CN203474745U - 一种沼气膜分离脱碳装置 - Google Patents

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施军营
何清玉
乔如林
薛方亮
曹亚文
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Abstract

本实用新型涉及一种沼气膜分离脱碳装置，包括压缩机、干燥脱水系统、一级膜系统、二级膜系统、CO2回收装置和甲烷存储装置，通过利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，依照气体渗透通过膜的速率快慢，可把气体分成“快气”和“慢气”。各气体组分在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离，从而分离出二氧化碳的达到沼气提纯脱碳的目的。工艺流程简单，能耗低，设备维护简单。

Description

一种沼气膜分离脱碳装置
技术领域
本实用新型属于沼气脱碳技术领域，具体涉及一种沼气膜分离脱碳装置。
背景技术
沼气是一种具有较高热值的可燃气体，是一种高效、无污染的生物质能，替代煤炭、石油和天然气等化石燃料是世界今后解决能源紧缺的一种有效手段，沼气工程及其脱碳提纯利用技术是治理有机废弃物环境污染、转化有机废弃物为纯净高热值天然气、获取绿色能源等可利用物质的十分有效技术和更为经济、实用的手段，从我国沼气产量潜力、利用技术水平、市场需求和政策导向的发展趋势来看，沼气利用的产业化将有突破性进展。在强调可持续发展的大背景下，大力推广沼气工程与脱碳提纯利用技术显得尤为重要。
目前在国内外沼气脱碳项目比较成熟的工艺方法主要有化学吸收技术、水洗工艺、变压吸附（PSA）工艺以及膜分离工艺等。
变压吸附（PSA）工艺：让气体通过吸附床层，利用固体吸附剂对不同气体的吸附能力不同，让混合气体中的一种（或几种）气体的大部分被吸附在床层上，小部分流出；让混合气体中的另外一种（或几种）气体的大部分流出，小部分被吸附在床层上；从而达到提高出口气体浓度提高的目的。变压吸附工艺因硫化氢会在吸附剂上发生不可逆吸附、水分破坏吸附剂结构，所以原料气需要精细预处理，而且每隔一段时间就要更换吸附剂；该工艺控制复杂、需要高度的自动化控制。
压力水洗工艺：以水为溶剂，根据二氧化碳和甲烷在水中溶解性的差异来达到气体分离的目的，在低温、高压下二氧化碳比甲烷的溶解性更好。在吸收塔，二氧化碳溶解在水中，而甲烷在气相浓度增加，直至达到提纯产品标准后从吸收塔塔顶排出进入后续工艺，离开吸收塔的水被送到闪蒸罐，回收溶解在水中的部分甲烷后，进入解吸塔与空气逆流接触，二氧化碳被释放出来，水得以再生，再生后的水循环回吸收塔继续吸收操作。水洗工艺，大规模项目投资较少，但是需要预先脱硫和后处理干燥工艺；再生工艺增加能耗；定期会有一定量的废水排放。
化学吸收：采用胺液（MEA\MDEA）作为吸收剂，二氧化碳与液相中的胺发生化学反应，由于化学反应选择性很强，所以甲烷损失可低于0.1%。因二氧化碳与胺发生的是化学键合，因此要加热再生。吸收剂加热再生，能耗高；有机吸收剂由于热解或热聚合以及原料中的氧气会加速其分解等原因，有机吸收剂使用一段时间需要更换，费用较高。
膜分离工艺：是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。推动力（膜两侧相应组分的分压差）、膜面积及膜的分离选择性，构成了膜分离的三要素。膜分离技术在欧洲、日本、美国等国已有广泛使用。该技术工艺：流程简单、运行费用低、操作和维护方便、不使用化学品、没有废水排放。
通过以上分析，膜分离技术具有系统运行安全稳定性高、产品气体质量高、原料气综合利用程度高、排放尾气无须二次处理要求，投资处理成本经济等特点。而国外的沼气膜提纯脱碳技术无法结合我国沼气脱碳提纯处理的实际情况，国内又缺少能够是沼气脱碳提纯得到大量推广应用的关键技术。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服现有技术所存在的缺陷，提供了一种沼气膜分离脱碳装置，包括压缩机、干燥脱水系统、一级膜系统、二级膜系统、CO2回收装置和甲烷存储装置，其中，压缩机的输出端口与干燥脱水系统输入口相连，干燥脱水系统的输出口与一级膜系统的输入端口连接一级膜系统的两个输出端口分别与CO2回收装置和二级膜系统的输入端口相连，透过一级膜系统的气体进入CO2回收装置，未透过的气体进入二级膜系统；二级膜系统的两个输出端口分别与甲烷存储装置和压缩机的输入端口相连，透过二级膜系统的气体回流至压缩机，未透过的气体进入甲烷存储装置；CO2回收装置设有两个输出端口，透过CO2回收装置的气体通过其中一个端口回流至压缩机，未透过的气体通过另一个输出端口进行收集或者排出。
甲烷存储装置的输出端与城市的燃气管道相连。
本实用新型通过利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，依照气体渗透通过膜的速率快慢，可把气体分成“快气”和“慢气”。各气体组分在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离，从而分离出二氧化碳的达到沼气提纯脱碳的目的。工艺流程简单，能耗低，设备维护简单。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型做进一步说明。
脱硫、初步脱水的沼气经压缩机1压缩后，压缩气体先经过干燥脱水系统2，然后经管道均匀进入一级膜系统3进行分离，透过一级膜系统的气体进入二氧化碳回收装置5，未透过的气体进入二级膜系统4进行分离，由此分离出高纯度甲烷，送入甲烷存储装置6中，透过二级膜系统4的气体回流至压缩机1，进入膜分离脱碳装置；二氧化碳回收装置4分离出高纯度二氧化碳，未透过气回流至压缩机1，进入膜分离脱碳装置；高纯度的二氧化碳可通过管道汇集后收集也可排入大气，而制得的所需浓度的甲烷气可通过城市管网作为燃气使用也可通过加压后作为汽车燃料使用。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种沼气膜分离脱碳装置，包括压缩机、干燥脱水系统、一级膜系统、二级膜系统、CO2回收装置和甲烷存储装置，其特征是：压缩机的输出端口与干燥脱水系统输入口相连，干燥脱水系统的输出口与一级膜系统的输入端口连接，一级膜系统的两个输出端口分别与CO2回收装置和二级膜系统的输入端口相连，透过一级膜系统的气体进入CO2回收装置，未透过的气体进入二级膜系统；二级膜系统的两个输出端口分别与甲烷存储装置和压缩机的输入端口相连，透过二级膜系统的气体回流至压缩机，未透过的气体进入甲烷存储装置；CO2回收装置设有两个输出端口，透过CO2回收装置的气体通过其中一个端口回流至压缩机，未透过的气体通过另一个输出端口进行收集或者排出。
2.如权利要求1所述的沼气膜分离脱碳装置，其特征是：甲烷存储装置的输出端与城市的燃气管道相连。
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