CN114874819A - 用于沼气净化的脱碳方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了沼气提纯净化领域一种用于沼气净化的脱碳方法，包括以下步骤：将脱氨脱硫后的沼气通过缓冲过滤罐初步过滤；将初步过滤的沼气通过螺杆压缩机进行增压，并通过冷却水对螺杆压缩机的润滑油进行降温；将增压后的沼气通过预冷器，且通过水源热泵中蒸发器出来的冷却水对沼气进行预冷、降温除湿，将降温除湿后的沼气通过气体净化器再次进行净化，经过热能循环系统将螺杆压缩机的热量传至纤维膜组前端的气路部分，对净化后的沼气通过气体加热器进行气体加热；加热后的沼气通过纤维膜组去除杂质，将处理好的沼气降压为低压气体，再将沼气输送至产品使用点。本发明利用冷冻水的循环利用，节约成本，提高冷冻干燥机运行COP，能量利用率高。

Description

用于沼气净化的脱碳方法

技术领域

本发明涉及沼气提纯净化领域，具体地，涉及一种用于沼气净化的脱碳方法。

背景技术

沼气中成分较多较杂，有一些气体夹杂在沼气中，在应用过程中对工艺、设备、环境都将造成一定的影响；沼气中的二氧化碳是一种无色无味气体，溶于水形成碳酸，对金属有腐蚀作用。二氧化碳有灭火阻燃作用，常用作灭火剂，在以燃烧放热或以燃烧做功为目的的系统中，二氧化碳的存在通常会降低燃烧热的利用率、降低火焰温度、降低气缸容积利用率，导致放热或做功过程中成本增加。因此在这类气体的使用过程中，只有将二氧化碳降低到较低的含量，才能达到使用要求，提高设备效率，降低使用要求，因此在沼气提纯中须进行脱碳处理。目前，传统沼气脱碳采用液体吸收提纯工艺，其缺点如下：设备组成及操作复杂，动力消耗较高，且为了后端使用需要增设比其它工艺更大的深度脱水装置。

经现有技术检索发现，中国发明专利公布号为CN109054916A，公开了一种沼气脱碳方法和系统，所述方法包括：将通过脱硫处理后的沼气通过盛装有脱碳溶液的脱碳塔；将所述第一级脱碳塔中已吸收二氧化碳的脱碳溶液通过加热室；将通过所述加热室后的脱碳溶液通过三室电解槽；将通过所述三室电解槽后的脱碳溶液经过降温处理，再次通入所述脱碳塔。该专利技术就存在上述相关问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于沼气净化的脱碳方法。

根据本发明提供的一种用于沼气净化的脱碳方法，包括以下步骤：

步骤1.将脱氨脱硫后的沼气通过缓冲过滤罐去除所述沼气中的粉尘颗粒和液态水滴；

步骤2.将完成初步过滤的所述沼气通过螺杆压缩机进行增压，并通过冷却水对所述螺杆压缩机的润滑油进行降温；

步骤3.将增压后的所述沼气通过预冷器，且通过水源热泵中蒸发器出来的冷却水对沼气进行预冷，经过预冷后的所述沼气通过冷冻干燥机的蒸发器进行降温除湿；

步骤4.将降温除湿后的所述沼气通过气体净化器再次进行净化，经过热能循环系统将所述螺杆压缩机的热量传至纤维膜组前端的气路部分，对净化后的所述沼气通过气体加热器进行气体加热；

步骤5.加热后的所述沼气通过所述纤维膜组去除二氧化碳、硫化氢以及氧气杂质，将处理好的所述沼气通过气体减压器降低为低压气体，降压后的所述沼气输送至产品使用点。

一些实施方式中，在步骤2中，所述螺杆压缩机上连接设置油冷却器，所述螺杆压缩机与所述油冷却器之间双向流动润滑油，所述油冷却器给所述螺杆压缩机中所述润滑油降温的同时给冷却水进行加热，升温后的所述冷却水对净化后的所述沼气进行加热。

一些实施方式中，取热冷却水依次通过第一换热器和第二换热器，所述油冷却器通过第二换热器进行热能回收，通过所述第二换热器的冷却水完成热能回收后流出；已经回收所述螺杆压缩机热量的冷却水在所述第二换热器重对取热冷却水进行加热，当无取热冷却水或无需回收热量时，所述第二换热器上对应设置的第二风机进行启动，将回收热能排至空气中。

一些实施方式中，在步骤3中，所述冷冻干燥机和所述水源热泵中用于回收冷凝热的冷却水在第一换热器中对取热冷却水进行加热，当无取热冷却水或无需回收热量时，所述第一换热器上对应设置的第一风机进去启动，将回收热能排至空气中。

一些实施方式中，已经在所述第一换热器中放完热的冷却水分为两路，一路所述冷却水经过所述水源热泵的蒸发器进行降温，降温后的所述冷却水对所述沼气进行预冷以及对所述冷冻干燥机的冷凝热进行热回收；另一路所述冷却水经过所述水源热泵的冷凝器进行升温，升温后的冷却水通向气体加热器对所述沼气进行加热。

一些实施方式中，在步骤3中，所述冷冻干燥机包括蒸发器和冷凝器，所述蒸发器对所述沼气进行降温除湿，所述冷凝器对所述冷却水进行加热，所述蒸发器与所述冷凝器之间双向流动制冷剂。

一些实施方式中，在步骤4中，通过多级过滤系统进行气体净化，所述多级过滤系统将固体颗粒物降至小于等于0.01μm，所述多级过滤系统内设有碳床过滤器，所述碳床过滤器将气体中含油量降至小于等于0.01ppm。

一些实施方式中，在步骤5中，所述纤维模组包括一级膜和二级膜，所述沼气中的二氧化碳通过所述纤维模组达到输出标准，所述沼气中的外排气在所述一级膜中被排放，经过所述一级膜的所述沼气输送至所述二级膜。

一些实施方式中，所述沼气经过所述二级膜后，所述二级膜的排放气通过回路返回至所述缓冲过滤罐与所述螺杆压缩机之间完成闭式循环。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过缓冲过滤罐进行初步过滤，并通过螺杆压缩机进行增压，通过冷却水在油冷却器中给螺杆压缩机润滑油进行降温，预冷器对沼气进行预冷，降低冷冻干燥机的制冷负荷，实现流程比较简单，而且利用冷冻水的循环利用作用可以有效节约成本；

2、本发明通过水源热泵对冷却水进行升温和降温，保证了预冷器、冷冻干燥机的进水温度不会受取热冷却水的温度影响，使得冷冻干燥机的冷凝器散热介质由较高温的沼气变成温度较低的冷却水，冷冻干燥机运行COP提高，使得沼气提纯至产出天然气产品气体时，能量利用率高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明用于沼气净化的脱碳方法的方法流程图；

附图标记：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示为用于沼气净化的脱碳方法的方法流程图，包括以下步骤：

步骤1.将脱氨脱硫后的沼气通过缓冲过滤罐1去除沼气中的粉尘颗粒和液态水滴，为避免完成脱氨脱硫后的沼气中携带的水、脱硫剂颗粒粉尘的影响，在预增压设备之前加置缓冲过滤罐1，用于去除原料沼气中的粉尘颗粒和液态水滴等。保证螺杆机进口气体的纯净度。

步骤2.将完成初步过滤的沼气通过螺杆压缩机2进行增压，沼气气体压力由1-2KPaG增压至1.5MpaG。并通过冷却水对螺杆压缩机2的润滑油进行降温；螺杆压缩机2上连接设置油冷却器11，螺杆压缩机2与油冷却器11之间双向流动润滑油，油冷却器11给螺杆压缩机2中润滑油降温的同时给冷却水进行加热，升温后的冷却水对进化后的沼气进行加热。

步骤3.将增压后的沼气通过预冷器3，且通过水源热泵14中蒸发器出来的冷却水对沼气进行预冷，经过预冷后的沼气通过冷冻干燥机18的蒸发器4进行降温除湿。冷冻干燥机18首先利用其冷能降低工艺气体露点，经过处理的气体的带压露点为3℃-10℃。其次对于冷干机热能综合利用，对系统产生的热能回收。冷冻干燥机18包括蒸发器4和冷凝器13，蒸发器4对沼气进行降温除湿，冷凝器13对冷却水进行加热，蒸发器4与冷凝器13之间双向流动制冷剂。

取热冷却水依次通过第一换热器12和第二换热器15，油冷却器11通过第二换热器15进行热能回收，通过第二换热器15的冷却水完成热能回收后流出；已经回收螺杆压缩机2热量的冷却水在第二换热器15重对取热冷却水进行加热，当无取热冷却水或无需回收热量时，第二换热器15上对应设置的第二风机17进行启动，将回收热能排至空气中。

冷冻干燥机18和水源热冷中用于回收冷凝热的冷却水在第一换热器12中对取热冷却水进行加热，当无取热冷却水或无需回收热量时，第一换热器12上对应设置的第一风机16进行启动，将回收热能排至空气中。

已经在第一换热器12中放完热的冷却水分为两路，一路冷却水经过水源热泵14的蒸发器进行降温，降温后的冷却水对沼气进行预冷以及对冷冻干燥机18的冷凝热进行热回收；另一路冷却水经过水源热泵14的冷凝器进行升温，升温后的冷却水通向气体加热器6对沼气进行加热。

步骤4.将降温除湿后的沼气通过气体净化器5再次进行净化，通过多级过滤系统进行气体净化，多级过滤系统将固体颗粒物降至小于等于0.01μm，多级过滤系统内设有碳床过滤器，碳床过滤器将气体中含油量降至小于等于0.01ppm。在本实施例中，多级过滤系统采用凯德生产304不锈钢高效过滤器。经过热能循环系统将螺杆压缩机2的热量传至纤维膜组前端的气路部分，对净化后的沼气通过气体加热器6进行气体加热；

步骤5.中空纤维膜的工作原理是通过不同气体在高分子材料中空纤维膜内的渗透速率不同，将不同气体分子进行分离。其中，渗透速率快的气体称为“快气”，渗透速率慢的气体称为“慢气”。“快气”因其渗透得快，大部分被富集在进气口一端而有很小一部分穿透至排气口一端；“慢气”因其渗透得慢，所以大部分穿透膜组至排气口一端而有很小一部分被富集在进气口一端。沼气、垃圾填埋气中的水、硫化氢、二氧化碳和氧气均为“快气”，而氮气、甲烷则为“慢气”。所以，膜组的选择性、渗透吸附特性，决定了膜法沼气提纯不仅可以脱去大量二氧化碳，同时可以除去部分硫化氢和氧气杂质。因此，加热后的沼气通过纤维膜组去除二氧化碳、硫化氢以及氧气杂质，纤维模组包括一级膜7和二级膜8，沼气中的二氧化碳通过纤维模组达到输出标准，沼气中的外排气在一级膜7中被排放，经过一级膜7的沼气输送至二级膜8。沼气经过二级膜8后，二级膜8的排放气通过回路返回至缓冲过滤罐1与螺杆压缩机2之间完成闭式循环。将处理好的沼气通过气体减压器9降低为低压气体，降压后的沼气输送至产品使用点10。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.将脱氨脱硫后的沼气通过缓冲过滤罐(1)去除所述沼气中的粉尘颗粒和液态水滴；

步骤2.将完成初步过滤的所述沼气通过螺杆压缩机(2)进行增压，并通过冷却水对所述螺杆压缩机(2)的润滑油进行降温；

步骤3.将增压后的所述沼气通过预冷器(3)，且通过水源热泵(14)中蒸发器出来的冷却水对沼气进行预冷，经过预冷后的所述沼气通过冷冻干燥机(18)的蒸发器(4)进行降温除湿；

步骤4.将降温除湿后的所述沼气通过气体净化器(5)再次进行净化，经过热能循环系统将所述螺杆压缩机(2)的热量传至纤维膜组前端的气路部分，对净化后的所述沼气通过气体加热器(6)进行气体加热；

步骤5.加热后的所述沼气通过所述纤维膜组去除二氧化碳、硫化氢以及氧气杂质，将处理好的所述沼气通过气体减压器(9)降低为低压气体，降压后的所述沼气输送至产品使用点(10)。

2.根据权利要求1所述的用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，在步骤2中，所述螺杆压缩机(2)上连接设置油冷却器(11)，所述螺杆压缩机(2)与所述油冷却器(11)之间双向流动润滑油，所述油冷却器(11)给所述螺杆压缩机(2)中所述润滑油降温的同时给冷却水进行加热，升温后的所述冷却水对净化后的所述沼气进行加热。

3.根据权利要求2所述的用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，取热冷却水依次通过第一换热器(12)和第二换热器(15)，所述油冷却器(11)通过第二换热器(15)进行热能回收，通过所述第二换热器(15)的冷却水完成热能回收后流出；已经回收所述螺杆压缩机(2)热量的冷却水在所述第二换热器(15)重对取热冷却水进行加热，当无取热冷却水或无需回收热量时，所述第二换热器(15)上对应设置的第二风机(17)进行启动，将回收热能排至空气中。

4.根据权利要求3所述的用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，在步骤3中，所述冷冻干燥机(18)和所述水源热泵(14)中用于回收冷凝热的冷却水在第一换热器(12)中对取热冷却水进行加热，当无取热冷却水或无需回收热量时，所述第一换热器(12)上对应设置的第一风机(16)进去启动，将回收热能排至空气中。

5.根据权利要求4所述的用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，已经在所述第一换热器(12)中放完热的冷却水分为两路，一路所述冷却水经过所述水源热泵(14)的蒸发器进行降温，降温后的所述冷却水对所述沼气进行预冷以及对所述冷冻干燥机(18)的冷凝热进行热回收；另一路所述冷却水经过所述水源热泵(14)的冷凝器进行升温，升温后的冷却水通向气体加热器对所述沼气进行加热。

6.根据权利要求3所述的用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，在步骤3中，所述冷冻干燥机(18)包括蒸发器(4)和冷凝器(13)，所述蒸发器(4)对所述沼气进行降温除湿，所述冷凝器(13)对所述冷却水进行加热，所述蒸发器(4)与所述冷凝器(13)之间双向流动制冷剂。

7.根据权利要求1所述的用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，在步骤4中，通过多级过滤系统进行气体净化(5)，所述多级过滤系统将固体颗粒物降至小于等于0.01μm，所述多级过滤系统内设有碳床过滤器，所述碳床过滤器将气体中含油量降至小于等于0.01ppm。

8.根据权利要求1所述的用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，在步骤5中，所述纤维模组包括一级膜(7)和二级膜(8)，所述沼气中的二氧化碳通过所述纤维模组达到输出标准，所述沼气中的外排气在所述一级膜(7)中被排放，经过所述一级膜(7)的所述沼气输送至所述二级膜(8)。

9.根据权利要求8所述的用于沼气净化的脱碳方法，其特征在于，所述沼气经过所述二级膜(8)后，所述二级膜(8)的排放气通过回路返回至所述缓冲过滤罐(1)与所述螺杆压缩机(2)之间完成闭式循环。

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