CN203976746U - 生物天然气制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了生物天然气制备装置，该装置包括顺次通过管道连接第一螺杆压缩机、第一净化罐、气体缓冲罐及第一膜组件系统，第一膜组件系统的高压出口连接产品气体输送管道，低压出口通过管道依次连接第二螺杆压缩机、第二净化罐及第二膜组件系统，第二膜组件系统的高压出口连接气体缓冲罐，低压出口接废气排放管道。该方法包括：将原始气体经第一螺杆压缩机加压后进入第一净化罐及第一膜组件系统，高压产品气经产品气体输送管道输出，低压气体进入第二螺杆压缩机加压后顺次进入第二净化罐及第二膜组件系统，浓缩气回流进入气体缓冲罐，剩余废气排出。本实用新型采用两级压缩及两级膜分离，在减小压缩机功率同时减少膜用量，处理成本低。

Description

生物天然气制备装置

技术领域

本实用新型涉及天然气制备领域，具体涉及生物天然气制备装置。

背景技术

沼气及垃圾填埋气通过提纯为生物天燃气同时销售天然气或制备压缩天然气(Compressed Natural Gas,CNG)进行销售。沼气在提纯过程中用到气体膜分离技术。气体膜分离技术是近年来被应用于制备生物天然气的最前沿技术，被广泛应用于沼气及垃圾填埋气制备生物天燃气市场。该技术与传统的其他脱碳工艺(胺洗法、变压吸附法、高压水洗)有明显的优势，比如：操作运行简单，占地省、无任何污染及运行费用低。

现有的生物天然气制备方法：经过脱硫后的沼气，进入气体缓冲罐，然后被压缩机加压，通过预处理部分，即气体干燥装置、活性炭过滤器、过滤罐及恒温装置后，去除气体中的水蒸气及压缩机产生的油脂及气体中的颗粒，在温度控制范围内进入膜组件系统，通过两级直接串联的膜组件分离产生三个出口气。第一部分为直接生成产品气，气体在高压状态，第二部分为回流气，在低压状态，该部分回流气与进气合并经缓冲罐进入压缩机，第三部分在低压，是富集二氧化碳气体被排除。

现有的利用沼气制备生物天然气的装置，所得到的生物天然气处理气体的成本较高。

实用新型内容

在下文中给出关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本实用新型实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种处理成本低的生物天然气制备装置。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种生物天然气制备装置，包括顺次通过管道连接第一螺杆压缩机、第一净化罐，所述第一净化罐通过管道连接气体缓冲罐，所述气体缓冲罐通过管道连接第一膜组件系统，所述第一膜组件系统的高压出口连接产品气体输送管道，所述第一膜组件系统的低压出口通过管道连接第二螺杆压缩机，所述第二螺杆压缩机通过管道连接第二净化罐，所述第二净化罐通过管道连接第二膜组件系统，所述第二膜组件系统的高压出口连接气体回流管的一端，所述气体回流管的另一端连气体缓冲罐，所述第二膜组件系统的低压出口连接废气排放管道。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型采用两级压缩及两级膜分离技术，因为大大降低了气体的回流比，与传统工艺相比气体回流比减少一倍，大大减小压缩机总装机功率，同时也减少膜用量，与传统工艺相比减少40％膜用量。使产品在一次性投资及运行成本上都大大降低，与传统工艺相比减少30-40％。

2.由于膜组件材料优质特性省略传统工艺中繁琐预处理设备，本实用新型不需要气体干燥器、活性炭过滤罐、恒温装置等装置，与传统工艺相比使工艺路线更简单，便于操作维护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的生物天然气制备装置的结构示意图。

附图标记：

1-第一螺杆压缩机；2-废气排放管道；3-第一净化罐；4-气体缓冲罐；5-第一膜组件系统；6-产品气体输送管道；7-第二螺杆压缩机；8-第二净化罐；9-第二膜组件系统；10-气体回流管。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在本实用新型的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，一种生物天然气制备装置，包括顺次通过管道连接第一螺杆压缩机1及第一净化罐3，第一净化罐3通过管道连接气体缓冲罐4，气体缓冲罐4通过管道连接第一膜组件系统5，第一膜组件系统5的高压出口连接有产品气体输送管道6，第一膜组件系统5的低压出口通过管道连接第二螺杆压缩机7，第二螺杆压缩机7通过管道连接第二净化罐8，第二净化罐8通过管道连接第二膜组件系统9，第二膜组件系统9的高压出口连接气体回流管10的一端，气体回流管10的另一端连气体缓冲罐4，第二膜组件系统9的低压出口连接废气排放管道2。

本实用新型的生物天然气制备装置通过两级压缩及两级膜分离，生产的产品气成本低。高压出口指出口气体压力为10-12个大气压，低压出口指出口气体压力为1个大气压。高压和低压是指两个相对而言。

本实施例在上述实施例的基础上，第一螺杆压缩机1、第一净化罐3、气体缓冲罐4、第一膜组件系统5、第二螺杆压缩机7、第二净化罐8及第二膜组件系统9设置在集装箱内。

本实用新型的设备占地省，所有设备都撬装在集装箱内，安装方便，同时可根据实际运行负荷调整系统使用量，最大节省能耗。适合偏远地区安装。

本实施例在上述实施例的基础上，本实用新型的第一净化罐和第二净化罐均包括依次设置的主管路过滤机、油雾过滤器及微油雾过滤器，通过第一净化罐净化后使气体中粉尘含量小于0.3um，油雾小于0.01ppm。第二净化罐净化处理去除气体通过第二螺杆压缩机加压后带来的油及杂质，通过第二净化罐的处理后气体中粉尘小于0.3um，油雾小于0.01ppm。

本实施例在上述实施例的基础上，第一膜组件系统8和第二膜组件系统9均包括两个以上并联连接的膜组件，所述膜组件包括膜及外壳，所述膜安装在所述外壳内。

本实用新型的装置通过多个膜组件并联的方式，实现对气体的膜分离。

优选的，膜为聚醚醚酮树脂膜。

本实用新型的膜采用工程塑料聚醚醚酮(PEEK)树脂为原料制备的膜，聚醚醚酮(PEEK)树脂是一种性能优异的特种工程塑料，膜在抗腐蚀性，抗高温及液态水上有着非常突出的特征，沼气前净化只需要对粉尘及残留油需要处理，处理达到粉尘小于0.3UM，油脂含量小于0.01ppm，对水，烃类及温度没有预处理要求，所以与传统膜预处理工艺相比，省略了除水干燥装置、去除烃的活性炭净化罐及保护膜效率的恒温装置三个设备及步骤，大大节约生产成本。

本实施例在上述实施例的基础上，第一膜组件系统8与第二膜组件系统9中的膜的总面积的比例为4-5:1。即第一膜组件系统8中膜的总面积为第二膜组件系统9中膜的总面积的4-5倍，这种比例设置可以使沼气提纯到一级天然气标准，甲烷含量大于95％。

本实用新型还提供一种使用上述的生物天然气制备装置制备生物天然气的方法，包括以下步骤：

将原始气体经第一螺杆压缩机加压后进入第一净化罐进行预处理，预处理后的气体进入第一膜组件系统，产生的高压产品气经产品气体输送管道输出，低压气体进入第二螺杆压缩机加压后顺次进入第二净化罐及第二膜组件系统，得到的浓缩气通过气体回流管回流进入气体缓冲罐，剩余的低压废气通过废气排放管道排出。

本实用新型生产的高压产品气经产品气体输送管道输出，高压指10-12个大气压，低压气体指1个大气压，其余的低压气体进入第二螺杆压缩机加压后进入第二净化罐再次进行净化处理去除压缩机加压带来的油及杂质，然后再进入第二膜组件系统进行膜分离，分离后的高压气体通过管道回流进入气体缓冲罐，剩余的低压废气排出。本实用新型采用两级压缩及两级膜分离，与传统工艺比减小压缩机功率同时减少膜用量，预处理变简单，处理成本低。本实用新型基于气体膜分离技术，通过两级压缩及两级膜分离的方法实现对主要气体甲烷和二氧化碳的分离，最终达到天然气使用标准。

优选地，本实用新型的原始气体为沼气或垃圾填埋气，所述原始气体进入第一螺杆压缩机之前需要预先进行脱硫处理。本实用新型实现了利用沼气和垃圾填埋气制备生物天然气，产品气中甲烷的体积百分含量在95％以上，二氧化碳的体积百分含量在3％以下。

优选地，第一螺杆压缩机将原始气体加压后的压力为10-12个大气压，经第二螺杆压缩机加压后的压力为10-12个大气压。

优选地，所述原始气体中甲烷的体积百分含量为45-60％，二氧化碳的体积百分含量为40-50％。

下面通过一个对比例来对本实用新型做进一步的说明：

所使用的气体及对产品气的要求：

1、粗沼气

2.产品气要求

现有工艺：

经过脱硫后的粗沼气，硫化氢含小于10ppm，粗沼气从气体缓冲柜出来后进入螺杆压缩机，被螺杆压缩机加压到10个大气压，通过预处理部分，包括除水干燥器、活性炭过滤器及精滤罐及温度控制器进入膜处理系统，干燥机把沼气中水蒸气去除达到天然气含水标准然后经净化罐净化后，去除由沼气中的颗粒及螺杆压缩机产生的油脂，再经过活性炭过滤器去除沼气中微量的烃再经恒温装置确保气体在膜工况的最佳温度，最后进入膜组件系统，通过膜分离产生三个出口气。

第一个高压出口气为直接生成产品气，CH₄含量大于95％，气体处于高压状态，可进入CNG压缩设备；第二个出口气为回流气，回流气的回流比为进气量的200％，即回流气体量为200％进气量，处于低压状态，该部分回流与原始进气的粗沼气合并再次经缓冲罐进入螺杆压缩机；第三个出口气为废气，处于低压状态，是富集二氧化碳气体被排除，该工艺甲烷损失率为6％。

现有工艺所用设备、气体流量及组分如表1所示：

表1

本实用新型的工艺：

参见图1，经过脱硫后的粗沼气，硫化氢含小于10ppm，粗沼气从气体缓冲柜11出来后进入第一螺杆压缩机1，被第一螺杆压缩机1加压到10个大气压，通过预处理部分第一净化罐3后，去除由气体加压冷却后产生的油及沼气中的颗粒，进入气体缓冲罐4，再与第二膜组件系统9出来的回流气一同进入第一膜组件系统5，通过第一膜组件系统5后生成高压产品气，满足天然气标准，通过产品气体输送管道6输送进行销售，其余低压气体经管道输送到第二螺杆压缩机7中被二次加压，再经第二净化罐8进行净化处理，后经第二膜组件系统9，第二膜组件系统9产生的高压回流气回流进气体缓冲罐4，回流气的回流比为进气量的100％，废气从废气排放管2外排。

本实用新型的工艺产生三部分气体，第一部分气体为直接生成的产品气，CH₄含量大于95％，气体处于高压状态，第二部分气体为回流气，在低压状态，该部分回流气与进气合并进入气体缓冲罐，第三部分气体为废气，处于低压状态，是富集二氧化碳的气体，最终被排除。本实用新型的工艺甲烷损失率为6％。

本实用新型所用设备、气体流量及组分如表2所示：

表2

比较结果如表3所示：

表3

通过上表3的比较可知，本实用新型的制备成本低于现有的工艺制备成本。

在本实用新型上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本实用新型的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本实用新型的等效方案。同时，在上面对本实用新型具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本实用新型及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本实用新型的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本实用新型的公开内容将容易理解，根据本实用新型可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (6)

1.一种生物天然气制备装置，包括顺次通过管道连接第一螺杆压缩机、第一净化罐，其特征在于，所述第一净化罐通过管道连接气体缓冲罐，所述气体缓冲罐通过管道连接第一膜组件系统，所述第一膜组件系统的高压出口连接产品气体输送管道，所述第一膜组件系统的低压出口通过管道连接第二螺杆压缩机，所述第二螺杆压缩机通过管道连接第二净化罐，所述第二净化罐通过管道连接第二膜组件系统，所述第二膜组件系统的高压出口连接气体回流管的一端，所述气体回流管的另一端连气体缓冲罐，所述第二膜组件系统的低压出口连接废气排放管道。

2.根据权利要求1所述的生物天然气制备装置，其特征在于，所述第一螺杆压缩机、第一净化罐、气体缓冲罐、第一膜组件系统、第二螺杆压缩机、第二净化罐及第二膜组件系统设置在集装箱内。

3.根据权利要求1所述的生物天然气制备装置，其特征在于，所述第一净化罐和第二净化罐均包括依次设置的主管路过滤机、油雾过滤器及微油雾过滤器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的生物天然气制备装置，其特征在于，所述第一膜组件系统和第二膜组件系统均包括两个以上并联连接的膜组件，所述膜组件包括膜及外壳，所述膜安装在所述外壳内。

5.根据权利要求4所述的生物天然气制备装置，其特征在于，所述膜为聚醚醚酮树脂膜。

6.根据权利要求5所述的生物天然气制备装置，其特征在于，所述第一膜组件系统与第二膜组件系统中的膜的总面积的比例为4-5:1。