条件，方便后续的净化提纯；
（4）经过步骤（3）处理后的沼气先进入一级膜管7进行一阶膜分离，对沼气进行分离提纯，提纯后的CH4含量为97.5-98.5%，同时渗透气体从一级膜管7中排出后经过压缩机2进入二级膜管8进行二阶膜分离，经二级膜管8提纯后的CH4返回一级膜管7，经二级膜管8处理后的渗透气体作为排放气从二级膜管8排放；
（5）净化后的CH4气体，储存在双层膜气柜9内，双层膜气柜9连接发电机10进行发热，同时余热返回到厌氧罐1，控制厌氧罐1内温度为35-38℃，达到系统的能量平衡，且双层膜气柜9内的CH4气体可以通过生产车间压缩制作成为天然气产品。这样的工艺步骤有效对渗透气进行回收、收集，且该工艺循环进行，有效提高系统的长期稳定性。
如图2，应用于高效双级膜法沼气净化提纯工艺的系统，其包括厌氧罐1、一级过滤装置3、脱水装置4、脱硫装置5、加热器6、一级膜管7、二级膜管8、双层膜气柜9和发电机10；厌氧罐1和一级过滤装置3之间设有压缩机2，一级过滤装置3与脱水装置4相连，脱水装置4和脱硫装置5相连，脱硫装置5和加热器6相连，加热器6和一级膜管7的进口处相连，一级膜管7的出口处和双层膜气柜9均相连，一级膜管7的渗透气出口处和二级膜管8的进气口相连，一级膜管7和二级膜管8之间设有压缩机2，二级膜管8的出口处与一级膜管7的进口处相连，双层膜气柜9与发电机10相连，所述发电机10与厌氧罐1相连。
脱水装置4采用冷分离法脱水系统，其压力控制在1-1.5mpa。
脱硫装置5采用生物脱硫法脱硫，选用无色硫细菌，选用无色硫细菌，如氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌等一种或多种。
一级膜管和二级膜管的内部均采用无机气相膜。
效果：设备紧凑，占地面积小；处理规模灵活；沼气浓缩提纯效率高，甲烷气体浓度97.5%以上、操作简单，节能环保、维修保养容易的高效双级膜法沼气净化提纯工艺及系统。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺，其特征在于：其包括以下步骤：
（1）原料在厌氧罐体内经过厌氧菌种的发酵生成沼气，通过保温和热交换系统控制厌氧罐体内温度在35-38℃；
（2）沼气经过压缩机压缩后进入一级过滤，滤除粉尘及颗粒杂质，使过滤精度达到25μm，经过一级过滤后的沼气进入脱水装置去除沼气中的水分，再进入脱硫装置去除沼气中的H2S；
（3）经过净化后的沼气先进入加热器进行加热，沼气温度控制在45-50℃，同时，控制沼气流速为250-350Nm3/hr，压力为0.8-1mpa；
（4）经过步骤（3）处理后的沼气先进入一级膜管进行一阶膜分离，对沼气进行分离提纯，提纯后的CH4含量为97.5-98.5%，同时渗透气体从一级膜管中排出后经过压缩机进入二级膜管进行二阶膜分离，经二级膜管提纯后的CH4返回一级膜管，经二级膜管处理后的渗透气体作为排放气从二级膜管排放；
（5）净化后的CH4气体，储存在双层膜气柜内，双层膜气柜连接发电机进行发热，同时余热返回到厌氧罐，控制厌氧罐内温度为35-38℃，达到系统的能量平衡，且双层膜气柜内的CH4气体可以通过生产车间压缩制作成为天然气产品。
2.根据权利要求1所述的一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺的系统，其特征在于：其包括厌氧罐、一级过滤装置、脱水装置、脱硫装置、加热器、一级膜管、二级膜管、双层膜气柜和发电机；所述厌氧罐和一级过滤装置之间设有压缩机，所述一级过滤装置与脱水装置相连，所述脱水装置和脱硫装置相连，所述脱硫装置和加热器相连，所述加热器和一级膜管的进口处相连，所述一级膜管的出口处和双层膜气柜均相连，所述一级膜管的渗透气出口处和二级膜管的进气口相连，所述一级膜管和二级膜管之间设有压缩机，所述二级膜管的出口处与一级膜管的进口处相连，所述双层膜气柜与发电机相连，所述发电机与厌氧罐相连。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述脱水装置采用冷分离法脱水系统，其压力控制在1-1.5mpa。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述脱硫装置采用生物脱硫法脱硫，选用无色硫细菌。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述一级膜管和二级膜管的内部均采用无机气相膜。
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