CN1966692A - 沼气净化、加压储存及输送工艺方法 - Google Patents

沼气净化、加压储存及输送工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及沼气净化、加压储存及输送工艺方法。本发明工艺方法包括下述步骤：水洗；碱洗；碱洗用碱溶液为生石灰和水的混合液，或为氢氧化钠溶液；脱水；加压储存；输送。本发明提供的沼气纯度明显提高，硫化氢、二氧化碳、水汽等杂质含量显著降低，而甲烷含量大幅度提高，沼气中甲烷含量可达到70％以上，最高可以达95％以上，由于硫化氢含量低，燃烧无异味。本发明可实现稳定、远程、规模化的沼气供气目标，因而特别适合规模化、市场化、商业化运营。

Description

沼气净化、加压储存及输送工艺方法
技术领域
本发明涉及沼气净化、加压储存及输送工艺方法。
背景技术
以沼气为纽带的各类能源生态模式工程是生态家园富民计划的主要建设内容。目前的沼气工程主要有农村户用沼气池、养殖场大中小型沼气工程和城镇生活污水沼气净化工程。全国沼气池总数已达到1000多万个，其中户用沼气池累计达700多万个，所占比例最大，布局上呈星星点点式分布，没有相对集中成片，且以一家一户利用为目的，难以形成规模效益。规模稍大一些的畜禽养殖场的沼气主要是满足自给自用，多余的气体因没有其它消化途径，往往为了沼气池与人身安全而只好向大气排放，造成浪费与污染。
户用沼气池、中小型沼气工程所产生的沼气，一般未经过净化处理或进行简单净化处理就直接使用，由于这种沼气中杂质(硫化氢、二氧化碳、水汽等)含量高，使得燃烧热值低、有异味、灶具寿命短。即使经过简单的脱硫、脱水处理，这种粗放的净化方式必然导致杂质脱除率低；同时由于维护技术水平的普遍不高，使得脱硫剂、脱水剂再生困难，往往在脱硫装置、脱水装置使用一段时间后，就要报废更新，增加了利用成本。国内有识之士也曾设想将分散的沼气收集，象液化石油气、天然气那样集中供气。但是，一方面由于沼气池出口气压力低，造成收集困难，另一方面因沼气压力低所需储气柜体积大，占地广，同时高含量的酸性气体对储气设备腐蚀严重，因此国内大规模收集、储存沼气尚没有付诸实施。就目前我国沼气利用的现状来说，如果不在工艺方法层面有所突破、创新，显然短期内不会得到很好的改观，这种自产自用，利用规模小、利用率不高的状况如果持续下去，无疑将极大限制沼气工程的大力推广普及。
发明内容
本发明的目的是：提供一种净化后沼气中甲烷含量达到70％以上、工艺简单的沼气净化、加压储存及输送工艺方法。
具体的工艺方法如下：
沼气净化、加压储存及输送工艺方法，包括下述步骤
A、水洗
将待净化沼气由水洗罐底部的进气口通入罐内，由罐顶部的出气口排出；所述水洗罐中的水量为罐容积的1/2～2/3；
B、碱洗
将待净化沼气由碱洗罐底部的进气口通入罐内，由罐顶部的出气口排出；所述碱洗罐中的碱溶液量为罐容积的1/2～2/3；
C、脱水
待脱水沼气由脱水罐底部的进气口通入罐内，由罐顶部的出气口排出；所述脱水罐内有多层吸水筛板；
D、加压储存
脱水后沼气经压缩机压入储气容器，储存压力范围为0.1～10MPa；
E、输送
储存在容器中的沼气经过减压并通过管道输送至用户使用。
水洗为一个或一个以上水洗罐串联组成多级水洗净化工艺，即前一个水洗罐的顶部出气口连通后一个水洗罐底部的进气口。
筛板材料为纸或为硅胶或为颗粒活性炭。
加压储存的沼气经过一次或多次降压，将储存容器的出口气压力降至0.05MPa～0.4MPa进行管道输送，再经过一次降压，把沼气压力降至2～5KPa，即可输送到沼气燃具。
碱溶液为生石灰和水的混合液，生石灰与水的质量比为1∶3～9。按每立方米未净化沼气需要0.6-1.2kg生石灰量计算出需要的生石灰量(以每立方米未净化沼气为单位，除去二氧化碳的体积占未净化沼气体积的20-40％及氧化钙的利用率按80％为计算依据)。
碱溶液为氢氧化钠溶液，氢氧化钠与水的质量比为1∶2～10。按每立方米未净化沼气需要0.8-1.6kg氢氧化钠量计算出氢氧化钠使用量(以每立方米未净化沼气为单位，除去二氧化碳的体积占未净化沼气体积的20-40％及氢氧化钠的利用率按80％为计算依据)。
碱洗为一个或一个以上碱洗罐串联组成多级碱洗净化工艺，即前一个碱洗罐的顶部出气口连通后一个碱洗罐底部的进气口。
经过本发明净化后提供的沼气纯度明显提高，硫化氢、二氧化碳、水汽等杂质含量显著降低，而甲烷含量大幅度提高，沼气中甲烷含量可达到70％以上，最高可以达95％以上，由于硫化氢含量低，燃烧无异味。同时，由于CO2的去除，也提高了单位体积沼气的燃值。未净化或简单净化的沼气每立方米发热量仅为20800～23600焦耳，同时燃气中30～45％的二氧化碳杂质将带走大量热量，造成燃烧热值低，火焰局部温度低；经过本发明净化后的沼气每立方米发热量约为27200～34000焦耳，加上热量损失小，燃烧热值高，火焰局部温度高。
本发明将净化后沼气进行一级或多级压缩储存，然后经一级或多级调压，并通过管道输送至用户或将压缩储存的沼气先经车载输送至异地后再经一级或多级调压，并通过管道输送至用户，这是一种全新的技术发明。使得气源集中、稳定，可以建成城镇、居民点大中小型供气工程，实现稳定、远程、规模化的供气目标，因而特别适合规模化、市场化、商业化运营。
本发明如果投入运作，将一改过去投入成本高、浪费严重、收益低的缺点，极大推动生态家园富民计划的实施和新农村建设。能够形成沼气产、供、销一体化，管理运营商业化的新型沼气工程。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地描述。
实施例1：
沼气净化、加压储存及输送工艺方法，包括下述步骤
A、水洗
将待净化沼气由水洗罐底部的进气口通入罐内，由罐顶部的出气口排出；所述水洗罐中的水量为罐容积的1/2～2/3；
水洗为一个或一个以上水洗罐串联组成多级水洗净化工艺，即前一个水洗罐的顶部出气口连通后一个水洗罐底部的进气口。
B、脱水
经过水洗净化后的沼气由脱水罐底部的进气口通入罐内，由罐顶部的出气口排出；所述脱水罐内有多层吸水筛板；筛板材料为纸或为硅胶或为颗粒活性炭。
沼气经过多层筛板的作用，将使得其中的水分被吸收、被阻挡，从而达到脱水的目的。脱水罐内筛板可以经干燥(晒干、凉干或烘干)后重复作用。
每次脱水罐所能脱水的量可由脱水罐的可视窗观察筛板的吸水情况而定，当所有筛板吸足水后可停机取出筛板进行干燥以备再次使用。
C、加压储存
脱水后沼气经压缩机罐入储气容器，储存压力范围为0.1～10Mpa。
D、沼气输送
加压储存的沼气经过一次或多次降压后即可使用。储存容器内的沼气首先经过一次或多次降压，使得储存容器的出口气压力降至0.05MPa～0.4MPa范围内，此压力范围内的沼气经输送管道输送至调压柜(调压箱)或调压阀，经过调压柜(调压箱)或调压阀的再次调压，使得压力从输送过程中的0.05MPa～0.4MPa范围内降至2KPa～5KPa，此压力沼气进入各个用户，并使每个用户达到所需要的使用压力。如调至燃气灶、燃气热水器的使用压力为2KPa。
在上述过程中，启动压缩机工作后，压缩机将抽吸沼气池中沼气，这样沼气池中产生的沼气从水洗罐的底部被抽吸至罐顶部出来，使得沼气带动水洗罐内水翻动，促使沼气与水充分混合，从而除去氨气、硫化氢及沼气中颗粒物等杂质。经过水洗、脱水后的沼气中甲烷含量可达70～85％，沼气中氨、硫化氢及沼气中颗粒物等杂质可去除90％以上。
因为水洗罐中的水用量已决定能净化沼气的体积，再根据压缩机的预定压缩气体速率(流量)或专门加装在压缩机前的气体流量计可以计算出已净化沼气体积，当已净化沼气体积达到所能净化的沼气体积时，压缩机停机。这时可以打开水洗罐的排液阀，排出水洗罐内已吸收了沼气杂质的水，重新装入计算好用量的水，可进行下一轮水洗。
特别要求：水洗过程中各部位的管道连接、闸阀等相关部位要密封，以防止外界空气被吸入沼气中。
储气容器可以设计成圆柱形、球形或其它形状。单个储气容器的最大储气水容积根据设计需要确定。储气容器根据实际情况可以设置一个或多个。储气容器有气体出口与沼气输送管道相连。此储气容器中的储存气可直接通过输气管道输送到用户，也可以作为可移动的储气容器，能用车载将此储气容器运送至异地后再送到用户。储气容器的设计、安装、进出气管道的连接及车载运输的相关要求均参照国家标准《城镇燃气设计规范》GB50028-2006执行。
另外：实际沼气输送过程中，如果沼气产生地与用户的距离较远或因河流、山川等地形阻隔或因某种特殊原因不宜将在沼气产生地净化压缩储存的沼气直接通过管道输送至用户，可在用户所有地另建一个储气容器，用车载运输的方法将在沼气产生地储有净化沼气的储气容器运至用户所在地的储气容器处，通过管道将这两个储气容器连接起来，这样可将车载运输的沼气转存在用户所在地的储气容器中，再经过调压，使得用户所在地储气容器的出口气压力降至0.05MPa～0.4MPa范围内输送至调压柜(调压箱)或调压阀，再经过调压柜(调压箱)或调压阀的调压，使得压力从输送过程中的0.05MPa～0.4MPa范围内降至2KPa～5KPa，此压力沼气进入各个用户，并使每个用户达到所需要的使用压力，如调至天然气灶、天然气热水器的使用压力为2KPa。
输送过程中的输气管道、调压柜(调压箱)、调压阀等的选择、连接、安装及车载运输储气容器的各项要求均参照国家标准《城镇燃气设计规范》GB50028-2006执行。
实施例2：
沼气净化、加压储存及输送工艺方法，包括下述步骤
A、水洗
水洗工艺同实施例1。
水洗后的沼气由碱洗罐底部的进气口通入碱洗罐内碱洗。
B、碱洗
水洗处理后的沼气由碱洗罐底部的进气口通入碱洗罐内，由碱洗罐顶部的排气口排出，再进入脱水罐；碱洗罐中的碱溶液量为罐容积的1/2～2/3；碱溶液为生石灰和水的混合液，生石灰与水的质量比为1∶3～9。按每立方米未净化沼气需要0.6-1.2kg生石灰量计算出需要的生石灰量(以每立方米未净化沼气为单位，除去二氧化碳的体积占未净化沼气体积的20-40％及氧化钙的利用率按80％为计算依据)。
如果净化沼气时采用不止1个碱洗罐，可将若干碱洗罐串联起来，水洗后的沼气从第一个碱洗罐底部进入，再从顶部出来进入第2个碱洗罐底部，沼气依次通过多个碱洗罐碱洗，最后一个碱洗罐出气口与脱水罐的进气口相连，脱水罐出气口再与压缩机进气口相连即可。
C、脱水
脱水工艺同实施例1
D、加压储存
加压储存工艺同实施例1。
E、沼气输送
输送工艺同实施例1。
在上述工艺过程中，启动压缩机后压缩机将抽吸水洗罐中的沼气，这样水洗后的沼气从碱洗罐底被抽吸至罐顶部出来，使得沼气带动石灰乳在碱洗罐内翻动并进一步与沼气混合，从而除去沼气中的二氧化碳、硫化氢等杂质。经水洗-碱洗-脱水工艺净化后的沼气中甲烷含量可达80～90％，沼气中氨、硫化氢及沼气中颗粒物等杂质可去除95％以上。
因为碱洗罐中的石灰乳用量已决定能净化沼气的体积，再根据压缩机的预定压缩气体速率(流量)或专门加装在压缩机前的气体流量计可以计算出已净化沼气体积，当已净化沼气体积达到所能净化的沼气体积时，压缩机停机。这时可以打开碱洗罐的排液阀，排出碱洗罐内已吸收了沼气杂质的石灰乳，重新装入新的石灰乳，可进行下一轮碱洗。
整个碱洗过程中各部位的管道连接、闸阀等相关部位均要密封，以防止空气被吸入沼气中。
实施例3：
沼气净化、加压储存及输送工艺方法，包括下述步骤
A、水洗
水洗工艺同实施例1。
水洗后的沼气由碱洗罐底部的进气口通入碱洗罐内碱洗。
B、碱洗
水洗处理后的沼气由碱洗罐底部的进气口通入碱洗罐内，由碱洗罐顶部的排气口排出，再进入脱水罐；碱洗罐中的碱溶液量为罐溶积的1/2～2/3；碱溶液为氢氧化钠溶液，氢氧化钠与水的质量比为1∶2～10。按每立方米未净化沼气需要0.8-1.6kg氢氧化钠量计算出氢氧化钠使用量(以每立方米未净化沼气为单位，除去二氧化碳的体积占未净化沼气体积的20-40％及氢氧化钠的利用率按80％为计算依据)。
如果净化沼气时采用不止1个碱洗罐，可将若干碱洗罐串联起来，水洗后的沼气从第一个碱洗罐底部进入，再从顶部出来进入第2个碱洗罐底部，沼气依次通过多个碱洗罐碱洗，最后一个碱洗罐出气口与脱水罐的进气口相连，脱水罐出气口再与压缩机进气口相连即可。
C、脱水
脱水工艺同实施例1
D、加压储存
加压储存工艺同实施例1。
E、沼气输送
输送工艺同实施例1。
在上述工艺过程中，启动压缩机后压缩机将抽吸水洗罐中的沼气，这样水洗后的沼气从碱洗罐底被抽吸至罐顶部出来，使得沼气带动氢氧化钠溶液在碱洗罐内翻动并进一步与沼气混合，从而除去沼气中的二氧化碳、硫化氢等杂质。经水洗-碱洗-脱水工艺净化后的沼气中甲烷含量可达85～95％，沼气中氨、硫化氢及沼气中颗粒物等杂质可去除98％以上。
因为碱洗罐中的氢氧化钠溶液用量已决定能净化沼气的体积，再根据压缩机的预定压缩气体速率(流量)或专门加装在压缩机前的气体流量计可以计算出已净化沼气体积，当已净化沼气体积达到所能净化的沼气体积时，压缩机停机。这时可以打开碱洗罐的排液阀，排出碱洗罐内已吸收了沼气杂质的氢氧化钠溶液，重新装入新的氢氧化钠溶液，可进行下一轮碱洗。
整个碱洗过程中各部位的管道连接、闸阀等相关部位均要密封，以防止空气被吸入沼气中。

Claims (7)

1、沼气净化、加压储存及输送工艺方法，其特征在于：包括下述步骤
A、水洗
将待净化沼气由水洗罐底部的进气口通入罐内，由罐顶部的出气口排出；所述水洗罐中的水量为罐容积的1/2～2/3；
B、碱洗
将待净化沼气由碱洗罐底部的进气口通入罐内，由罐顶部的出气口排出；所述碱洗罐中的碱溶液量为罐容积的1/2～2/3；
C、脱水
待脱水沼气由脱水罐底部的进气口通入罐内，由罐顶部的出气口排出；所述脱水罐内有多层吸水筛板；
D、加压储存
脱水后沼气经压缩机压入储气容器，储存压力范围为0.1～10MPa；
E、输送
储存在容器中的沼气经过减压并通过管道输送至用户使用。
2、根据权利要求1所述的沼气净化、加压储存及输送工艺方法，其特征在于：所述水洗为一个或一个以上水洗罐串联组成多级水洗净化工艺，即前一个水洗罐的顶部出气口连通后一个水洗罐底部的进气口。
3、根据权利要求1所述的沼气净化、加压储存及输送工艺方法，其特征在于：所述筛板材料为纸或为硅胶或为颗粒活性炭。
4、根据权利要求1所述的沼气净化、加压储存及输送工艺方法，其特征在于：所述加压储存的沼气经过一次或多次降压，将储存容器的出口气压力降至0.05MPa～0.4MPa进行管道输送，再经过一次降压，把沼气压力降至2～5KPa，即可输送到沼气燃具。
5、根据权利要求1所述的沼气净化、加压储存及输送工艺方法，其特征在于：所述碱溶液为生石灰和水的混合液，生石灰与水的质量比为1∶3～9。按净化每立方米沼气需要0.6-1.2kg生石灰量计算。
6、根据权利要求1所述的沼气净化、加压储存及输送工艺方法，其特征在于：所述碱溶液为氢氧化钠溶液，氢氧化钠与水的质量比为1∶2～10。按净化每立方米沼气需要0.8-1.6kg氢氧化钠量计算。
7、根据权利要求5和6所述的沼气净化、加压储存及输送工艺方法，其特征在于：所述碱洗为一个或一个以上碱洗罐串联组成多级碱洗净化工艺，即前一个碱洗罐的顶部出气口连通后一个碱洗罐底部的进气口。
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