CN113201374A - 一种用于沼气提纯的进气系统及沼气处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于沼气提纯的进气系统及沼气处理方法，包括第一换热器，第一换热器的管程出口端连通有分离罐，分离罐的顶部连通有第一气体管道的一端，第一气体管道的另一端上连通有第二换热器的管程入口端，第二换热器的管程出口端上连通有缓冲罐，缓冲罐的顶部上连通有第二气体管道的一端，第二气体管道的另一端上设置有压缩机的入口端，压缩机的出口端和第二换热器的壳程入口端之间设置有第三气体管道，第二换热器的壳程出口端上设置有第四气体管道的一端，第四气体管道的另一端上设置有第三换热器的管程入口端，第三换热器的管程出口端上设置有第五气体管道。减少压缩过程中游离水的析出；本发明调节、使用方便，具有广泛的市场前景。

Description

一种用于沼气提纯的进气系统及沼气处理方法

技术领域

本发明涉及沼气进气领域，具体涉及一种用于沼气提纯的进气系统及沼 气处理方法。

背景技术

沼气提纯是利用物理或化学的方法，将沼气中的二氧化碳、硫化氢、水分及其他杂质组分去除，制取符合国家《天然气》（GB17820-2012）标准或《车用压缩天然气》（GB18047-2017）标准要求的生物天然气。沼气是有机物质经过厌氧发酵产生的，含有饱和水、杂质、微量的硫化氢、大量的甲烷和二氧化碳。由于沼气经发酵后温度一般在40℃以上，含水量比较高，在压缩过程中易于出现游离水，对压缩机产生撞击，并与硫化氢、二氧化碳等酸性气体结合形成酸液，对设备造成腐蚀。

沼气压缩机是沼气提纯系统中的关键设备，首先其作用不可或缺，其次 价格昂贵，作为主要运转设备经常需要维护，因此创造良好的进气条件非常 重要。由于沼气中含有酸性气体，含有污泥杂质，且含水量较高，易于造成 压缩机的腐蚀和损坏。通常在沼气压缩机进气前设置有水分离器或缓冲罐， 虽然经过初步分离，但由于沼气温度一般高于40℃，含水量达到7.2％，因此 在压缩过程中易于出现游离水，对设备造成冲击，与沼气中的腐蚀介质形成 酸液后还会造成腐蚀。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种能够减少压缩过程中游离水的析 出从而减少酸性液体的产生进而提高设备耐用性的用于沼气提纯的进气系统 及沼气处理方法，用于克服现有技术中缺陷。

本发明采用的技术方案为：一种用于沼气提纯的进气系统，包括第一换 热器，所述的第一换热器的管程出口端连通有分离罐，分离罐的顶部连通有 第一气体管道的一端，第一气体管道的另一端上连通有第二换热器的管程入 口端，第二换热器的管程出口端上连通有缓冲罐，缓冲罐的顶部上连通有第 二气体管道的一端，第二气体管道的另一端上设置有压缩机的入口端，压缩 机的出口端和第二换热器的壳程入口端之间设置有第三气体管道，第二换热 器的壳程出口端上设置有第四气体管道的一端，第四气体管道的另一端上设 置有第三换热器的管程入口端，第三换热器的管程出口端上设置有第五气体 管道。

优选的，所述的压缩机采用柱塞式压缩机，缓冲罐的顶部设置有缓冲罐 出气管，缓冲罐的底部设置有缓冲罐排污管，所述的缓冲罐出气管和所述的 缓冲罐排污管之间的缓冲罐上设置有缓冲罐进气管和缓冲罐回气管，所述的 缓冲罐和第二换热器的管程出口端通过所述的缓冲罐进气管相连通，所述的 缓冲罐回气管和第三气体管道之间设置有热气回流管道，所述的缓冲罐回气 管和第五气体管道之间设置有排气回流管道，所述的第一气体管道沿着分离 罐至第二换热器的方向上依次设置有沼气风机和气体流量计。

优选的，所述的第三换热器的外侧设置有冷水机组，冷水机组的出口端 上设置有冷却循环水泵，第一换热器的壳程入口端和冷却循环水泵之间以及 第三换热器的壳程入口端和冷却循环水泵之间均分别通过冷却水进水管相连 通，冷水机组的进口端和第一换热器的壳程出口端之间以及第三换热器的壳 程出口端和冷水机组的进口端之间均分别通过冷却水回水管相连通。

优选的，所述的分离罐的顶部设置有分离罐出气管，分离罐的底部设置 有分离罐排污管，分离罐内设置有活性炭层，活性炭层上方的分离罐内设置 有滤网层，活性炭层和所述的分离罐排污管之间的分离罐上设置有分离罐进 气管，滤网层和活性炭层之间的分离罐内设置有除沫器，分离罐和第一换热 器的管程出口端之间通过所述的分离罐进气管相连通，分离罐和第一气体管 道之间通过所述的分离罐出气管相连通。

优选的，所述的排气回流管道上设置有排气回流调节阀，热气回流管道 上设置有热气回流调节阀，排气回流调节阀和缓冲罐之间的排气回流管道上 以及热气回流调节阀和缓冲罐之间的热气回流管道均分别设置有止回阀，缓 冲罐的顶部设置有压力探头和第一温度探头。

优选的，所述的第一换热器的壳程入口端内设置有第二温度探头。

优选的，所述的活性炭层和所述的所述的分离罐排污管之间的分离罐上 设置有液位计，所述的分离罐排污管上设置有排污截止阀。

优选的，所述的沼气风机采用罗茨风机，第二换热器的壳程入口端内设 置有第三温度探头，第二换热器的管程出口端内设置有第四温度探头，第三 换热器的管程出口端内设置有第五温度探头。

一种利用以上所述的用于沼气提纯的进气系统的沼气处理方法，包括以 下步骤：

沼气进入第一换热器的管程被第一换热器的壳程的5℃至10℃的冷源冷 却到15℃至20℃，沼气内的水汽组分部分凝结成液态,受重力作用在分离器 内沉积分离，沼气内的部分酸性气体经过活性炭层吸附后，再经过除沫器和 滤网层进一步拦截液滴，然后所述的沼气中的气相部分进入到第一气体管道 内。

在第一气体管道内经过沼气风机的预加压，然后依次通过第二换热器的 管程和缓冲罐，经过压缩机加压后，一部分所述的沼气经热气回流管道回流 到缓冲罐对缓冲罐内的未经压缩机加压的沼气进行直接混合加热至35℃至 40℃的正常运行温度；另一部分所述的沼气进入到第二换热器的壳程和第二 换热器的管程进行换热。

当第二换热器的壳程的温度和第二换热器的管程的温度趋于平稳后，逐 步提高压缩机的负载，第二换热器的壳程入口端的温度逐步提高逐步提高至 70℃至90℃。

经过第二换热器壳程进行换热后的所述的沼气，进入第三换热器的管程 和第三换热器的壳程的冷源进行换热，第三换热器的管程出口端的温度位于 30℃至40℃，通过第三换热器的管程后的一部分所述的沼气进入到下道工序， 另一部分所述的沼气经过排气回流管道回流到缓冲罐内。

本发明有益效果是：首先，本发明复热使沼气中的水分处于不饱和态， 避免了在压缩过程中出现游离水，从而使通过复热的沼气处于干气环境，硫 化氢、CO₂等不能形成酸液，不易造成腐蚀；同时，由于不产生游离水，减少 了对压缩机的冲击，降低了压缩机维护费用。

其次，本发明通过预冷大幅减少了沼气中的含水量，提高了压缩机有效 进气量，可减小机型、降低能耗、降低压缩机成本。

最后，本发明采用压缩机的高温排气来进行复热，而非电加热器，可进 一步提供能量利用，降低能耗，节约成本。

本发明具有结构简单，操作方便，设计巧妙，大大提高了工作效率，具 有很好的社会和经济效益，是易于推广使用的产品。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1细节A的局部放大示意图。

图3为图1细节B的局部放大示意图。

图4为图1细节C的局部放大示意图。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，一种用于沼气提纯的进气系统及沼气处理方法， 包括第一换热器1，所述的第一换热器1的管程出口端连通有分离罐2，分离 罐2的顶部连通有第一气体管道3的一端，第一气体管道3的另一端上连通 有第二换热器4的管程入口端，第二换热器4的管程出口端上连通有缓冲罐5， 缓冲罐5的顶部上连通有第二气体管道6的一端，第二气体管道6的另一端 上设置有压缩机7的入口端，压缩机7的出口端和第二换热器4的壳程入口 端之间设置有第三气体管道8，第二换热器4的壳程出口端上设置有第四气体 管道9的一端，第四气体管道9的另一端上设置有第三换热器10的管程入口 端，第三换热器10的管程出口端上设置有第五气体管道11。

所述的压缩机7采用柱塞式压缩机，缓冲罐5的顶部设置有缓冲罐出气 管，缓冲罐5的底部设置有缓冲罐排污管，所述的缓冲罐出气管和所述的缓 冲罐排污管之间的缓冲罐5上设置有缓冲罐进气管和缓冲罐回气管，所述的 缓冲罐5和第二换热器4的管程出口端通过所述的缓冲罐进气管相连通，所 述的缓冲罐回气管和第三气体管道8之间设置有热气回流管道12，所述的缓 冲罐回气管和第五气体管道11之间设置有排气回流管道13。所述的第一气体 管道3沿着分离罐2至第二换热器4的方向上依次设置有沼气风机27和气体 流量计28，所述的排气回流管道13上设置有排气回流调节阀32，热气回流 管道12上设置有热气回流调节阀20，排气回流调节阀32和缓冲罐5之间的 排气回流管道13上以及热气回流调节阀20和缓冲罐5之间的热气回流管道 12均分别设置有止回阀21，缓冲罐5的顶部设置有压力探头22和第一温度 探头23。

第一温度探头23所反馈的温度调节热气回流调节阀20的开度控制经过 压缩机7压缩后的气体回流到缓冲罐5的回流比，利用经压缩机7压缩后的 气体直接和缓冲罐5内未经压缩机7压缩的气体进行混合进而提高进入压缩 机7入口端之前的气体温度，从而提高经压缩机7压缩后气体的温度，降低 经压缩机7压缩后温度位于仍达不到预设温度，所述的预设温度即是经压缩 机7加压后水的露点温度，持续有水雾析出进而持续产生酸雾腐蚀设备，降 低了沼气中酸雾的含量，从而降低水雾进一步和沼气内的酸性气体结合生产 酸雾对设备造成冲击和腐蚀。

沼气风机27采用罗茨风机，沼气风机27被变频电机驱动，第二换热器4 的壳程入口端内设置有第三温度探头29，第二换热器4的管程出口端内设置 有第四温度探头30，第三换热器10的管程出口端内设置有第五温度探头31。 根据第四温度探头30反馈的温度结合气体流量计28反馈的流量对缓冲罐5 的温度进行预判进一步的为了提高本系统对缓冲罐5温度的预判；进一步的 设置沼气风机27进行预增压，可克服第二换热器4阻力，避免压缩机7前出 现负压；压缩机7进气压力由常压提高至5至10kpa后，有利于压缩机7减 小机型，降低能耗、降低压缩机成本。同时为了进一步的保证压缩机7进气 压力，本产品可以通过缓冲罐5的顶部设置有压力探头22反馈的数值，进而 调节排气回流调节阀32的开度，进而调节通过排气回流管道13回流到缓冲 罐5沼气的回流比进而补偿在因沼气风机27预加压不足的技术问题。

所述的第三换热器10的外侧设置有冷水机组14，冷水机组14的出口端 上设置有冷却循环水泵15，第一换热器1的壳程入口端和冷却循环水泵15之 间以及第三换热器10的壳程入口端和冷却循环水泵15之间均分别通过冷却 水进水管16相连通，冷水机组14的进口端和第一换热器1的壳程出口端之 间以及第三换热器10的壳程出口端和冷水机组14的进口端之间均分别通过 冷却水回水管17相连通。所述的第一换热器1的壳程入口端内设置有第二温 度探头24。采用现有技术中制造5℃至10℃的循环冷冻水的冷水机组14，用 于压缩机7排气的冷却和第一换热器1对沼气的预冷，可确保冷却效果。尤 其适用于水洗提纯工艺，该工艺中原已配有冷水机组，只需略微扩大选型即 可。

所述的分离罐2的顶部设置有分离罐出气管，分离罐2的底部设置有分 离罐排污管，分离罐2内设置有活性炭层18，活性炭层18上方的分离罐2内 设置有滤网层19，滤网层19的孔径采用3μm至7μm，活性炭层18和所述 的分离罐排污管之间的分离罐2上设置有分离罐进气管，分离罐2和第一换 热器1的管程出口端之间通过所述的分离罐进气管相连通，分离罐2和第一 气体管道3之间通过所述的分离罐出气管相连通。

所述的滤网层19和活性炭层18之间的分离罐2内设置有除沫器25，活 性炭层18和所述的所述的分离罐排污管之间的分离罐2上设置有液位计26， 所述的缓冲罐排污管和所述的分离罐排污管上均分别设置有排污截止阀。分 离罐2、第一气体管道3、第二换热器4、缓冲罐5、第二气体管道6、压缩机 7、第三气体管道8、第四气体管道9、第三换热器10、第五气体管道11、热 气回流管道12和排气回流管道13上均分别设置有隔热层33。

本产品使用方法如下：如图1、2、3、4所示，首先打开冷水机组14，冷 水机组14分别向第一换热器1的壳程和第三换热器10的壳程提供5℃至10℃ 的冷却水用于第一换热器1的管程内流通的介质和第三换热器10的管程内流 通的介质的换热，沼气通过第一换热器1的管程，被第一换热器1的壳程内 由冷水机组14提供的冷却水冷却到15℃至20℃，所述的沼气中的水汽组分 部分被凝结形成液态水，所述的液态水受重力作用在分离器2内沉积分离， 沼气内的酸气组分经过的活性炭层18吸附后，再经过除沫器25和滤网层19 进一步拦截液滴，然后所述的沼气中的气相部分进入到第一气体管道3内。

在第一气体管道3内经过沼气风机27的预加压通过到第二换热器4的管 程，经沼气风机27的加压后进入第二换热器4的管程气体的流量由沼气风机 27预加压的沼气流量经气体流量计28进行反馈；所述的沼气被第二换热器4 的壳程预热后进入到缓冲罐5内，缓冲罐5顶部压力探头22和第一温度探头 23进行反馈进入到压缩机7前沼气的压力和温度；压缩机7对沼气做功后沼 气温度升高，一部分所述的温度升高后的沼气经热气回流管道12回流到缓冲 罐5对的未经压缩机7加压的沼气进行直接混合加热，第一温度探头23反馈 的温度从15℃至20℃提高至35℃至40℃的正常运行温度，回流量根据第一 温度探头23所反馈的温度再进行调节热气回流调节阀20进行调节；

另一部分进入到第二换热器4的壳程和第二换热器4的管程进行换热， 从此时开始，第二换热器4的壳程入口端内设置的第三温度探头29反馈的温 度逐步上升，伴随着第三温度探头29反馈的温度逐步上升第二换热器4的管 程出口端内设置的第四温度探头30反馈的温度逐步上升，当第四温度探头30 反馈的温度和第三温度探头29反馈的温度均趋于平稳时，逐步提高压缩机7 的负载，第三温度探头29反馈的温度逐步提高至70℃至90℃，伴随着第三 温度探头29反馈的温度的提高第二换热器4的管程出口端内设置有第四温度探头30反馈的温度从15℃至20℃提高至35℃至40℃，调节热气回流调节阀 20的开度，第一温度探头23反馈的温度维持在35℃至40℃，当第三温度探 头29反馈的温度位于70℃至90℃换热完毕后进入到第三换热器10的管程被 第三换热器10的壳程内由冷水机组14提供的冷却水冷却，第三换热器10的 管程出口端内设置有第五温度探头31反馈的温度位于30℃至40℃，当低负 荷运行时，冷却后的沼气一部分回流到缓冲罐5内对缓冲罐5内的压力进行补偿，回流量根据压力探头22所反馈的压力调节排气回流调节阀32控制， 另一部分所述的冷却后的沼气通过第五气体管道11的末端进入到下道工序。

通过实施例，实现了减少压缩过程中游离水的析出从而减少酸性液体的 产生进而提高设备耐用性；可有效降低设备运行维护成本，提高沼气压缩机 进气对硫化氢的耐受性能。同时，该进气系统可以利用压缩后的高压高温气 体对原料气复热，实现了余热利用。

另外需要说明的是，和现有技术中沼气进气温度一般为40℃，含水量高 达7.2％，导致沼气压缩机有效进气量低，选择机型比较大，能耗高，设备价 格高；本产品通过预冷大幅减少了沼气中的含水量，提高了压缩机7有效进 气量，可减小机型、降低能耗、降低压缩机7成本；更进一步的来说，现有 技术中沼气含水导致在压缩过程中出现游离水，对沼气压缩机气缸、活塞造 成冲击，造成磨损和破坏，压缩机维护费用高；本产品通过复热使沼气处于 不饱和态，减少压缩过程中出现的游离水，从而使通过复热使沼气处于干气 环境，硫化氢、CO₂等不能形成酸液，不易造成腐蚀；减少了对压缩机7造成 冲击，降低了压缩机维护费用。

本发明是满足于沼气进气领域工作者需要的一种用于沼气提纯的进气系 统及沼气处理方法，使得本发明具有广泛的市场前景。

Claims (9)

1.一种用于沼气提纯的进气系统，其特征在于：包括第一换热器(1)，所述的第一换热器(1)的管程出口端连通有分离罐(2)，分离罐(2)的顶部连通有第一气体管道(3)的一端，第一气体管道(3)的另一端上连通有第二换热器(4)的管程入口端，第二换热器(4)的管程出口端上连通有缓冲罐(5)，缓冲罐(5)的顶部上连通有第二气体管道(6)的一端，第二气体管道(6)的另一端上设置有压缩机(7)的入口端，压缩机(7)的出口端和第二换热器(4)的壳程入口端之间设置有第三气体管道(8)，第二换热器(4)的壳程出口端上设置有第四气体管道(9)的一端，第四气体管道(9)的另一端上设置有第三换热器(10)的管程入口端，第三换热器(10)的管程出口端上设置有第五气体管道(11)。

2.根据权利要求1所述的用于沼气提纯的进气系统，其特征在于：所述的压缩机(7)采用柱塞式压缩机，缓冲罐(5)的顶部设置有缓冲罐出气管，缓冲罐(5)的底部设置有缓冲罐排污管，所述的缓冲罐出气管和所述的缓冲罐排污管之间的缓冲罐(5)上设置有缓冲罐进气管和缓冲罐回气管，所述的缓冲罐(5)和第二换热器(4)的管程出口端通过所述的缓冲罐进气管相连通，所述的缓冲罐回气管和第三气体管道(8)之间设置有热气回流管道(12)，所述的缓冲罐回气管和第五气体管道(11)之间设置有排气回流管道(13)，所述的第一气体管道(3)沿着分离罐(2)至第二换热器(4)的方向上依次设置有沼气风机(27)和气体流量计(28)。

3.根据权利要求1所述的用于沼气提纯的进气系统，其特征在于：所述的第三换热器(10)的外侧设置有冷水机组(14)，冷水机组(14)的出口端上设置有冷却循环水泵(15)，第一换热器(1)的壳程入口端和冷却循环水泵(15)之间以及第三换热器(10)的壳程入口端和冷却循环水泵(15)之间均分别通过冷却水进水管(16)相连通，冷水机组(14)的进口端和第一换热器(1)的壳程出口端之间以及第三换热器(10)的壳程出口端和冷水机组(14)的进口端之间均分别通过冷却水回水管(17)相连通。

4.根据权利要求2所述的用于沼气提纯的进气系统，其特征在于：所述的分离罐(2)的顶部设置有分离罐出气管，分离罐(2)的底部设置有分离罐排污管，分离罐(2)内设置有活性炭层(18)，活性炭层(18)上方的分离罐(2)内设置有滤网层(19)，活性炭层(18)和所述的分离罐排污管之间的分离罐(2)上设置有分离罐进气管，滤网层(19)和活性炭层(18)之间的分离罐(2)内设置有除沫器(25)，分离罐(2)和第一换热器(1)的管程出口端之间通过所述的分离罐进气管相连通，分离罐(2)和第一气体管道(3)之间通过所述的分离罐出气管相连通。

5.根据权利要求2所述的用于沼气提纯的进气系统，其特征在于：所述的排气回流管道(13)上设置有排气回流调节阀(32)，热气回流管道(12)上设置有热气回流调节阀(20)，排气回流调节阀(32)和缓冲罐(5)之间的排气回流管道(13)上以及热气回流调节阀(20)和缓冲罐(5)之间的热气回流管道(12)均分别设置有止回阀(21)，缓冲罐(5)的顶部设置有压力探头(22)和第一温度探头(23)。

6.根据权利要求3所述的用于沼气提纯的进气系统，其特征在于：所述的第一换热器(1)的壳程入口端内设置有第二温度探头(24)。

7.根据权利要求4所述的用于沼气提纯的进气系统，其特征在于：所述的活性炭层(18)和所述的所述的分离罐排污管之间的分离罐(2)上设置有液位计(26)，所述的分离罐排污管上设置有排污截止阀。

8.根据权利要求5所述的用于沼气提纯的进气系统，其特征在于：所述的沼气风机(27)采用罗茨风机，第二换热器(4)的壳程入口端内设置有第三温度探头(29)，第二换热器(4)的管程出口端内设置有第四温度探头(30)，第三换热器(10)的管程出口端内设置有第五温度探头(31)。

9.一种利用权利要求4所述的用于沼气提纯的进气系统的沼气处理方法，其特征在于：包括以下步骤

沼气进入第一换热器(1)的管程被第一换热器(1)的壳程的5℃至10℃的冷源冷却到15℃至20℃，沼气内的水汽组分部分凝结成液态,受重力作用在分离器内沉积分离，沼气内的部分酸性气体经过活性炭层(18)吸附后，再经过除沫器(25)和滤网层(19)进一步拦截液滴，然后所述的沼气中的气相部分进入到第一气体管道(3)内。

在第一气体管道(3)内经过沼气风机(27)的预加压，然后依次通过第二换热器(4)的管程和缓冲罐(5)，经过压缩机(7)加压后，一部分所述的沼气经热气回流管道(12)回流到缓冲罐(5)对缓冲罐(5)内的未经压缩机(7)加压的沼气进行直接混合加热至35℃至40℃的正常运行温度；另一部分所述的沼气进入到第二换热器(4)的壳程和第二换热器(4)的管程进行换热。

当第二换热器(4)的壳程的温度和第二换热器(4)的管程的温度趋于平稳后，逐步提高压缩机(7)的负载，第二换热器(4)的壳程入口端的温度逐步提高逐步提高至70℃至90℃。

经过第二换热器(4)壳程进行换热后的所述的沼气，进入第三换热器(10)的管程和第三换热器(10)的壳程的冷源进行换热，第三换热器(10)的管程出口端的温度位于30℃至40℃，通过第三换热器(10)的管程后的一部分所述的沼气进入到下道工序，另一部分所述的沼气经过排气回流管道(13)回流到缓冲罐(5)内。

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