CN203530267U - 以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置包括顺次连通的沼气增压装置Ⅰ、水洗脱碳装置、干燥装置Ⅰ、增压装置Ⅱ、干燥装置Ⅱ和生物天然气储运装置，所述水洗脱碳装置包括顺次连通的沼气缓冲罐、沼气压缩装置和水洗吸收塔，水洗吸收塔的顶部与干燥装置Ⅰ连通，水洗吸收塔的下部依次连接有水力透平机、一级解析塔和二级解析塔，二级解析塔下部与水洗吸收塔上部之间设有管道连通，管道上安装有水泵，一级解析塔顶部和沼气缓冲罐顶部之间有管道连通。本实用新型整个工艺流程和装置结构简单，投资运行费用低，处理效率高，操作方便，且吸收载体为水，不添加任何吸收剂，价廉易得、无毒、易于再生，生物天然气可直接进入燃气管道或经压缩制成车用CNG替代汽油，拓宽了沼气的利用领域，即经济又环保。
Description
技术领域
本实用新型属于新能源制备技术领域，特别是涉及一种以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置。
背景技术
利用有机物厌氧生化处理产生的沼气，其主要成分为：甲烷50~60%，二氧化碳50~40%，少量的硫化氢等气体。近年来，沼气作为一种可再生能源在燃气、发电、工业锅炉等领域得到广泛应用，技术已基本成熟，然而沼气脱碳提纯制取生物天然气技术及生产装置的发展将为沼气的应用领域提升至一个新的高度。生物天然气按国家标准（GB17820-1999）二类气标准为：高位发热量≥31.4MJ/m3，二氧化碳≤3%，硫化氢≤20mg/m3。沼气脱碳提纯技术及装置在沼气工程中的引入，不但提升了沼气工程整体技术水平，拓展沼气综合利用途径，为沼气行业持续发展奠定基础，而且可以通过脱碳提纯净化装置后出售生物天然气带来较高的资金回报。沼气经脱碳提纯装置处理后即成为生物天燃气，作为一种生物燃气，具有清洁、高效、安全和可再生四大特征，其高效制备与综合利用是极具有代表性的双向清洁过程，可以弥补当前天然气能源供应不足的问题，作为新能型能源必将在能源格局中占有一席之地。
目前利用沼气制备生物天然气的生产装置多源于利用天然气、合成氨变换气脱碳技术，主要有化学吸收法、变压吸附法、膜分离法、低温分离法等，但这些装置不同程度的存在投资大，溶剂挥发性大，甲烷损失大，操作费用高，能耗高，再生系统复杂以及装置受沼气成分影响严重等诸多技术缺陷，而物理吸收法虽优点突出有所应用，但在沼气提纯中的应用一般采用一级解析、低压吸收，甲烷回收率低，提纯气甲烷含量不高(一般在90%左右)、成分不稳定，干燥效率低，仍没有一系列成熟稳定、效率高的生产装置。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题就是针对现有沼气脱碳净化制取生物天然气技术的不足，而提供一种结构简单，处理效率高，操作方便，且所需材料，价廉易得、无毒、易于再生，对环境友好的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
一种以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，包括顺次连通的沼气增压装置Ⅰ、水洗脱碳装置、干燥装置Ⅰ、增压装置Ⅱ、干燥装置Ⅱ和生物天然气储运装置，所述水洗脱碳装置包括顺次连通的沼气缓冲罐、沼气压缩装置和水洗吸收塔，水洗吸收塔的顶部与干燥装置Ⅰ连通，水洗吸收塔的下部依次连接有水力透平机、一级解析塔和二级解析塔，二级解析塔下部与水洗吸收塔上部之间设有管道连通，管道上安装有水泵，一级解析塔顶部和沼气缓冲罐顶部之间有管道连通。
所述沼气增压装置Ⅰ为多级燃气压缩机，在每一级压缩的曲轴箱与压缩缸体间增加一道密封组件，并形成隔室，利用氮气置换隔室内的空气；每一级进气、排气分别设有与排气量匹配的缓冲罐；每一级排气各设有独立的冷却器及分离器；在每一个缓冲器、冷却器、气液分离器的排污管上均安装自动疏水阀。
所述干燥装置Ⅰ和Ⅱ均为撬装式结构，干燥装置Ⅰ和Ⅱ分别包括沿气体干燥管路依次设置有过滤器一、干燥塔A、干燥塔B和过滤器二，还包括控制系统，所述过滤器一上部分别与干燥塔A和B底部连通，过滤器二上部分别与干燥塔A和B顶部连通，同时在干燥塔A和B之间设有再生气逆流加热再生管路，在再生气逆流加热再生管路上安装有闭式加热器、冷却分离器。
所述脱水装置Ⅰ中再生气逆流加热再生管路为闭式循环管路，在闭式循环管路上同时安装有循环风机。
所述脱水装置Ⅱ中再生气采用少量成品气，在成品气输出管道与闭式加热器之间设置有减压阀，经冷却分离器之后的成品气进入低压回收系统。
所述在气体干燥管路上、干燥塔A和B气体进出口处分别设置有控制阀，同时在再生气循环管路上、干燥塔A和B气体进出口处分别设置有控制阀。
所述控制系统包括非防爆电控箱及机旁防爆启停按钮。
所述再生气循环管路上同时安装有压力表和温度计。
所述生物天然气储运装置包括多台并联的地上储气罐，储气罐一端分别与顺序控制柜连接，另一端通过加气柱分别与数量相匹配的多台天然气运输撬装车连接，在每个储气罐和顺序控制柜之间、储气罐和加气柱之间分别设置有控制阀；所述顺序控制柜与干燥装置Ⅱ连接。
本实用新型的工作原理如下：
本实用新型以沼气为原料经加压水洗脱除二氧化碳，利用分子筛作为吸附剂进行脱水制备生物天然气的生产装置系统。该装置系统利用以下几部分装置连续进行处理，最终将原料沼气加工成为生物天然气(BNG)或压缩生物天然气（CBNG）：脱硫净化后的沼气经沼气增压装置Ⅰ升压至一定的压力进入水洗脱碳装置，脱碳后的沼气经干燥装置Ⅰ脱水干燥后生产成为符合管输要求的生物天然气(BNG)进入管输系统；BNG经增压装置Ⅱ升压至一定的压力进入干燥装置Ⅱ脱水干燥后，生产成为符合要求的压缩生物天然气(CBNG)进入储气罐后经加气柱进入CNG 撬装车运至加气子站出售。沼气通过几部分装置连续进行处理后甲烷≥97%，硫化氢≤15mg/L，二氧化碳≤3%，水露点达到管输或CNG要求进入燃气输配管网。
本实用新型技术方案的有益效果是：
1、在结构上，本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置由以下装置组成：沼气增压装置Ⅰ、水洗脱碳装置、干燥装置Ⅰ、干燥装置Ⅱ、增压装置Ⅱ和压缩生物天然气（CBNG）储运装置共六部分组成。经过脱硫的沼气，经缓冲进入增压装置Ⅰ为水洗脱碳提供符合工艺要求的原料气；沼气经缓冲进入增压装置Ⅰ为水洗脱碳提供符合工艺要求的原料气；经过水洗脱碳装置使气体成分满足甲烷≥97%，硫化氢≤15mg/L，二氧化碳≤3%的要求；脱碳后的沼气经分子筛吸附干燥脱水，自动再生切换，水露点达到管输要求供给燃气输配管网；经干燥脱水，水露点达到管输要求的气体经增压装置Ⅱ，压力增加成为符合车用压缩生物天然气(CBNG)压力要求的气体；压力增加达到符合车用压缩生物天然气(CBNG)压力要求的气体，经干燥装置Ⅱ干燥脱水，生成水露点达到车用压缩生物天然气(CBNG)要求，生产合格的车用压缩生物天然气(CBNG)；合格的车用压缩生物天然气(CBNG)经储罐暂存缓冲后经加气柱充装至运输撬车，运至加气子站替代汽油；整体结构简单，处理效率高，操作方便。
2、在结构上，本实用新型增压装置Ⅰ根据沼气特点及脱碳吸收压力及温度需要，经特殊完善，连续稳定提供符合脱碳装置要求的气源；水洗脱碳装置通过物理吸收及两级级解析装置，处理后甲烷≥97%，硫化氢≤15mg/L，二氧化碳≤3%，甲烷损失率小于2%；通过干燥装置Ⅰ露点达到管输要求生产BNG一部分进入燃气输配管网；另一部分经增压装置Ⅱ达到车用压缩生物天然气(CBNG)压力要求；通过干燥装置Ⅱ达到车用压缩生物天然气(CBNG)水露点要求及提高CBNG储运装置进入加气子站替代燃油。
3、在结构上，本实用新型增压装置Ⅰ根据沼气含水率较高，气体中杂质较多，对装置腐蚀性较强等特点，以燃气压缩机为原型采取针对沼气介质特点的优化主要体现在以下几点：（1）、每一级压缩的曲轴箱与压缩缸体间增加一道密封组件，并形成隔室，利用氮气置换隔室内的空气，有效地防止了气缸密封组件微量泄漏时可燃气体进入曲轴箱，根本上消除了隔室和曲轴箱内可燃气体达到爆炸极限后可能出现的爆炸事故，做到本质安全。（2）、压缩机气缸采用无油润滑技术，防止工质和设备受到润滑油的污染，保证了CBNG产品品质，压缩机实现污染物零排放。（3）、每一级进气、排气增加与排气量匹配的缓冲罐，最大限度降低设备的振动和噪声，与原设备相比，振动和噪声显著降低，甚至在厂方外感觉不到压缩机在运行。（4）、每一级排气都使用独立的冷却器及分离器；保证将每一级经压缩的气体温度从90—120℃冷却到25--40℃时产生的冷凝水、雾态水及气体中其它杂质通过气液分离器进行分离、排放。在每一个缓冲器、冷却器、气液分离器等排污管上安装自动疏水阀，有冷凝水时随时自动排掉，既减轻了操作工的工作强度又使冷凝水能够及时排放，避免对设备造成安全威胁。（5）、在设备安全稳定运行上：首先，采用主、辅双油泵供油系统，启动时辅助油泵先启动运行，对各润滑点供给油润滑后才能启动主机，主机启动后自动切换到主机转子油泵供油，停机后辅助油泵自动启动运行，对主机润滑部位进行降温后自动停机。主机油泵出现异常导致油压不足时，辅助油泵自动启动，确保运行过程中机械系统的润滑正常；其次，油压、进气压、各级排压、排温等设置报警、自动停机保护，保证出现异常及时报警和保护停机。（6）、其它特点：气密性好：从介质进口到介质出口进行严格的气密性检测，保证气体无泄漏。耐酸碱：从介质进口到介质出口所有通道都是耐酸碱材质，满足弱腐蚀性气体的通过。 寿命长：气路和电路严格分开，不会因介质富含水气和弱腐蚀性气体而影响电气的使用寿命。结构简单；两个对称气缸间无外部管路。维修性好：用简单工具及配件就能自己维修。
4、在结构上，本实用新型水洗脱碳装置：包括吸收塔，高压水泵，一级解析塔，二级解析塔，水力透平设备。其作用步骤是：脱硫的沼气，经干燥后进入压缩机压缩，压力提高到一定的压力（表压），进入吸收塔，用水吸收其中的CO2。脱除CO2是物理吸收过程，它是根据CO2和CH4在水中具有不同的溶解度这一基本原理进行的。CO2在水中的溶解度比CH4大。随着压力的升高，气体在水中的溶解度增大。一定压力的沼气进入吸收塔，通过气体和水的接触，CO2和CH4被水吸收。CO2吸收量大于CH4，气体中CO2含量降低，直至满足工艺要求，达到符合要求的气体浓度。吸收CO2的水进行两级减压，一次减压到一定压力的（表压），放出的气体CH4浓度较高，返回原料气储罐；二次减压倒一定压力（表压），放出的气体主要是CO2，进入CO2回收系统。解吸后的水循环使用，损耗量小于5%。吸收CO2的高压水，具有一定的能量，通过水力透平，回收部分能量。
5、在结构上，本实用新型脱碳后的沼气经分子筛等脱水干燥后即成为生物天然气，分子筛自动切换再生；本实用新型工艺流程和结构都比较简单，处理效率高，操作方便。且吸收载体为水，不添加任何吸收剂，价廉易得、无毒、易于再生，同时水对气体中的各种组分均无化学反应，对设备腐蚀较小，对环境友好。沼气通过该工艺处理后甲烷≥97%，硫化氢≤15mg/l，二氧化碳≤3%，甲烷损失率小于2%。
6、综上，本实用新型整个工艺流程和装置结构简单，投资运行费用低，处理效率高，操作方便，且吸收载体为水，不添加任何吸收剂，价廉易得、无毒、易于再生，沼气通过该处理后甲烷含量达到95%～97%以上，硫化氢≤15～20mg/m3，二氧化碳≤3%～5%，甲烷损失率小于2%。生物天然气可直接进入燃气管道或经压缩制成车用CNG替代汽油，拓宽了沼气的利用领域，即经济又环保，因此，非常适于推广实施。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1为本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置的结构框图；
图2为本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置的沼气增压装置Ⅰ的工艺流程图；
图3为本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置的水洗脱碳装置的工艺流程图；
图4为本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置的干燥装置Ⅰ的工艺流程图；
图5为本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置的干燥装置Ⅱ的工艺流程图；
图6为本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置的天然气储运装置的工艺流程图；
图中序号：1、沼气缓冲罐，2、沼气压缩装置，3、水洗吸收塔，4、干燥装置Ⅰ，5、一级解析塔，6、二级解析塔，7、水泵，8、水力透平机。
具体实施方式
实施例一：
参见图1至6，图中，本实用新型以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，包括顺次连通的沼气增压装置Ⅰ、水洗脱碳装置、干燥装置Ⅰ、增压装置Ⅱ、干燥装置Ⅱ和生物天然气储运装置，所述水洗脱碳装置包括顺次连通的沼气缓冲罐1、沼气压缩装置2和水洗吸收塔3，水洗吸收塔的顶部与干燥装置Ⅰ4连通，水洗吸收塔的下部依次连接有水力透平机8、一级解析塔5和二级解析塔6，二级解析塔下部与水洗吸收塔上部之间设有管道连通，管道上安装有水泵7，一级解析塔顶部和沼气缓冲罐顶部之间有管道连通。
所述沼气增压装置Ⅰ为三级燃气压缩机，在每一级压缩的曲轴箱与压缩缸体间增加一道密封组件，并形成隔室，利用氮气置换隔室内的空气；每一级进气、排气分别设有与排气量匹配的缓冲罐；每一级排气各设有独立的冷却器及分离器；在每一个缓冲器、冷却器、气液分离器的排污管上均安装自动疏水阀。
所述干燥装置Ⅰ和Ⅱ均为撬装式结构，干燥装置Ⅰ和Ⅱ分别包括沿气体干燥管路依次设置有过滤器一、干燥塔A、干燥塔B和过滤器二，还包括控制系统，所述过滤器一上部分别与干燥塔A和B底部连通，过滤器二上部分别与干燥塔A和B顶部连通，同时在干燥塔A和B之间设有再生气逆流加热再生管路，在再生气逆流加热再生管路上安装有闭式加热器、冷却分离器。
所述脱水装置Ⅰ中再生气逆流加热再生管路为闭式循环管路，在闭式循环管路上同时安装有循环风机。
所述脱水装置Ⅱ中再生气采用少量成品气，在成品气输出管道与闭式加热器之间设置有减压阀，经冷却分离器之后的成品气进入低压回收系统。
所述在气体干燥管路上、干燥塔A和B气体进出口处分别设置有控制阀，同时在再生气循环管路上、干燥塔A和B气体进出口处分别设置有控制阀。
所述控制系统包括非防爆电控箱及机旁防爆启停按钮。
所述再生气循环管路上同时安装有压力表和温度计。
所述生物天然气储运装置包括三台并联的地上储气罐，储气罐一端分别与顺序控制柜连接，另一端通过加气柱分别与数量相匹配的4-6台天然气运输撬装车连接，在每个储气罐和顺序控制柜之间、储气罐和加气柱之间分别设置有控制阀；所述顺序控制柜与干燥装置Ⅱ连接。
本实用新型的工作过程如下：
经脱硫净化后的沼气进入缓冲罐1，由沼气压缩装置2进行升压一定压力后进入水洗吸收塔3，水经高压水泵7加压至一定压力和一定的温度进入水洗吸收塔3与沼气进行接触混合（温度xx~45℃），沼气中的二氧化碳和少量甲烷被水吸收，经提纯后的沼气通过管道收集并经干燥器4进行脱水干燥成为生物天然气进行利用；吸收二氧化碳和部分甲烷的水经水力透平机8后进入一级解析塔5进行解析并回收部分能量，解析气进入缓冲罐1回收CH4，出水进入二级解析塔6（压力为常压）解析出全部的CO2，吸收CO2的水得到再生进行循环使用，定期补充损耗水保持系统稳定。
本实用新型整个工艺流程和装置结构简单，投资运行费用低，处理效率高，操作方便，且吸收载体为水，不添加任何吸收剂，价廉易得、无毒、易于再生。沼气通过该处理后甲烷含量达到95%～97%以上，硫化氢≤15～20mg/m3，二氧化碳≤3%～5%，甲烷损失率小于2%。生物天然气可直接进入燃气管道或经压缩制成车用CNG替代汽油，拓宽了沼气的利用领域，即经济又环保。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本实用新型构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
Claims (9)
1.一种以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，包括顺次连通的沼气增压装置Ⅰ、水洗脱碳装置、干燥装置Ⅰ、增压装置Ⅱ、干燥装置Ⅱ和生物天然气储运装置，其特征是：所述水洗脱碳装置包括顺次连通的沼气缓冲罐、沼气压缩装置和水洗吸收塔，水洗吸收塔的顶部与干燥装置Ⅰ连通，水洗吸收塔的下部依次连接有水力透平机、一级解析塔和二级解析塔，二级解析塔下部与水洗吸收塔上部之间设有管道连通，管道上安装有水泵，一级解析塔顶部和沼气缓冲罐顶部之间有管道连通。
2.根据权利要求1所述的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，其特征是：所述沼气增压装置Ⅰ为多级燃气压缩机，在每一级压缩的曲轴箱与压缩缸体间增加一道密封组件，并形成隔室，利用氮气置换隔室内的空气；每一级进气、排气分别设有与排气量匹配的缓冲罐；每一级排气各设有独立的冷却器及分离器；在每一个缓冲器、冷却器、气液分离器的排污管上均安装自动疏水阀。
3.根据权利要求1所述的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，其特征是：所述干燥装置Ⅰ和Ⅱ均为撬装式结构，干燥装置Ⅰ和Ⅱ分别包括沿气体干燥管路依次设置有过滤器一、干燥塔A、干燥塔B和过滤器二，还包括控制系统，所述过滤器一上部分别与干燥塔A和B底部连通，过滤器二上部分别与干燥塔A和B顶部连通，同时在干燥塔A和B之间设有再生气逆流加热再生管路，在再生气逆流加热再生管路上安装有闭式加热器、冷却分离器。
4.根据权利要求3所述的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，其特征是：所述脱水装置Ⅰ中再生气逆流加热再生管路为闭式循环管路，在闭式循环管路上同时安装有循环风机。
5.根据权利要求3所述的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，其特征是：所述脱水装置Ⅱ中再生气采用少量成品气，在成品气输出管道与闭式加热器之间设置有减压阀，经冷却分离器之后的成品气进入低压回收系统。
6.根据权利要求3所述的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，其特征是：所述在气体干燥管路上、干燥塔A和B气体进出口处分别设置有控制阀，同时在再生气循环管路上、干燥塔A和B气体进出口处分别设置有控制阀。
7.根据权利要求3所述的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，其特征是：所述控制系统包括非防爆电控箱及机旁防爆启停按钮。
8.根据权利要求3所述的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，其特征是：所述再生气循环管路上同时安装有压力表和温度计。
9.根据权利要求1所述的以沼气为原料的压缩生物天然气生产装置，其特征是：所述生物天然气储运装置包括多台并联的地上储气罐，储气罐一端分别与顺序控制柜连接，另一端通过加气柱分别与数量相匹配的多台天然气运输撬装车连接，在每个储气罐和顺序控制柜之间、储气罐和加气柱之间分别设置有控制阀；所述顺序控制柜与干燥装置Ⅱ连接。
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