CN204848791U - 用于沼气处理的两级分离膜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于沼气处理的两级分离膜系统，包括：脱硫单元、压缩单元、干燥单元、过滤单元、加热单元和膜分离系统；其中，所述膜分离系统包括一级膜处理单元和二级膜处理单元。优点为：设置两级膜组，并且，第二级膜组的渗透口反馈到位于沼气压缩机前面的混合罐中，既保证二氧化碳和甲烷的高效分离，又保证提取到数量较多的甲烷，提高了沼气利用率。

Description

用于沼气处理的两级分离膜系统

技术领域

本实用新型属于沼气处理技术领域，具体涉及一种用于沼气处理的两级分离膜系统。

背景技术

沼气是指有机物厌氧降解所产生的一种混合气体，其主要成分为甲烷(约占40～70％)和二氧化碳(约30～60％)，另外还含有少量的硫化氢、水分、氨、硅氧烷、氮气、氧气和灰尘等成分。

二氧化碳在沼气中含量高，不仅降低了沼气的热值和燃烧势，而且对天然气管道具有腐蚀作用，因此，实现沼气中二氧化碳和甲烷的分离，是将沼气转化为生物天然气的关键。

目前，实现沼气提纯的工艺普遍具有分离得到的甲烷量少的不足，从而降低了沼气的利用率。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种用于沼气处理的两级分离膜系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种用于沼气处理的两级分离膜系统，包括：脱硫单元、压缩单元、干燥单元、过滤单元、加热单元和膜分离系统；其中，所述膜分离系统包括一级膜处理单元和二级膜处理单元；

所述脱硫单元的进气口与沼气厌氧罐的排气口连通，所述脱硫单元的排气口与所述压缩单元的进气口连通；所述压缩单元的排气口与所述干燥单元的进气口连通；所述干燥单元的排气口与所述过滤单元的进气口连通；所述过滤单元的排气口与所述加热单元的进气口连通；所述加热单元的排气口与所述一级膜处理单元的进气口连通；所述一级膜处理单元的渗透口与二氧化碳收集罐连通；所述一级膜处理单元的非渗透口与所述二级膜处理单元的进气口连通；所述二级膜处理单元的非渗透口与甲烷收集罐连通；所述二级膜处理单元的渗透口反馈连接到所述压缩单元的进气口。

优选的，所述压缩单元为活塞式无油压缩机。

优选的，所述干燥单元为冷干机过滤器。

优选的，所述过滤单元包括串联的粗颗粒过滤器、除油器和超精密颗粒过滤器。

优选的，所述一级膜处理单元和二级膜处理单元的结构相同，均由若干个并联的膜处理模块组成；

其中，每个所述膜处理模块均包括外壳，所述外壳的左端配置进气口，所述外壳的右端配置非渗透口；在所述外壳的内部自左向右横向配置有中空纤维丝，并且，所述中空纤维丝的左端通过左密封圈安装在所述外壳的左部，所述中空纤维丝的右端通过右密封圈安装在所述外壳的右部；在所述外壳的上部配置渗透口。

本实用新型提供的用于沼气处理的两级分离膜系统具有以下优点：

(1)设置两级膜组，并且，第二级膜组的渗透口反馈到位于沼气压缩机前面的混合罐中，既保证二氧化碳和甲烷的高效分离，又保证提取到数量较多的甲烷，提高了沼气利用率。

(2)整体设备具有使用简单、成本低以及使用寿命长的优点。

附图说明

图1为本实用新型提供的用于沼气处理的两级分离膜系统的结构示意图；

图2为本实用新型提供的膜处理模块的结构示意图；

其中，1-外壳；2-进气口；3-非渗透口；4-中空纤维丝；5-左密封圈；6-右密封圈；7-渗透口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细说明：

结合图1，本实用新型提供一种用于沼气处理的两级分离膜系统，包括：脱硫单元、压缩单元、干燥单元、过滤单元、加热单元和膜分离系统；其中，膜分离系统包括一级膜处理单元和二级膜处理单元；

脱硫单元的进气口与沼气厌氧罐的排气口连通，脱硫单元的排气口与压缩单元的进气口连通；压缩单元的排气口与干燥单元的进气口连通；干燥单元的排气口与过滤单元的进气口连通；过滤单元的排气口与加热单元的进气口连通；加热单元的排气口与一级膜处理单元的进气口连通；一级膜处理单元的渗透口与二氧化碳收集罐连通；一级膜处理单元的非渗透口与二级膜处理单元的进气口连通；二级膜处理单元的非渗透口与甲烷收集罐连通；二级膜处理单元的渗透口反馈连接到压缩单元的进气口。

实际应用中，压缩单元可采用活塞式无油压缩机。干燥单元可采用冷干机过滤器。过滤单元包括串联的粗颗粒过滤器、除油器和超精密颗粒过滤器。

一级膜处理单元和二级膜处理单元的结构相同，均由若干个并联的膜处理模块组成；

其中，如图2所示，为每个膜处理模块的结构示意图，每个膜处理模块均包括外壳，外壳的左端配置进气口，外壳的右端配置非渗透口；在外壳的内部自左向右横向配置有中空纤维丝，并且，中空纤维丝的左端通过左密封圈安装在外壳的左部，中空纤维丝的右端通过右密封圈安装在外壳的右部；在外壳的上部配置渗透口。

对于每个膜处理模块，其工作原理为：外壳类似一管壳式换热器，内装成千上万根细小的中空纤维丝。中空纤维的优点就是能够在最小的体积中提供最大的分离面积，使得分离系统紧凑高效，同时可以在很薄的纤维壁支撑下，承受较大的压力差。混合气体进入膜分离器管程后，沿纤维内侧流动，维持纤维内外两侧一适当的压力差，则气体在分压差的驱动下，“快气”(CO₂)选择性地优先透过纤维膜壁，在纤维管外低压侧富集而作为渗透气导出膜分离系统，渗透速率较慢的气体(CH₄)则被滞留在非渗透气(产品气)侧，压力几乎跟原料气的相同，由此实现了CO₂和CH₄的分离。

本实用新型提供的用于沼气处理的两级分离膜系统，其工作原理为：

(1)原料气首先进入脱硫单元，进行脱硫。

脱硫单元的脱硫原理为：

沼气中通常含有硫化氢和有机硫，容易造成设备和管线腐蚀；而且沼气提纯的产品需要满足《GB17820-2012天然气》或《GB18047-2000车用压缩天然气》等国家标准，其均对总硫和硫化氢有指标要求。因此必须进行脱硫处理。本实用新型中，对硫化氢设计值为200ppm脱除目标10ppm(<15mg/m3)。脱硫工艺采用干法脱硫技术，首先采用氧化铁脱除沼气中的硫化氢，再采用活性炭对沼气进一步纯化，达到脱硫净化后沼气中H₂S<10ppm。此外，氧化铁脱硫剂可以通过通空气再生。

(2)经脱硫后的沼气进入到压缩单元进行压缩，沼气压缩机采用活塞式无油压缩机，经过三级压缩将沼气从接近常压压缩到18barg；

(3)随后压缩气体进入干燥单元进行干燥处理，脱除沼气中的水份，以避免膜分离过程中水蒸气在膜组件上发生冷凝形成液膜影响分离性能。

(4)随后，经干燥的气体进入过滤单元，过滤掉沼气中的颗粒。

(5)随后，过滤后的气体进入到加热单元，将沼气温度加热到进膜要求的温度后，满足进膜条件后向一级膜组输出。

其中，在加热器到一级膜组之间安装有压力检测传感器、温度检测传感器和湿度检测传感器，当通过压力检测传感器、温度检测传感器和湿度检测传感器，检测到加热器排出的气体符合进膜条件时，打开加热器到一级膜组之间的第1电动阀门，使沼气进入到一级膜组；而如果检测到加热器排出的气体不符合进膜条件时，关闭第1电动阀门，打开第2电动阀门，使加热气排出的气体回流到混合罐，重新进行压缩和干燥等净化过程，由此保证只有满足条件的气体可进入到一级膜组，提高一级膜组的效率。其中，第1电动阀门为安装在加热单元到膜分离系统之间输气管道的阀门。第2电动阀门指：从所述加热单元的排气口到压缩单元进气口之间输气管道的阀门。

(6)一级膜组和二级膜组

经压缩及预处理后，无油、无液态水的沼气进入一级膜组，原料气从一级膜组上端顶部封头进入膜组件内，沿膜组件长度在膜丝内流动，在纤维膜管的内外压差推动下，一级膜组膜丝外部的壳程(低压侧)得到富含二氧化碳的渗透气，并排放到二氧化碳储罐；沼气流动到膜丝管内的另一端(高压侧)后形成富含甲烷的非渗透气，进入二级膜组。二级膜组低压侧得到的气体中因含有较多的甲烷，所以回流到压缩机入口循环回系统，继续进行回收，二级膜组高压侧得到的富含甲烷非渗透气，作为产品气进入到缓冲罐，然后进入到甲烷储罐。

由此可见，本实用新型提供的用于沼气处理的两级分离膜系统具有以下优点：

(1)设置两级膜组，并且，第二级膜组的渗透口反馈到位于沼气压缩机前面的混合罐中，既保证二氧化碳和甲烷的高效分离，又保证提取到数量较多的甲烷，提高了沼气利用率。

(2)整体设备具有使用简单、成本低以及使用寿命长的优点。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于沼气处理的两级分离膜系统，其特征在于，包括：脱硫单元、压缩单元、干燥单元、过滤单元、加热单元和膜分离系统；其中，所述膜分离系统包括一级膜处理单元和二级膜处理单元；

所述脱硫单元的进气口与沼气厌氧罐的排气口连通，所述脱硫单元的排气口与所述压缩单元的进气口连通；所述压缩单元的排气口与所述干燥单元的进气口连通；所述干燥单元的排气口与所述过滤单元的进气口连通；所述过滤单元的排气口与所述加热单元的进气口连通；所述加热单元的排气口与所述一级膜处理单元的进气口连通；所述一级膜处理单元的渗透口与二氧化碳收集罐连通；所述一级膜处理单元的非渗透口与所述二级膜处理单元的进气口连通；所述二级膜处理单元的非渗透口与甲烷收集罐连通；所述二级膜处理单元的渗透口反馈连接到所述压缩单元的进气口。

2.根据权利要求1所述的用于沼气处理的两级分离膜系统，其特征在于，所述压缩单元为活塞式无油压缩机。

3.根据权利要求1所述的用于沼气处理的两级分离膜系统，其特征在于，所述干燥单元为冷干机过滤器。

4.根据权利要求1所述的用于沼气处理的两级分离膜系统，其特征在于，所述过滤单元包括串联的粗颗粒过滤器、除油器和超精密颗粒过滤器。

5.根据权利要求1所述的用于沼气处理的两级分离膜系统，其特征在于，所述一级膜处理单元和二级膜处理单元的结构相同，均由若干个并联的膜处理模块组成；

其中，每个所述膜处理模块均包括外壳，所述外壳的左端配置进气口，所述外壳的右端配置非渗透口；在所述外壳的内部自左向右横向配置有中空纤维丝，并且，所述中空纤维丝的左端通过左密封圈安装在所述外壳的左部，所述中空纤维丝的右端通过右密封圈安装在所述外壳的右部；在所述外壳的上部配置渗透口。