CN110643404B - 一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，包括沼气缓冲罐、第一级PSA吸附罐、产品气缓冲罐、解析气缓冲罐，所述沼气缓冲罐一端设置有沼气压缩机，所述沼气压缩机一端设置有进气管，所述进气管上设置有第一电控阀，所述进气管前端设置有回流管，所述回流管上设置有第二电控阀，所述沼气缓冲罐另一侧设置有所述第一级PSA吸附罐，所述第一级PSA吸附罐一侧设置有所述解析气缓冲罐。本发明拥有较低的成本，但控制甲烷收率比原有二级PSA技术更容易，控制甲烷收率也就是控制了PSA脱碳装置的甲烷排空量，收率越高甲烷排空越少，对国家环保控制碳排放做出有利的贡献。
Description
技术领域
本发明涉及甲烷加工领域，特别是涉及一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统。
背景技术
变压吸附(PSA)是一种重要的、具有广泛应用的气体分离方法，是沼气提纯至天然气的重要工序，沼气中的主要组成成分是甲烷、二氧化碳，PSA的主要作用是利用吸附剂吸附沼气中的二氧化碳成分，从而提升甲烷气体浓度，使热值达到天然气标准，实现生物质能的利用。随着世界能源的短缺，各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利用，近年各国对环境污染的治理要求也越来越高，比起化学吸收提纯甲烷技术，PSA提纯甲烷的技术造成的污染更少；另一方面，PSA技术中的吸附剂也有了重大进展，性能优良的吸附剂如活性炭、碳分子筛等研制成功，以及氧化铝和硅胶性能的不断改进等等，这些都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。PSA提纯甲烷技术的工作原理是利用吸附剂对吸附质在不同的分压下有不同的吸附容量、吸附速度和吸附力，并且在一定压力下对被分离的气体混合物的各组分有选择吸附的特性，加压吸附除去原料气中被吸附的组分，负压脱附这些组分而使吸附剂获得再生。变压吸附过程中为物理吸附，没有化学反应的发生。它是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力所引起的，由于固体表面的分子与其内部分子不同，存在剩余的表面自由力场，当气体分子碰到固体表面时，其中一部分就被吸附，在被吸附的分子中，只有当其热运动的动能足以克服吸附剂引力场的位能时才能重新回到气相，所以在与气体接触的固体表面上总是保留着许多被吸附的分子。由于分子间的引力所引起的吸附，其吸附热较低，接近吸附质的汽化热或冷凝热，吸附和解吸速度也都较快。被吸附气体也较容易地从固体表面解吸出来，所以物理吸附是可逆的。物理吸附通常分为变温吸附和变压吸附。
变压吸附主要在增压状态下进行吸附，负压状态下解析。由于吸附剂吸附的原理，吸附剂上的细小孔壁与二氧化碳分子相接近，二氧化碳气体分子碰到吸附剂表面分子筛时被吸附，从而达到吸附二氧化碳的作用，但由于吸附剂制作方法的影响，孔壁直径以均数近似二氧化碳分子粒径的大小成正态分布，就导致吸附剂同样会吸附部分甲烷分子，从而导致甲烷被吸附，降低整体生产的收率，导致工艺生产成本升高。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，包括沼气缓冲罐、第一级PSA吸附罐、产品气缓冲罐、解析气缓冲罐，所述沼气缓冲罐一端设置有沼气压缩机，所述沼气缓冲罐和所述沼气压缩机之间设置有压缩管，所述沼气压缩机一端设置有进气管，所述进气管上设置有第一电控阀，所述进气管前端设置有回流管，所述回流管上设置有第二电控阀，所述沼气缓冲罐另一侧设置有所述第一级PSA吸附罐，所述第一级PSA吸附罐一侧设置有所述解析气缓冲罐，所述第一级PSA吸附罐后侧设置有所述产品气缓冲罐，所述第一级PSA吸附罐、所述产品气缓冲罐之间设置有产品气输出管，所述产品气输出管上设置有第四电控阀，所述第一级PSA吸附罐和所述回流管之间设置有附加管，所述附加管上设置有第七电控阀，所述解析气缓冲罐一侧设置有罗茨风机，所述罗茨风机一侧设置有第二级PSA吸附罐，所述沼气缓冲罐和所述第一级PSA吸附罐之间、所述第一级PSA吸附罐和所述解析气缓冲罐之间、所述解析气缓冲罐和所述罗茨风机之间、所述罗茨风机和所述第二级PSA吸附罐之间均设置有连接管，所述连接管上设置有连接电控阀，所述第一级PSA吸附罐和所述解析气缓冲罐之间设置有抽空真空泵，所述第一级PSA吸附罐和所述抽空真空泵之间设置有第一附加连接管，所述解析气缓冲罐和所述抽空真空泵之间设置有第二附加连接管，所述第二级PSA吸附罐一端设置有出气管，所述出气管上设置有第三电控阀，所述第二级PSA吸附罐后侧设置有真空泵，所述第二级PSA吸附罐和所述真空泵之间设置有真空解析管道，所述真空解析管道上设置有第五电控阀，所述真空泵后端设置有二级解析气输出管道，所述二级解析气输出管道上设置有第六电控阀，所述第一级PSA吸附罐和所述第二级PSA吸附罐内部均设置有吸附填充物，所述沼气缓冲罐、所述第一级PSA吸附罐、所述解析气缓冲罐、所述第二级PSA吸附罐上端均设置有吸附进气管且下端设置有吸附出气管，所述吸附出气管外侧设置有支撑座。
优选的：所述进气管通过法兰和所述沼气压缩机连接，所述第一电控阀通过螺纹连接所述进气管。
如此设置，所述进气管起连接外部气源作用，通过法兰连接保证了密封性。
优选的：所述回流管通过焊接和所述进气管、所述出气管连接，所述第二电控阀通过螺纹连接所述回流管。
如此设置，所述回流管起将二级处理后的气体传回前端，通过焊接保证了密封性。
优选的：所述连接管通过法兰连接于所述沼气缓冲罐、所述第一级PSA吸附罐、所述解析气缓冲罐、所述第二级PSA吸附罐、所述罗茨风机。
如此设置，所述连接管起连接作用。
优选的：所述产品气输出管通过法兰连接所述第一级PSA吸附罐、所述产品气缓冲罐，所述第四电控阀通过螺纹连接所述产品气输出管。
如此设置，所述产品气输出管起传输作用，所述第四电控阀起控制通断作用，通过螺纹连接保证了连接稳定性。
优选的：所述真空解析管道通过法兰连接与所述第二级PSA吸附罐、所述真空泵，所述第五电控阀通过螺纹连接所述真空解析管道。
如此设置，所述真空解析管道起传输出废气作用，用于将吸附填充物处理后的废气传出。
优选的：所述二级解析气输出管道通过法兰连接于所述真空泵，所述第六电控阀通过螺纹连接所述二级解析气输出管道,所述第六电控阀为常开电控阀。
如此设置，所述二级解析气输出管道起传输作用。
优选的：所述沼气缓冲罐、所述第一级PSA吸附罐、所述产品气缓冲罐、所述解析气缓冲罐、所述第二级PSA吸附罐、材质为铸钢。
如此设置，采用铸钢材质，结构稳定性好，加工效果好。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、建设成本较低，仅需一个吸附塔、一个解析气缓冲罐以及配套的风机、真空泵等设备，相比于原有二级PSA技术中需要数个吸附塔、数个缓冲罐及多个真空泵，建设成本大大降低。
2、拥有较低的成本，但控制甲烷收率比原有二级PSA技术更容易，原有二级PSA技术的收率取决于其第二级PSA直接排空的甲烷含量，操作核心点在于两级PSA的吸附时间，想收率越高则吸附时间越长，但是吸附时间越长则会导致产品气甲烷含量降低，因此原有的二级PSA技术控制收率的同时还必须兼顾产品气的甲烷含量，因此调整收率的区间比较局限，而本发明将第一级PSA的解析气进行处理，不影响产品气的甲烷含量数据；若需要调整产品气甲烷成分，则只需要调整第一级PSA的吸附时间，而调整产品气收率时，则只需要调整第二级PSA的吸附时间。举个例子，若想调高整体装置的甲烷收率，较高甲烷收率，则增加发明的第二级PSA的吸附时间，使第二级PSA排空的甲烷含量降低，短期内并不会对产品气甲烷含量造成影响。
3、控制甲烷收率也就是控制了PSA脱碳装置的甲烷排空量，收率越高甲烷排空越少，对国家环保控制碳排放做出有利的贡献。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统的第一结构示意图；
图2是本发明所述一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统的第二结构示意图；
图3是本发明所述一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统的第三结构示意图；
图4是本发明所述一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统的第一级PSA吸附罐内部结构示意图。
附图标记说明如下：
1、沼气缓冲罐；2、第一级PSA吸附罐；3、产品气缓冲罐；4、解析气缓冲罐；5、第二级PSA吸附罐；6、沼气压缩机；7、罗茨风机；8、真空泵；9、进气管；10、第一电控阀；11、压缩管；12、回流管；13、第二电控阀；14、出气管；15、第三电控阀；16、连接管；17、连接电控阀；18、产品气输出管；19、第四电控阀；20、真空解析管道；21、第五电控阀；22、二级解析气输出管道；23、第六电控阀；24、吸附进气管；25、吸附出气管；26、支撑座；27、吸附填充物；28、抽空真空泵；29、附加管；30、第七电控阀；31、第一附加连接管；32、第二附加连接管。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例
如图1-图4所示，一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，包括沼气缓冲罐1、第一级PSA吸附罐2、产品气缓冲罐3、解析气缓冲罐4，沼气缓冲罐1一端设置有沼气压缩机6，沼气缓冲罐1和沼气压缩机6之间设置有压缩管11，沼气压缩机6一端设置有进气管9，进气管9上设置有第一电控阀10，进气管9前端设置有回流管12，回流管12上设置有第二电控阀13，沼气缓冲罐1另一侧设置有第一级PSA吸附罐2，第一级PSA吸附罐2一侧设置有解析气缓冲罐4，第一级PSA吸附罐2后侧设置有产品气缓冲罐3，第一级PSA吸附罐2、产品气缓冲罐3之间设置有产品气输出管18，产品气输出管18上设置有第四电控阀19，第一级PSA吸附罐2和回流管12之间设置有附加管29，附加管29上设置有第七电控阀30，解析气缓冲罐4一侧设置有罗茨风机7，罗茨风机7一侧设置有第二级PSA吸附罐5，沼气缓冲罐1和第一级PSA吸附罐2之间、第一级PSA吸附罐2和解析气缓冲罐4之间、解析气缓冲罐4和罗茨风机7之间、罗茨风机7和第二级PSA吸附罐5之间均设置有连接管16，连接管16上设置有连接电控阀17，第一级PSA吸附罐2和解析气缓冲罐4之间设置有抽空真空泵28，第一级PSA吸附罐2和抽空真空泵28之间设置有第一附加连接管31，解析气缓冲罐4和抽空真空泵28之间设置有第二附加连接管32，第二级PSA吸附罐5一端设置有出气管14，出气管14上设置有第三电控阀15，第二级PSA吸附罐5后侧设置有真空泵8，第二级PSA吸附罐5和真空泵8之间设置有真空解析管道20，真空解析管道20上设置有第五电控阀21，真空泵8后端设置有二级解析气输出管道22，二级解析气输出管道22上设置有第六电控阀23，第一级PSA吸附罐2和第二级PSA吸附罐5内部均设置有吸附填充物27，沼气缓冲罐1、第一级PSA吸附罐2、解析气缓冲罐4、第二级PSA吸附罐5上端均设置有吸附进气管24且下端设置有吸附出气管25，吸附出气管25外侧设置有支撑座26。
优选的：进气管9通过法兰和沼气压缩机6连接，第一电控阀10通过螺纹连接进气管9，进气管9起连接外部气源作用，通过法兰连接保证了密封性；回流管12通过焊接和进气管9、出气管14连接，第二电控阀13通过螺纹连接回流管12，回流管12起将二级处理后的气体传回前端，通过焊接保证了密封性；连接管16通过法兰连接于沼气缓冲罐1、第一级PSA吸附罐2、解析气缓冲罐4、第二级PSA吸附罐5、罗茨风机7，连接管16起连接作用；产品气输出管18通过法兰连接第一级PSA吸附罐2、产品气缓冲罐3，第四电控阀19通过螺纹连接产品气输出管18，产品气输出管18起传输作用，第四电控阀19起控制通断作用，通过螺纹连接保证了连接稳定性；真空解析管道20通过法兰连接与第二级PSA吸附罐5、真空泵8，第五电控阀21通过螺纹连接真空解析管道20，真空解析管道20起传输出废气作用，用于将吸附填充物27处理后的废气传出；二级解析气输出管道22通过法兰连接于真空泵8，第六电控阀23通过螺纹连接二级解析气输出管道22，第六电控阀23为常开电控阀，二级解析气输出管道22起传输作用；沼气缓冲罐1、第一级PSA吸附罐2、产品气缓冲罐3、解析气缓冲罐4、第二级PSA吸附罐5、材质为铸钢，采用铸钢材质，结构稳定性好，加工效果好
工作原理：将脱硫后的原料沼气经过沼气缓冲罐1加压，缓冲后输送至第一级PSA吸附罐2，将第一级PSA吸附罐2产出的富含甲烷的气体即产品气送至产品气缓冲罐3，解析气将输送至第二级PSA吸附罐5的进气气路入口，经过罗茨风机7加压后，送至第二级PSA吸附罐5进行吸附，将第一级PSA解析气脱除大部分二氧化碳，并且经过第二级PSA吸附罐5的产品气则富集了第一级PSA解析气中大部分甲烷，通过出气管14、回流管12输送至沼气压缩机6前，作为原料沼气回收生产，其中第二级PSA在吸附完毕后，关闭进气气路，第一级PSA的解析气会存储在第二级PSA的解析气缓冲罐4内，此时第二级PSA吸附罐5与真空泵8相连接，真空将吸附填充物27进行净化，解析出大部分二氧化碳直接排空，此时第二级PSA的解析气含甲烷量极低，从而控制住整个装置排出的甲烷量，进步提高了脱碳装置甲烷的收率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (8)
1.一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，其特征在于：包括沼气缓冲罐（1）、第一级PSA吸附罐（2）、产品气缓冲罐（3）、解析气缓冲罐（4），所述沼气缓冲罐（1）一端设置有沼气压缩机（6），所述沼气缓冲罐（1）和所述沼气压缩机（6）之间设置有压缩管（11），所述沼气压缩机（6）一端设置有进气管（9），所述进气管（9）上设置有第一电控阀（10），所述进气管（9）前端设置有回流管（12），所述回流管（12）上设置有第二电控阀（13），所述沼气缓冲罐（1）另一侧设置有所述第一级PSA吸附罐（2），所述第一级PSA吸附罐（2）一侧设置有所述解析气缓冲罐（4），所述第一级PSA吸附罐（2）后侧设置有所述产品气缓冲罐（3），所述第一级PSA吸附罐（2）、所述产品气缓冲罐（3）之间设置有产品气输出管（18），所述产品气输出管（18）上设置有第四电控阀（19），所述第一级PSA吸附罐（2）和所述回流管（12）之间设置有附加管（29），所述附加管（29）上设置有第七电控阀（30），所述解析气缓冲罐（4）一侧设置有罗茨风机（7），所述罗茨风机（7）一侧设置有第二级PSA吸附罐（5），所述沼气缓冲罐（1）和所述第一级PSA吸附罐（2）之间、所述第一级PSA吸附罐（2）和所述解析气缓冲罐（4）之间、所述解析气缓冲罐（4）和所述罗茨风机（7）之间、所述罗茨风机（7）和所述第二级PSA吸附罐（5）之间均设置有连接管（16），所述连接管（16）上设置有连接电控阀（17），所述第一级PSA吸附罐（2）和所述解析气缓冲罐（4）之间设置有抽空真空泵（28），所述第一级PSA吸附罐（2）和所述抽空真空泵（28）之间设置有第一附加连接管（31），所述解析气缓冲罐（4）和所述抽空真空泵（28）之间设置有第二附加连接管（32），所述第二级PSA吸附罐（5）一端设置有出气管（14），所述出气管（14）上设置有第三电控阀（15），所述第二级PSA吸附罐（5）后侧设置有真空泵（8），所述第二级PSA吸附罐（5）和所述真空泵（8）之间设置有真空解析管道（20），所述真空解析管道（20）上设置有第五电控阀（21），所述真空泵（8）后端设置有二级解析气输出管道（22），所述二级解析气输出管道（22）上设置有第六电控阀（23），所述第一级PSA吸附罐（2）和所述第二级PSA吸附罐（5）内部均设置有吸附填充物（27），所述沼气缓冲罐（1）、所述第一级PSA吸附罐（2）、所述解析气缓冲罐（4）、所述第二级PSA吸附罐（5）上端均设置有吸附进气管（24）且下端设置有吸附出气管（25），所述吸附出气管（25）外侧设置有支撑座（26）。
2.根据权利要求1所述的一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，其特征在于：所述进气管（9）通过法兰和所述沼气压缩机（6）连接，所述第一电控阀（10）通过螺纹连接所述进气管（9）。
3.根据权利要求1所述的一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，其特征在于：所述回流管（12）通过焊接和所述进气管（9）、所述出气管（14）连接，所述第二电控阀（13）通过螺纹连接所述回流管（12）。
4.根据权利要求1所述的一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，其特征在于：所述连接管（16）通过法兰连接于所述沼气缓冲罐（1）、所述第一级PSA吸附罐（2）、所述解析气缓冲罐（4）、所述第二级PSA吸附罐（5）、所述罗茨风机（7）。
5.根据权利要求1所述的一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，其特征在于：所述产品气输出管（18）通过法兰连接所述第一级PSA吸附罐（2）、所述产品气缓冲罐（3），所述第四电控阀（19）通过螺纹连接所述产品气输出管（18）。
6.根据权利要求1所述的一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，其特征在于：所述真空解析管道（20）通过法兰连接与所述第二级PSA吸附罐（5）、所述真空泵（8），所述第五电控阀（21）通过螺纹连接所述真空解析管道（20）。
7.根据权利要求1所述的一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，其特征在于：所述二级解析气输出管道（22）通过法兰连接于所述真空泵（8），所述第六电控阀（23）通过螺纹连接所述二级解析气输出管道（22）,所述第六电控阀（23）为常开电控阀。
8.根据权利要求1所述的一种能提高甲烷回收率的两级串联变压吸附沼气提纯系统，其特征在于：所述沼气缓冲罐（1）、所述第一级PSA吸附罐（2）、所述产品气缓冲罐（3）、所述解析气缓冲罐（4）、所述第二级PSA吸附罐（5）、材质为铸钢。
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