CN202175661U

CN202175661U - 分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置

Info

Publication number: CN202175661U
Application number: CN2011203326423U
Authority: CN
Inventors: 于景成; 田丹; 靳国良; 丁雪梅; 田艺伟; 辛凯; 张有; 桑力维
Original assignee: BEIJING CANFIT RESOURCE TECHNOLOGIES Inc
Current assignee: BEIJING CANFIT RESOURCE TECHNOLOGIES Inc
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2021-09-06

Abstract

本实用新型涉及分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，主要由脱碳系统、闪蒸系统和吸附剂再生（净化）系统组成；脱碳系统包括脱碳塔、单向阀、三通、增压机、换热器、1号球阀、沼气流量计、脱碳塔安全阀和1号压力表；闪蒸系统由高闪槽和低闪槽组成；吸附剂再生（净化）系统包括再生塔、风机、吸附剂罐、吸附剂流量计、预处理装置、冷却器和高压泵。本实用新型具有能耗低、处理效率高、方便拆卸清洗及运行稳定等特点。

Description

分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置

技术领域

本实用新型涉环保和再生能源利用的领域。特别涉及一种从垃圾填埋、有机废物厌氧消化（处理）等过程中产生的沼气中分离甲烷和二氧化碳的装置。

背景技术

垃圾填埋、有机废物厌氧消化过程中可以产生大量的沼气。沼气的主要成分为甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂），而且不同底物产生的沼气中的甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）的含量略有不同。如城市生活垃圾填埋场产生的沼气中甲烷（CH₄）约占50%～60%，二氧化碳（CO₂）约占32%～40%；高浓度有机废水产生的沼气中甲烷（CH₄）含量较高，约占60%～78%，二氧化碳（CO₂）约占18%～35%。由于沼气是一种低热值的气体，大都被直接排放，也有的被收集后，利用火炬形式燃烧排放，有的收集起来供自己烧水做饭，少量的进行发电，但是发电量不稳，一般不予入网。由此可见，天然的沼气使用范围极其有限，且效率低。二氧化碳（CO₂）是一种重要的化工原料，从能源利用的角度出发，能够将二氧化碳（CO₂）从沼气中分离出来，具有一举两得的效果。

因此，有效的分离沼气中的甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂），使其成为可持续利用的二次能源，是值得关注、重视和探讨研究的问题。

发明内容

本实用新型针对上述背景，提供了一种从沼气中分离甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）的装置。

本实用新型具有能耗低、处理效率高、方便拆卸清洗及运行稳定的特点。

本实用新型主要由脱碳系统、闪蒸系统和吸附剂再生系统组成。

更进一步所述，脱碳系统包括脱碳塔、单向阀、三通、增压机、换热器、1号球阀、沼气流量计、脱碳塔安全阀和1号压力表。

更进一步所述，脱碳塔的底部焊接有脱碳塔进气口，下部的一侧焊接有脱碳塔出液口，在不同高度焊接有填料进出口，顶部一侧焊接有脱碳塔安全阀，另一侧焊接有高闪气出口，顶部的中心位置焊接有短管II，内部设有布气板和喷头。

更进一步所述，脱碳塔中的布气板为3层，但不限于3层，可以是4层、5层等。布气板表面均匀的布满1.5mm的小孔，布气板上装有高度为30cm、直径为10—15mm的多孔径陶粒。填料进出口用带外丝的管盖密封连接。支撑管通过焊接方式将布气板固定在脱碳塔内。

更进一步所述，闪蒸系统由高闪槽和低闪槽组成。

更进一步所述，高闪槽包括高闪槽进液口、溢流板、高闪槽出气口、高闪槽出液口、高闪槽安全阀、2号压力表和稳压阀。

更进一步所述，低闪槽包括2号减压阀、3号压力表、二氧化碳稳压阀、低闪槽安全阀和5号球阀。

更进一步所述，吸附剂再生系统包括再生塔、风机、吸附剂罐、吸附剂流量计、预处理装置、冷却器和高压泵。

更进一步所述，脱碳塔、高闪槽和低闪槽的材质为不锈钢，通过焊接方式进行密封。

附图说明

图1为本实用新型的主视示意图。

图2为图1中的脱碳塔剖面图。

图3为图1中的高闪槽剖面图。

图中：

1、单向阀，2、三通，3、增压机，4、换热器，5、1号球阀，6、沼气流量计，7、脱碳塔，7.1、脱碳塔进气口，7.2、脱碳塔出液口，7.3、垫片，7.4、布气板，7.5、填料进出口，7.6、支撑管，7.7、喷头，7.8、高闪气出口，7.9、短管I，7.10、短管II，8、脱碳塔安全阀，9、1号压力表，10、2号球阀，11、甲烷储气瓶，12、3号球阀，13、1号减压阀，14、高闪槽，14.1、高闪槽进液口，14.2、溢流板，14.3、高闪槽出气口，14.4高闪槽出液口，15、高闪槽安全阀，16、2号压力表，17、稳压阀，18、4号球阀，19、2号减压阀，20、3号压力表，21、低闪槽，22、二氧化碳稳压阀，23、低闪槽安全阀3，24、5号球阀，25、再生塔，26、风机，27、6号球阀，28、空气流量计，29、预处理装置，30、吸附剂罐，31、冷却器、32、高压泵，33、7号球阀，34、吸附剂流量计，35、快速接头，36、解析气出口。

具体实施方式

参见图1、图2、图3，本实用新型由脱碳系统、闪蒸系统和吸附剂再生系统组成。

脱碳系统包括单向阀1、三通2、增压机3、换热器4、1号球阀5、沼气流量计6、脱碳塔7、脱碳塔安全阀8和1号压力表9。

脱碳系统的脱碳塔7包括脱碳塔进气口7.1、脱碳塔出液口7.2、垫片7.3、布气板7.4、填料进出口7.5、支撑管7.6、喷头7.7、高闪气出口7.8、短管Ⅰ7.9、短管Ⅱ7.10和脱碳塔安全阀8。

脱碳塔7的底部焊接有脱碳塔进气口7.1，下部的一侧焊接有脱碳塔出液口7.2，在脱碳塔7的不同高度焊接有填料进出口7.5，顶部一侧焊接有脱碳塔安全阀8，另一侧焊接有高闪气出口7.8，顶部的中心位置焊接有短管II7.10，内部设有布气板7.4和喷头7.7。

脱碳塔7内部的布气板7.4在本方案中设有3层，但不限于3层，可以是4层、5层等。布气板7.4表面均匀的布满1.5mm的小孔，布气板7.4上布有高度为30cm、直径为10—15mm的多孔径陶粒。陶粒通过填料进出口7.5放于布气板7.4上。待填料装入后，用带外丝的管盖，通过旋转紧固与填料进出口7.5密封连接。支撑管7.6通过焊接方式将布气板7.4按一定间距固定在脱碳塔内。垫片7.3垫在支撑管7.6和布气板7.4之间，用于缓冲支撑管7.6和布气板7.4之间的压力。

为了方便喷头7.7的拆卸与清洗，脱碳塔7顶部中心焊接有带内丝的短管Ⅱ 7.10。带外丝的中空短管Ⅰ 7.9通过旋转，从短管Ⅱ 7.10的顶端旋入，其中，短管Ⅰ 7.9的顶部五分之一部分没有外丝，用来确定短管Ⅰ 7.9的旋入高度，通过旋紧使脱碳塔顶部密封。短管Ⅰ 7.9的底端设有内丝，用来与喷头7.7连接。短管Ⅱ 7.10通过快速接头35和外部管道进行连接，快速接头35通过焊接和外部管道进行连接。

脱碳系统的主要作用是利用吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液吸附沼气中的二氧化碳，分离出甲烷。脱碳塔7的压力控制在2.5MPa。当脱碳塔7内的压力高于2.5 MPa，达到4.5MPa时，脱碳塔安全阀8自动开启泄压。

闪蒸系统由高闪槽14和低闪槽21组成。

高闪槽14包括高闪槽进液口14.1、溢流板14.2、高闪槽出气口14.3、高闪槽出液口14.4、高闪槽安全阀15、2号压力表16和稳压阀17。溢流板14.2的溢流口为锯齿形。

高闪槽14的主要作用是将吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液中吸附的少量的甲烷、氮气等气体从吸附剂中闪蒸出来。高闪槽14的工作压力为0.8MPa, 由于吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液进入高闪槽14后压力从2.5MPa骤然下降至0.8MPa，溶解度相对较低的甲烷、氮气等气体即从从吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液中闪蒸出来，闪蒸出来的甲烷、氮气等气体称为高闪气，高闪气通过2号压力表16、稳压阀17和三通2返回到沼气管路中进行再次运行和分离，为了防止气体倒流，在三通2前安装了单向阀1。高闪槽14的顶部设有高闪槽安全阀15，当运行压力超过0.8MPa达到1.5MPa时，高闪槽安全阀15自动开启。

低闪槽21包括2号减压阀19、3号压力表20、二氧化碳稳压阀22、低闪槽安全阀23和5号球阀24。

低闪槽21的作用是回收被吸附剂吸附的二氧化碳。低闪槽21的工作压力为0.05MPa。当低闪槽21的工作压力超过0.05MPa，达到0.15MPa时，低闪槽安全阀23自动开启。

吸附剂再生系统包括再生塔25、风机26、6号球阀27、空气流量计28、预处理装置29、吸附剂罐30、冷却器31和高压泵32。

吸附剂再生系统的主要作用是利用空气将吸收液如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液中的微量的气体解析出来，使得吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液中的残余的各种微量气体的总含量降到0.05%（体积比）以下，以此吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液得到再生，然后返回到脱碳塔7中再次进行吸附二氧化碳。当吸附剂罐30内的吸附剂容积低于1/2时，需要补充吸附剂。

为了保证设备的承压性，脱碳塔7、高闪槽14和低闪槽25的材质为不锈钢，并通过焊接方式进行密封。

为了进一步说明本发明的实施方式，下面根据附图进行描述。

经过预处理的沼气通过单向阀1，和通过三通2从高闪槽14送来的高闪气一同进入增压机3，增压机3将沼气增压至2.5MPa后，通过管道进入换热器4，和从脱碳塔7送来的甲烷(CH₄)气体进行换热，换热器4为管式换热器，增压后的沼气走管内，脱碳塔7送来的甲烷（CH₄）走管外。沼气与甲烷（CH₄）换热后，通过1号球阀5和沼气流量计6后，从脱碳塔7底部的脱碳塔进气口7.1进入脱碳塔7内，通过布气板7.4和填料与从塔顶通过喷头7.7往下喷淋的吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液充分接触，接触时间是100—800秒钟。沼气中的二氧化碳（CO₂）及少量的甲烷（CH₄）、氮气和硫化氢等气体被吸附剂吸附，而沼气中的甲烷（CH₄）仍以气体留存，留存的甲烷（CH₄）体积占气体总体积的98%以上，实现了甲烷（CH₄）的分离。分离后的甲烷（CH₄）由脱碳塔7顶部的高闪气出口7.8排出，通过1号压力表9测压和经换热器4换热后通过2号球阀10装入甲烷储气瓶11外运利用。

吸附了二氧化碳及少量的甲烷、氮气等气体的吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液从脱碳塔7下部的脱碳塔出液口7.2流出，经过3号球阀12和1号减压阀13后进入到高闪槽14中进行高压闪蒸。高闪槽14的工作压力为0.8MPa, 由于吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液进入高闪槽14后压力骤然下降至0.8MPa，溶解度相对较低的甲烷、氮气等气体即从吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液中闪蒸出来。经过高压闪蒸出来的甲烷、氮气等气体称为高闪气，高闪气通过2号压力表16和稳压阀17后，经三通2和沼气混合后再次进行分离。

高压闪蒸后的吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液通过溢流板14.2从高闪槽出液口14.4流出，通过4号球阀18、2号减压阀19和3号压力表20，进入到低闪槽21中进行低压闪蒸。低闪槽21内的压力为0.05MPa，高闪后的吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液经2号减压阀19减压进入到低闪槽21后，由于压力骤然下降，二氧化碳气体从吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液中闪蒸出来，闪蒸出来的二氧化碳气体通过二氧化碳稳压阀22灌装到二氧化碳储气瓶中进行外运利用。

经过低压闪蒸后的吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液通过5号球阀24进入再生塔25进行再生。吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液从再生塔25顶部自上向下喷淋，风机26将经过6号球阀27、空气流量计28，预处理装置29后，脱除水分和粉尘后的洁净干燥空气从再生塔25下部一侧的进气口鼓入。预处理装置29中装有活性碳和分子筛，主要吸附空气中的水分和颗粒物等。在空气的作用下，残余的微量气体如氮气等从吸附剂溶液中解析出来，解析气从再生塔25上部的解析气出口36排出，使得吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液中的残余的各种微量气体的总含量降到0.05%（体积比）以下，吸附剂如聚乙二醇二甲醚（NHD）溶液得到了再生。再生液进入吸附剂罐30循环利用。吸附剂再生液由吸附剂罐30进入到冷却器31的列管中，冷却器31为列管式冷却器，用丙二醇压缩制冷。再生液通过冷却器31后被冷却至1—4℃后，经高压泵32，7号球阀33、吸附剂流量计34后送进脱碳塔7中，继续用于沼气中甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）的分离。

Claims

1.分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，由脱碳系统、闪蒸系统和吸附剂再生系统组成，其特征在于：脱碳系统包括脱碳塔、单向阀、三通、增压机、换热器、1号球阀、沼气流量计、脱碳塔安全阀和1号压力表；闪蒸系统由高闪槽和低闪槽组成；吸附剂再生系统包括再生塔、风机、吸附剂罐、吸附剂流量计、预处理装置、冷却器和高压泵。

2.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：脱碳塔的底部焊接有脱碳塔进气口，下部的一侧焊接有脱碳塔出液口，在不同高度焊接有填料进出口，顶部一侧焊接有脱碳塔安全阀，另一侧焊接有高闪气出口，顶部的中心位置焊接有短管II，内部设有布气板和喷头。

3.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：脱碳塔中的布气板为3层。

4.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：脱碳塔中的布气板为4层。

5.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：脱碳塔中的布气板为5层。

6.根据权利要求3所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：布气板表面均匀的布有1.5mm的小孔。

7.根据权利要求3所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：布气板上装填有高度为30cm、直径为10—15mm的多孔径陶粒。

8.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：高闪槽包括高闪槽进液口、溢流板、高闪槽出气口、高闪槽出液口、高闪槽安全阀、2号压力表和稳压阀。

9.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于：低闪槽包括2号减压阀、3号压力表、二氧化碳稳压阀、低闪槽安全阀和5号球阀。