CN204897856U

CN204897856U - 膜分离沼气提纯系统

Info

Publication number: CN204897856U
Application number: CN201520530547.2U
Authority: CN
Inventors: 施军营; 乔如林; 何清玉; 王友东
Original assignee: Guangxi Land Renewable Energy Co Ltd
Current assignee: Guangxi Land Renewable Energy Co Ltd
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2025-07-21

Abstract

本实用新型提供一种膜分离沼气提纯系统，包括：原料气预处理单元、混合罐、沼气压缩机、多级过滤除油单元、加热器、一级膜组、二级膜组、缓冲罐和甲烷储罐。优点为：(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)通过对脱硫罐的设计，可高效脱除沼气中的硫化氢和有机硫，防止沼气中含硫杂质对设备和管线的腐蚀，延长了整个系统的使用寿命。

Description

膜分离沼气提纯系统

技术领域

本实用新型属于沼气处理技术领域，具体涉及一种膜分离沼气提纯系统。

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膜分离沼气提纯系统，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膜分离沼气提纯系统，包括：原料气预处理单元、混合罐、沼气压缩机、多级过滤除油单元、加热器、一级膜组、二级膜组、缓冲罐和甲烷储罐；

其中，所述混合罐设置有进气口、第1回流口、第2回流口和排气口；

所述混合罐的进气口与所述原料气预处理单元的排气口连通；所述混合罐的排气口与所述沼气压缩机的进气口连通；所述沼气压缩机的排气口与所述多级过滤除油单元的进气口连通；所述多级过滤除油单元的排气口与所述加热器的进气口连通；所述加热器的排气口通过第1输气管道与所述一级膜组的进气口连通；在所述第1输气管道上安装第1电动阀门；从所述加热器的排气口到所述第1电动阀门之间的输气管道引出第2输气管道，所述第2输气管道反馈连接到所述混合罐的第1回流口，并且，所述第2输气管道安装有第2电动阀门；

所述一级膜组的渗透口与二氧化碳储罐连通；所述一级膜组的非渗透口与所述二级膜组的进气口连通；所述二级膜组的非渗透口通过所述缓冲罐和所述甲烷储罐连通；所述二级膜组的渗透口通过第3输气管道反馈连接到所述混合罐的第2回流口；

此外，在所述加热器的排气口安装有压力检测传感器和温度检测传感器；还包括PLC控制器；所述PLC控制器分别与所述压力检测传感器、所述温度检测传感器、所述第1电动阀门和所述第2电动阀门连接。

优选的，所述原料气预处理单元包括串联的气水分离器、脱硫增压风机、脱硫单元和粗颗粒过滤器。

优选的，所述脱硫单元为脱硫罐；所述脱硫罐包括罐体，所述罐体的底部设置进气口，所述罐体的顶部设置排气口，在所述罐体的内部设置带筛孔的支撑板，在所述支撑板的上面铺设第1不锈钢网，在所述第1不锈钢网的上面铺设磁球，在所述磁球的上面铺设氧化铁脱硫剂；在所述氧化铁脱硫剂的上面铺设第2不锈钢网，在所述第2不锈钢网的上面铺设活性碳脱硫层。

本实用新型提供的膜分离沼气提纯系统具有以下优点：

(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)通过对脱硫罐的设计，可高效脱除沼气中的硫化氢和有机硫，防止沼气中含硫杂质对设备和管线的腐蚀，延长了整个系统的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型提供的膜分离沼气提纯系统的整体结构示意图。

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膜分离沼气提纯系统，包括：原料气预处理单元、混合罐、沼气压缩机、多级过滤除油单元、加热器、一级膜组、二级膜组、缓冲罐和甲烷储罐；

其中，混合罐设置有进气口、第1回流口、第2回流口和排气口；

混合罐的进气口与原料气预处理单元的排气口连通；混合罐的排气口与沼气压缩机的进气口连通；沼气压缩机的排气口与多级过滤除油单元的进气口连通；多级过滤除油单元的排气口与加热器的进气口连通；加热器的排气口通过第1输气管道与一级膜组的进气口连通；在第1输气管道上安装第1电动阀门；从加热器的排气口到第1电动阀门之间的输气管道引出第2输气管道，第2输气管道反馈连接到混合罐的第1回流口，并且，第2输气管道安装有第2电动阀门；

一级膜组的渗透口与二氧化碳储罐连通；一级膜组的非渗透口与二级膜组的进气口连通；二级膜组的非渗透口通过缓冲罐和甲烷储罐连通；二级膜组的渗透口通过第3输气管道反馈连接到混合罐的第2回流口；

此外，在加热器的排气口安装有压力检测传感器和温度检测传感器；还包括PLC控制器；PLC控制器分别与压力检测传感器、温度检测传感器、第1电动阀门和第2电动阀门连接。

此外，原料气预处理单元包括串联的气水分离器、脱硫增压风机、脱硫单元和粗颗粒过滤器。脱硫单元为脱硫罐；脱硫罐包括罐体，罐体的底部设置进气口，罐体的顶部设置排气口，在罐体的内部设置带筛孔的支撑板，在支撑板的上面铺设第1不锈钢网，在第1不锈钢网的上面铺设磁球，在磁球的上面铺设氧化铁脱硫剂；在氧化铁脱硫剂的上面铺设第2不锈钢网，在第2不锈钢网的上面铺设活性碳脱硫层。

本实用新型提供的膜分离沼气提纯系统，其工作原理为：

(1)原料气预处理单元主要用于对沼气发生器产生的沼气进行初步预处理，使其满足进入到膜组的相关工艺要求，包括：温度、压力和纯度等。

原料气预处理单元包括串联的气水分离器、脱硫增压风机、脱硫单元和粗颗粒过滤器。

(1.1)由于在中高温发酵，因此，沼气发生器产生的沼气含水率较高，且为高温气体，因此，首先进入到气水分离器进行除水，然后，除水后的沼气通过脱硫增压风机作用，增压到一定压力后，进入到脱硫单元。

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。

(1.2)经脱硫后的沼气进入到粗颗粒过滤器，粗颗粒过滤器的原理为：

因脱硫剂最初装填和使用过程中会产生粉尘，从脱硫罐出来的沼气首先进入粗颗粒过滤器脱除粉尘。

(1.3)在脱除粉尘后，气体进入混合罐中，并由混合罐进入沼气压缩机进行压缩，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；随后压缩气体进入多级过滤除油单元，具体包括：冷干机，经过沼气冷干机进一步干燥脱除沼气中的水份，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，出冷干机的沼气露点达到2～8℃，为了防止冷干机冷却后的气体中有雾滴带出，冷干机后设精密过滤器脱除水滴和油类，以免对膜组件寿命造成不良影响。随后压缩沼气进入加热器，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和温度检测传感器，当通过压力检测传感器和温度检测传感器，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。

(2)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，本实用新型提供的膜分离沼气提纯系统具有以下优点：

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

1.一种膜分离沼气提纯系统，其特征在于，包括：原料气预处理单元、混合罐、沼气压缩机、多级过滤除油单元、加热器、一级膜组、二级膜组、缓冲罐和甲烷储罐；

2.根据权利要求1所述的膜分离沼气提纯系统，其特征在于，所述原料气预处理单元包括串联的气水分离器、脱硫增压风机、脱硫单元和粗颗粒过滤器。

3.根据权利要求2所述的膜分离沼气提纯系统，其特征在于，所述脱硫单元为脱硫罐；所述脱硫罐包括罐体，所述罐体的底部设置进气口，所述罐体的顶部设置排气口，在所述罐体的内部设置带筛孔的支撑板，在所述支撑板的上面铺设第1不锈钢网，在所述第1不锈钢网的上面铺设磁球，在所述磁球的上面铺设氧化铁脱硫剂；在所述氧化铁脱硫剂的上面铺设第2不锈钢网，在所述第2不锈钢网的上面铺设活性碳脱硫层。