CN106497760A - 生物沼气膜分离提纯装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种生物沼气膜分离提纯装置,包括沼气发酵罐、风机、脱硫罐、脱水罐、沼气压缩机、冷干机、过滤器组、膜分离系统以及第一成品罐和废气罐,膜分离系统包括有第一级膜组件和第二级膜组件,第一废气出口和第二废气出口均连接至废气罐,第一燃气出口连接至第一成品罐,第一成品罐上设置有纯度检测器,纯度检测器之后设置有主管路以及支管路,支管路和主管路上分别设置有排气阀,精馏管道与第一燃气出口与第一成品罐连接管道的交界处上设置有第一切换阀,第二燃气出口之后设置有第二成品罐,第二成品罐上设置有纯度检测器,第二成品罐与供气管道相联通,本发明的目的是提供一种生物沼气膜分离提纯装置,根据不同情况实现甲烷纯度的切换。

Description

生物沼气膜分离提纯装置
技术领域
[0001] 本发明涉及沼气分离设备技术领域,特别涉及一种生物沼气膜分离提纯装置。
背景技术
[0002]沼气是有机物质在厌氧条件下,经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体,是多种气体的混合物,其中:一般含甲烷50-70%,其余为二氧化碳和少量的H2O,H2S,⑶,NH3和出,生物天然气,是指由生物质转化而来的以甲烷为主要成分的燃气,目前主要指通过沼气提纯得到的生物甲烷气,由于生物天然气可以直接作为石化天然气的替代燃料,所以发展沼气已成为增加天然气供应量的一个重要方向。
[0003]目前生物沼气分离提纯方式主要采取膜分离法,膜分离法指以压力差作为推动力的作用下,利用生物沼气中各组分在高分子聚合物所制成的中空纤维气体分离膜组件中渗透速率的不同而达到分离纯化CH4的目的,膜分离法可有效避免分离提纯过程中引入其他介质造成工艺复杂,二次污染等弊端。
[0004] 中国专利申请号为201520530960.9公开了一种用于沼气处理的两级分离膜系统,其通过将原料沼气依次通过脱硫、压缩、干燥、过滤、加热再进入膜分离系统进行甲烷和二氧化碳的分离,而且其膜分离系统通过两级分离提高了甲烷的纯度以及对于原料沼气的利用率。
[0005]目前的生物沼气膜分离提纯装置其所输出的纯度都比较固定,基本上维持在95%-97%左右,并没有选择性,如果要持续达到97%以上的纯度的话基本上需要采用两级的膜分离才可以达到,目前膜分离系统内的膜原料都是国外进口,其造价高昂,如果不分工况持续输出高纯度的甲烷会造成比较大的成本上的浪费。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种生物沼气膜分离提纯装置,根据不同情况实现甲烷纯度的切换。
[0007] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:一种生物沼气膜分离提纯装置,包括依次管路连接的沼气发酵罐、风机、脱硫罐、脱水罐、沼气压缩机、冷干机、过滤器组、膜分离系统以及第一成品罐和废气罐,所述膜分离系统包括有第一级膜组件和第二级膜组件,所述第一级膜组件包括有第一进气口、第一燃气出口和第一废气出口,所述第二级膜组件包括有第二进气口、第二燃气出口和第二废气出口,所述第一废气出口和第二废气出口均连接至废气罐,所述第一燃气出口连接至第一成品罐,所述第一成品罐上设置有纯度检测器,所述纯度检测器之后设置有供气管道且所述供气管道包括有用于输送合格纯度甲烷气的主管路以及用于输送不合格纯度甲烷气的支管路,所述支管路和主管路上分别设置有截止或者联通的排气阀,两个所述排气阀上设置有电磁阀,所述第一燃气出口与第二进气口之间还设置有精馏管道,所述精馏管道与第一燃气出口与第一成品罐连接管道的交界处上设置有第一切换阀,所述第二燃气出口之后设置有第二成品罐,所述第二成品罐上设置有纯度检测器,所述第二成品罐与供气管道相联通。
[0008] 采用上述结构,当实际工况只需要达到95%以上纯度的甲烷时,仅仅是需要进过第一级膜组件即可实现纯度,此时通过第一切换阀使得第一燃气出口与第一成品罐之间相联通,而第一燃气出口与第二进气口相截止,此时沼气进过第一级膜组件的膜过滤后将甲烷通入第一成品罐,而产生的废气进入废气罐,所述第一成品罐上设置有纯度检测器,纯度检测器示出第一成品罐内甲烷纯度,当甲烷纯度高于95%即通过电磁阀打开主管路上的排气阀关闭支管路上的排气阀,将合格的甲烷进行输送,如果纯度低于95%,则打开直管路上的排气阀将其进行排放,避免其进入使用,当要求甲烷纯度至少为97%以上时,通过第一切换阀,甲烷通过第一级膜组件过滤后通过精馏管道进入第二级膜组件进行进一步的过滤,然后从第二燃气出口进入到第二成品罐进行纯度检测,纯度合格的进行主管路的输送,纯度不合格的进行支管路的输送,以此达到有目的性的进行双级的膜组件过滤,可以减少设备的损耗,降低成本。
[0009] 进一步的,所述第二燃气出口管道连接有内部设置有乙醇胺溶液的化学反应罐,所述第二燃气出口与化学反应罐和第二成品罐之间设置有用于切换联通化学反应罐或者第二成品罐的第二切换阀,所述化学反应罐之后管道连接有第三成品罐,所述第三成品罐上设置有纯度检测器,所述第三成品罐与供气管道相联通。
[0010] 采用上述结构,进一步如果要求纯度达到99%以上的,按照目前膜分离系统的话,一般来说需要采用三级膜分离系统,而膜分离系统的造价相当高,而且按照现有技术中三级膜分离系统更多的功能是第一级和第二级产生的废气中的甲烷和二氧化碳之间进行分离,对于能源进行更进一步的利用,而不是专用于提高甲烷的纯度,所以当需要99%纯度以上的甲烷时,在第二级膜组件之后采用了溶剂化学吸收法,通过第二切换阀将第二燃气出口的气体引至化学反应罐使得二氧化碳气体与乙醇胺溶液相溶,将更为纯净的甲烷输送至第三成品罐,第三成品罐上设置有纯度检测器,达到要求的甲烷通过主管路进行输送,而不能达到要求的通过支管路进行输送,该设置更进一步提高了该生物沼气膜分离提纯装置的提纯纯度。
[0011] 进一步的,废气罐的出气口管道连接至沼气压缩机与脱水罐之间。
[0012] 采用上述结构,废气中主要是90%以上的二氧化碳以及低于10%的甲烷,这部分的废气依旧可以作为沼气的原料进行使用,提高甲烷的应用率。
[0013] 进一步的,所述膜分离系统维持1.2MPa压力。
[0014] 采用上述结构,在此压力下,膜分离系统对于甲烷的分离的效果是最高的,达到95%以上。
[0015] 进一步的,所述废气罐与化学反应罐之间管道联通且所述废气罐与化学反应罐之间设置有第一截止阀,所述废气罐与沼气压缩机之间的管路上设置有第二截止阀,所述化学反应罐包括有液体出口,所述液体出口连接有热分解塔,所述热分解塔连接有用于存放二氧化碳的气体罐,所述热分解塔与化学反应罐之间设置有供乙醇胺溶液流回至化学反应罐的回流管道。
[0016] 采用上述结构,根据需要可以将废气罐内的二氧化碳输送至化学反应罐内,使得二氧化碳溶于乙醇胺溶液,然后得到的液体从液体出口输送至热分解塔,通过热分解塔使得液体受热分离产生二氧化碳,二氧化碳进入气体罐进行收集,获得高纯度的二氧化碳,而热分解塔内的液体重新变更为乙醇胺溶液输送至化学反应罐,按照这样的程序可以提炼到高纯度的二氧化碳,而且可以对于乙醇胺溶液进行循环使用。
[0017] 进一步的,所述支管路另一端连接于废气罐。
[0018] 采用上述结构,将不合格的甲烷气体重新通入废气罐,通过废气罐重新由沼气压缩机输送至膜分离系统进行过滤处理。
附图说明
[0019]图1是整体的生物沼气膜分离提纯装置系统图。
[0020]图中,1、沼气发酵罐;2、风机;3、脱硫罐;4、脱水罐;5、沼气压缩机;6、冷干机;7、过滤器组;8、第一成品罐;9、纯度检测器;10、第二成品罐;11、第三成品罐;12、第二切换阀;13、第二燃气出口; 14、第二级膜组件;15、第二废气出口; 16、第二进气口; 17、精馏管道;18、第一切换阀;19、第一燃气出口; 20、第一级膜组件;21、第一进气口; 22、第一废气出口; 23、热分解塔;24、化学反应罐;25、废气罐;26、电磁阀;27、支管路;28、主管路;29、供气管道;30、排气阀;31、气体罐;32、第二截止阀;33、第一截止阀。
具体实施方式
[0021]实施例,如图1所示,一种生物沼气膜分离提纯装置,包括依次设置的沼气发酵罐
1、风机2、脱硫罐3、脱水罐4、沼气压缩机5、冷干机6、过滤器组7、膜分离系统以及第一成品罐8和废气罐25,所述沼气发酵罐I可以是在厂房内部设置的,也同样指代了一些大型的沼气厂引过来的沼气,风机2主要是用于将沼气发酵罐I内的沼气输送至脱硫罐3内,脱硫罐3主要的功能是除去沼气内的H2S气体,现有技术中脱硫的方法有很多:生物脱硫、酸精制、碱精制等方式,此处也不在赘述,按照生产标准要求,沼气在进入膜分离系统之前需要保证硫化氢的含量低于lOppm,然后通过脱水罐4对于沼气内的水蒸气进行吸收,现有技术中脱水罐4采用分子筛吸附法进行去除,效果比较好,在脱硫脱水之后,通过沼气压缩机5进行加压,使得气体保持高于IMpa的压力,最好取值为1.2MPa,通过冷干机6进行干燥,通过过滤器组7除去固体微粒、油份,最后通入膜分离系统。
[0022] 膜分离系统包括有第一级膜组件20和第二级膜组件14,本发明中膜分离系统所采用的是聚酰亚胺中空纤维膜组件,所用的中空纤维膜是一种极细的空心膜管,外径为0.2-
0.4mm,内径为0.1-0.2mm,中空纤维式膜组件将大量的中空纤维膜装入圆筒形耐压容器内,形成较大的膜面积。
[0023] 所述第一级膜组件20包括有第一进气口 21、第一燃气出口 19和第一废气出口 22,所述第二级膜组件14包括有第二进气口 16、第二燃气出口 13和第二废气出口 15,所述第一进气口 21与过滤器组7相联通,所述第一废气出口 22和第二废气出口 15均联通至废气罐25,所述废气罐25通过管路连接至脱水罐4与沼气压缩机5之间的管路上,所述第一燃气出口 19联通于第一成品罐8,第一燃气出口 19与第一成品罐8之间设置有精馏管道17,精馏管道17与第一燃气出口 19与第一成品罐8之间的管道的交界处设置有第一切换阀18,第一切换阀18可以设置为电磁三通阀,所述精馏管道17相对于与第一燃气出口 19联通的另一端与第二进气口 16相联通,即通过第一切换阀18实现了根据具体工况将第一燃气出口 19的气体输送至第一成品罐8或者输送至第二级膜组件14,第二级膜组件14的第二燃气出口 13联通有第二成品罐10。
[0024] 所述第二燃气出口 13与第二成品罐10之间还设置有一条额外的管道联通至化学反应罐24,同样的在第二燃气出口 13之后设置有第二切换阀12,该第二切换阀12用于实现根据具体工况将第二燃气出口 13的气体输送至化学反应罐24或者第二成品罐10,所述化学反应罐24内部设置有乙醇胺溶液,二氧化碳可以溶于乙醇胺溶液,达到二氧化碳与甲烷之间的分离,所述化学反应罐24包括有液体出口,所述液体出口联通至热分解塔23,该液体出口主要是用于供已经与二氧化碳发生反应的乙醇胺溶液进入到热分解塔23,热分解塔23通过加热使得二氧化碳重新从乙醇胺溶液中分离出去形成气体,而乙醇胺溶液也重新复原,所述热分解塔23与化学反应罐24之间设置有将还原后的乙醇胺溶液重新输送至化学反应罐24内的回流管道,具体的反应式如下所示:
二氧化碳的吸收:RNH2+H20+C02=RNH3++HC03 一二氧化碳的分解:RNH3++HC03—=RNH2+H20+C02
所述的热分解塔23联通有一气体罐31,气体罐31主要是用于存放从热分解塔23分解出二氧化碳,气体罐31内可以提纯到高纯度的二氧化碳。
[0025] 所述第一成品罐8、第二成品罐10和第三成品罐11均设置有纯度检测器9,纯度检测器9用于检测第一成品罐8、第二成品罐10和第三成品罐11内的甲烷的纯度,所述第一成品罐8、第二成品罐10和第三成品罐11共同连接于供气管道29,所述供气管道29包括有用于所述供气管道29包括有用于输送合格纯度甲烷气的主管路28以及用于输送不合格纯度甲烷气的支管路27,所述主管路28和支管路27上均设置有排气阀30,所述排气阀30用于截止或者联通主管路28或者支管路27,所述排气阀30上设置有用于控制其开闭的电磁阀26,电磁阀26响应于纯度检测器9,即通过纯度检测器9检测到的纯度具体控制相应的电磁阀26达到控制相应主管路28上的排气阀30或者支管路27上的排气阀30的启闭,所述主管路28可以直接供给用户进行使用,而支管路27则连接于废气罐25进行循环利用。
[0026] 该生物沼气膜分离提纯装置可以适应于三种不同纯度的甲烷输出,当需要甲烷的纯度为95%以上的时候,通过第一切换阀18使得第一燃气出口 19与第一成品罐8联通,仅仅只需要通过一次第一级膜组件20过滤即可,由纯度检测器9进行检测,如果纯度高于95%SP可控制主管路28上的排气阀30打开进行供气,如果纯度低于95%则打开支管路27上的排气阀30将不合格的气体输送至废气罐25,由废气罐25输送至沼气压缩机5进行再利用,如果需要纯度为97%以上的,通过第一切换阀18使得第一燃气出口 19与第二进气口 16联通,使得气体进过第一级膜组件20、第二级膜组件14进行两次过滤,在控制第二切换阀12使得第二燃气出口 13与第二成品罐10相连通,第二成品罐10上的纯度检测器9检测甲烷纯度,如果达到97%则打开主管路28的排气阀30进行供气,如果纯度低于97%则打开支管路27上的排气阀30将不合格的气体输送至废气罐25,如果需要纯度为99%以上的甲烷,通过第一切换阀18使得第一燃气出口 19与第二进气口 16联通,再控制第二切换阀12使得第二燃气出口 13与化学反应罐24相联通,气体在经历两次膜组件过滤之后再由化学反应罐24内的乙醇胺将二氧化碳进一步溶解,使得排出的甲烷纯度更高,然后将甲烷通过第三成品罐11,通过第三成品罐11上的纯度检测器9进行检测,同理,达到99%的则由主管路28进行输气,如果低于99%的则由支管路27输送至废气罐25。
[0027]另外的话,在经历一段时间的生产加工之后,可以打开废气罐25与化学反应罐24之间的第一截止阀33,关闭废气罐25与沼气压缩机5之间的第二截止阀32,使得废气进入化学反应罐24,该气体富含二氧化碳,经过乙醇胺的溶液,再到热分解塔23使二氧化碳重新分解为气体收集至气体罐31,获得高纯度的二氧化碳,提高了整套设备的利用率。
[0028] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种生物沼气膜分离提纯装置,包括依次管路连接的沼气发酵罐(I)、风机(2)、脱硫罐(3)、脱水罐(4)、沼气压缩机(5)、冷干机(6)、过滤器组(7)、膜分离系统以及第一成品罐(8)和废气罐(25),其特征是,所述膜分离系统包括有第一级膜组件(20)和第二级膜组件(14),所述第一级膜组件(20)包括有第一进气口(21)、第一燃气出口(19)和第一废气出口(22),所述第二级膜组件(14)包括有第二进气口(16)、第二燃气出口(13)和第二废气出口(15),所述第一废气出口(22)和第二废气出口(15)均连接至废气罐(25),所述第一燃气出口(19)连接至第一成品罐(8),所述第一成品罐(8)上设置有纯度检测器(9),所述纯度检测器(9)之后设置有供气管道(29)且所述供气管道(29)包括有用于输送合格纯度甲烷气的主管路(28)以及用于输送不合格纯度甲烷气的支管路(27),所述支管路(27)和主管路(28)上分别设置有截止或者联通的排气阀(30),两个所述排气阀(30)上设置有电磁阀(26),所述第一燃气出口(19)与第二进气口(16)之间还设置有精馏管道(17),所述精馏管道(17)与第一燃气出口(19)与第一成品罐(8)连接管道的交界处上设置有第一切换阀(18),所述第二燃气出口(13)之后设置有第二成品罐(10),所述第二成品罐(10)上设置有纯度检测器(9),所述第二成品罐(10)与供气管道(29)相联通。
2.根据权利要求1所述的生物沼气膜分离提纯装置,其特征是,所述第二燃气出口(13)管道连接有内部设置有乙醇胺溶液的化学反应罐(24),所述第二燃气出口(13)与化学反应罐(24)和第二成品罐(10)之间设置有用于切换联通化学反应罐(24)或者第二成品罐(10)的第二切换阀(12),所述化学反应罐(24)之后管道连接有第三成品罐(11),所述第三成品罐(I I)上设置有纯度检测器(9),所述第三成品罐(I I)与供气管道(29)相联通。
3.根据权利要求1所述的生物沼气膜分离提纯装置,其特征是,废气罐(25)的出气口管道连接至沼气压缩机(5)与脱水罐(4)之间。
4.根据权利要求1所述的生物沼气膜分离提纯装置,其特征是,所述膜分离系统维持1.2MPa压力。
5.根据权利要求2所述的生物沼气膜分离提纯装置,其特征是,所述废气罐(25)与化学反应罐(24)之间管道联通且所述废气罐(25)与化学反应罐(24)之间设置有第一截止阀(33),所述废气罐(25)与沼气压缩机(5)之间的管路上设置有第二截止阀(32),所述化学反应罐(24)包括有液体出口,所述液体出口连接有热分解塔(23),所述热分解塔(23)连接有用于存放二氧化碳的气体罐(31),所述热分解塔(23)与化学反应罐(24)之间设置有供乙醇胺溶液流回至化学反应罐(24)的回流管道。
6.根据权利要求1所述的生物沼气膜分离提纯装置,其特征是,所述支管路(27)另一端连接于废气罐(25)。
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