CN208121053U - 一种填埋气净化提纯制取天然气的系统 - Google Patents

一种填埋气净化提纯制取天然气的系统 Download PDF

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何青松
宋咏梅
章夏夏
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Abstract

本实用新型公开了一种填埋气净化提纯制取天然气的系统，该系统包括：凝液罐、风机、冷却器、气液分离器、脱硫塔、第一冷干机、吸附塔、第一过滤器、缓冲罐、压缩机、第二过滤器、第二冷干机、第三过滤器、加热器、高分子聚酰亚胺中空纤维膜组。本实用新型的系统适应填埋气复杂的成分，能够提高运行稳定性及甲烷回收率，降低系统能耗。

Description

一种填埋气净化提纯制取天然气的系统
技术领域
本实用新型涉及可再生能源回收技术领域，具体涉及一种填埋气净化提纯制取天然气的系统。
背景技术
填埋气产生于垃圾卫生填埋场，是垃圾中有机成分降解后的产物，其成分主要包括CH4和CO2，其中甲烷含量约55％左右，二氧化碳含量约35％左右，既是一种温室气体，又是一种可再生的清洁能源。当前填埋气利用的主要方式用作锅炉燃料、发电、制取天然气等方式，其中制取天然气产品最具社会效益、环境效益和经济效益。
填埋气与一般沼气不同，除含有水蒸气、硫化氢杂质气体以外，同时还含有微量的一氧化碳、氨气、硫醇、硅氧烷、氯乙烯、甲苯、氯甲烷、二甲苯等以及尘土等杂质，不同地域不同气候条件的填埋气成分也具有差异。目前常规的沼气分离系统虽可以脱除沼气中的硫化氢，但难以脱除填埋气中复杂的微量成分，导致分离系统分离效率迅速衰减、甲烷纯度降低、系统运行不稳定等问题，从而限制了该技术在填埋气领域的应用。此外，现有技术虽能将沼气中甲烷与二氧化碳进行分离，但分离过程中部分甲烷随着二氧化碳气体放散，系统甲烷回收率不高，造成资源上的浪费。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种填埋气净化提纯制取天然气系统，本实用新型的系统适应填埋气复杂的成分，能够提高运行稳定性及甲烷回收率，降低系统能耗。
为实现上述目的，本实用新型提供一种填埋气净化提纯制取天然气的方法，该方法包括：
将填埋气送凝液罐进行降水除杂处理，以除去填埋气中混入的固态及液态杂质，得到冷凝液和冷凝气；其中，所述填埋气的压力为-30-4 kPa，温度为-20-45℃，甲烷含量为45-60体积％，二氧化碳含量为30-40 体积％，氧气含量为0-2体积％，硫化氢含量为0-1000mg/m3，氨气含量为0-500mg/m3，水气含量为0-9.8体积％，优选为6.0-9.8体积％，杂质为固体微粒和液体微粒(微粒是指粒径大于等于1微米的颗粒)，杂质含量为0-50g/m3；所述冷凝气的水气含量为0-8.1体积％，优选为5.0- 8.1体积％，杂质含量为0-5g/m3；填埋气经过凝液罐去除填埋气中的固态及液态杂质，还可有效防止填埋气收取过程中意外导致渗沥液进入系统中造成设备损坏；
将所得冷凝气送入风机进行升压和升温，得到第一升压气；其中，第一升压气的温度为-10-85℃，压力为0-15kPa；
将所得升压气依次通过冷却器和气液分离器进行降温和干燥，得到第一干燥气；其中，所述第一干燥气的温度为-10-50℃，水气含量为0- 7.5体积％，优选为4.4-7.5体积％；
将所得干燥气送入脱硫塔进行脱除硫化氢，得到脱硫气，其中，脱硫气的硫化氢含量小于3mg/m3；
将所得脱硫气送入第一冷干机进行降温和干燥，得到第二干燥气，其中，所述第二干燥气的温度为-10-37℃，水气含量为0-5.8体积％，优选为2.7-5.8体积％；填埋气含水量大，湿度高，是否可以可靠的除去填埋气中的水分是系统稳定运行的关键。实用新型采用多级干燥除水，可以有效的避免因某个环节除水不畅，损坏设备，影响系统稳定运行。
将所得第二干燥气送入吸附塔进行脱除氨气，得到脱氨气，其中，所述脱氨气中氨含量小于1mg/m3；
将所得脱氨气送入第一过滤器进行第一过滤，得到第一过滤气，其中，第一过滤器过滤精度不大于3μm；
将所得过滤气依次通过缓冲罐和压缩机升压，得到第二升压气，所述第二升压气的压力为1.2-1.6MPa；
将所得第二升压气进入第二过滤器进行第二过滤，得到第二过滤气，其中，所述第二过滤器的过滤精度不大于1μm；
将所得第二升压气送入第二冷干机进行降温和干燥，得到第三干燥气，其中，所述第三干燥气的温度为0-25℃，水气含量为0-0.1体积％；
将所得第三干燥气送入第三过滤器进行第三过滤，得到第三过滤气，其中，所述第三过滤器的过滤精度不大于0.01μm；
将所得第三过滤气送入加热器进行升温，得到升温气；其中，所述升温气的温度为40-65℃；
将所得升温气送入高分子聚酰亚胺中空纤维膜组分离，得到天然气产品和渗透气。高分子聚酰亚胺中空纤维膜组能够脱除二氧化碳、少量氧气、氮气，得到天然气产品，提纯后天然气高位发热量不小于 31.4MJ/m3，总硫含量不大于60mg/m3，硫化氢含量不大于6mg/m3，二氧化碳含量不大于2％。
可选的，所述方法还包括：将部分所得产品气和部分所得升温气返回所述脱硫塔、以及将部分所得渗透气返回所述缓冲罐。
可选的，所述脱硫塔的条件包括：温度为-30-70℃，空速为20-1000 h-1，压力为0-0.02MPa，催化剂为氧化铁脱硫剂。
可选的，所述吸附塔中的吸附剂为活性炭。
本实用新型还提供一种填埋气净化提纯制取天然气的系统，该系统包括：
凝液罐，设置有填埋气入口、冷凝液出口和冷凝气出口；
风机，设置有进风口和出风口，所述风机进风口与凝液罐的冷凝气出口流体连通；
冷却器，设置有入口和出口，所述冷却器的入口与所述风机的出风口流体连通；
气液分离器，设置有入口、气体出口和液体出口，所述气液分离器的入口与所述冷却器出口流体连通；
脱硫塔，设置有入口和出口，脱硫塔入口与所述气液分离器的气体出口流体连通；
第一冷干机，设置有入口和出口，所述第一冷干机的入口与所述脱硫塔的出口流体连通；
吸附塔，设置有入口和出口，所述吸附塔的入口与所述第一冷干机的出口流体连通；
第一过滤器，设置有入口和出口，所述第一过滤器的入口与所述吸附塔的出口流体连通，所述第一过滤器过滤精度不大于3μm；
缓冲罐，设置有入口和出口，所述缓冲罐的入口与所述第一过滤器的出口流体连通；
压缩机，设置有入口和出口，所述压缩机的入口与所述缓冲罐的出口流体连通；
第二过滤器，设置有入口和出口，所述第二过滤器的入口与所述压缩机的出口流体连通，所述第二过滤器的过滤精度不大于1μm；
第二冷干机，设置有入口和出口，所述第二冷干机的入口与所述第二过滤器的出口流体连通；
第三过滤器，设置有入口和出口，所述第三过滤器的入口与所述第二冷干机的出口流体连通，所述第三过滤器的过滤精度不大于0.01μm；
加热器，设置有入口和出口，所述加热器的入口与所述第三过滤器的出口流体连通；
高分子聚酰亚胺中空纤维膜组，设置有入口、天然气产品出口和渗透气出口，所述高分子聚酰亚胺中空纤维膜组入口与所述加热器出口流体连通。
可选的，所述凝液罐包括罐体、空气压缩机和压差液位传感器，所述填埋气入口和冷凝气出口设置于罐体上部，所述冷凝液出口设置于罐体底部，所述冷凝液出口设置有气动截止阀，所述气动截止阀由所述空气压缩机提供起源，所述压差液位传感器设置于所述罐体侧壁且与所述气动截止阀信号连接。凝液罐可以设自动排水装置，可有效防止填埋气收取过程中意外导致渗沥液进入系统中造成设备损坏。常规自动排水方式为浮球排水，通过浮球密封排水孔，排水孔一般流通孔径都很小，液位升高后，浮球浮起，污水通过缝隙流出。填埋气含有较多颗粒杂质，很容易堵塞排水孔，人工清理麻烦，容易造成排水不畅。本实用新型自动排水采用压缩空气为动力，通过压差感应液位高低，通过气动截止阀实现排水，避免了因水中颗粒较多，堵塞排水孔等问题。
可选的，所述加热器出口与所述脱硫塔入口流体连通，所述高分子聚酰亚胺中空纤维膜组的天然气产品出口与所述脱硫塔入口流体连通，所述高分子聚酰亚胺中空纤维膜组的渗透气出口与所述缓冲罐的入口流体连通。
可选的，所述加热器出口与所述脱硫塔入口之间、高分子聚酰亚胺中空纤维膜组的天然气产品出口与所述脱硫塔入口之间以及所述高分子聚酰亚胺中空纤维膜组的渗透气出口与所述缓冲罐的入口之间均设置有阀门和气体成分传感器，所述气体成分传感器与所述阀门信号连接。填埋气分离提纯过程中，分离出的二氧化碳气体中会混有部分甲烷气体，如直接排放会导致甲烷回收率的降低。此外，在初次开机过程中或非稳态运行过程中，不达标的气体直接排放也会导致甲烷的损失。本实用新型通过在进入膜组前、产品气出口和膜组渗透气出口设置三处回流，通过气体成分传感器信号和阀门的联锁自动实现工艺气体回流利用，有效减少了甲烷损失，甲烷回收率提高到96％以上。
本实用新型具有如下优点：
本实用新型采用多级净化技术，除硫化氢外，还可将填埋气中各种微量杂质脱除，防止膜组性能衰减引起的系统能耗升高、气质不达标等问题。
本实用新型采用高分子聚酰亚胺中空纤维膜组提纯技术，系统启动快，10分钟内即可产出合格产品气，可适应填埋气气量波动大的特点，自动化程度高，故障点少，运行稳定可靠。
本实用新型针对填埋气气质不稳定的特点，比传统工艺新增两处回流，在填埋气气质波动的情况下，也能实现运行的稳定性和较高的甲烷回收率。
本实用新型方法流程简洁，设备集成度高，噪音小，相比于其他工艺，便于实现设备小型化、可移动化。
本实用新型方法不仅适用于垃圾填埋气提纯制天然气，也适用于成分复杂的其他各种沼气。
附图说明
图1包括本实用新型方法一种具体实施方式的流程示意图，也包括本实用新型系统一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
填埋气进气流量为1440Nm3/h，压力为-10kPa，温度为40℃，主要成分为：甲烷48.2体积％，二氧化碳38.8体积％，氧气0.9体积％，硫化氢720mg/m3，氨气280mg/m3，水含量为8.1体积％，杂质为固体微粒和液体微粒，杂质含量为17g/m3。
将填埋气送凝液罐进行冷凝处理，以除去填埋气中的水和杂质，得到冷凝液和冷凝气；所述冷凝气的水含量为7.9体积％，杂质含量为1 g/m3；
通过风机将冷凝气升压至12kPa后，温度升高至60℃，经冷却器降温后10kPa，50℃进气液分离器分离出第一干燥气后进入脱硫塔，第一干燥气的温度为50℃，水含量为7.5体积％。第一干燥气经过脱硫塔后，硫化氢含量降低至1mg/m3，脱硫塔的条件包括：温度为50℃，空速为167h-1，压力为0.01MPa，催化剂为氧化铁脱硫剂(商业牌号为HD-1)；
脱硫气进入第一冷干机，温度降低至36.7℃，水含量为5.7体积％；将第二干燥气经吸附塔(采用活性炭作为吸附剂，商业牌号为TDF-1) 除杂后，氨气含量降低至0.1mg/m3，将所得脱氨气经第一过滤器(过滤精度为3μm)除杂后进入缓冲罐，缓冲罐气体压力5kPa，温度37.6℃，压缩机将气体压缩至1.43MPa后，所得第二升压气通过第二过滤器(第二过滤器的过滤精度为1μm)进入第二冷干机，第二冷干机出口温度 24.1℃，水含量为0.09体积％，经第三过滤器(第三过滤器的过滤精度为 0.01μm)除杂后，加热器将填埋气加热至45℃进入高分子聚酰亚胺中空纤维膜组。经过膜组提纯后，获得天然气产品中甲烷纯度91.4体积％，二氧化碳含量1.7体积％,总硫含量55mg/m3，硫化氢含量5mg/m3，甲烷回收率96％。
实施例2
填埋气进气流量为860Nm3/h，压力为-15kPa，温度为37℃，主要成分为：甲烷52.9重量％，二氧化碳35.8重量％，氧气0.4重量％，硫化氢 560mg/m3，氨气130mg/m3，水含量为8.0体积％，杂质为固体微粒和液体微粒，杂质含量为13g/m3。
将填埋气送凝液罐进行冷凝处理，以除去填埋气中的水和杂质，得到冷凝液和冷凝气；所述冷凝气的水含量为7.7体积％，杂质含量为1 g/m3；
通过风机将冷凝气升压至12kPa后，温度升高至57℃，经冷却器降温后10kPa，50℃进气液分离器分离出第一干燥气后进入脱硫塔，第一干燥气的温度为50℃，水含量为7.5体积％。第一干燥气经过脱硫塔后，硫化氢含量降低至1mg/m3，脱硫塔的条件包括：温度为50℃，空速为100 h-1，压力为0.01MPa，催化剂为氧化铁脱硫剂(商业牌号为HD-1)；
脱硫气进入第一冷干机，温度降低至36.7℃，水含量为5.7体积％；将第二干燥气经吸附塔(采用活性炭作为吸附剂，商业牌号为TDF-1) 除杂后，氨气含量降低至0.1mg/m3，将所得脱氨气经第一过滤器(过滤精度为3μm)除杂后进入缓冲罐，缓冲罐气体压力6kPa，温度34.5℃，压缩机将气体压缩至1.41MPa后，所得第二升压气通过第二过滤器(第二过滤器的过滤精度为1μm)进入第二冷干机，第二冷干机出口温度 22.1℃，水含量为0.08体积％，经第三过滤器(第三过滤器的过滤精度为 0.01μm)除杂后，加热器将填埋气加热至45℃进入高分子聚酰亚胺中空纤维膜组。经过膜组提纯后，天然气产品中甲烷纯度92.5体积％，二氧化碳含量1.5体积％,总硫含量40mg/m3，硫化氢含量4mg/m3，甲烷回收率97％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种填埋气净化提纯制取天然气的系统，其特征在于，该系统包括：
凝液罐，设置有填埋气入口、冷凝液出口和冷凝气出口；
风机，设置有进风口和出风口，所述风机进风口与凝液罐的冷凝气出口流体连通；
冷却器，设置有入口和出口，所述冷却器的入口与所述风机的出风口流体连通；
气液分离器，设置有入口、气体出口和液体出口，所述气液分离器的入口与所述冷却器出口流体连通；
脱硫塔，设置有入口和出口，脱硫塔入口与所述气液分离器的气体出口流体连通；
第一冷干机，设置有入口和出口，所述第一冷干机的入口与所述脱硫塔的出口流体连通；
吸附塔，设置有入口和出口，所述吸附塔的入口与所述第一冷干机的出口流体连通；
第一过滤器，设置有入口和出口，所述第一过滤器的入口与所述吸附塔的出口流体连通，所述第一过滤器过滤精度不大于3μm；
缓冲罐，设置有入口和出口，所述缓冲罐的入口与所述第一过滤器的出口流体连通；
压缩机，设置有入口和出口，所述压缩机的入口与所述缓冲罐的出口流体连通；
第二过滤器，设置有入口和出口，所述第二过滤器的入口与所述压缩机的出口流体连通，所述第二过滤器的过滤精度不大于1μm；
第二冷干机，设置有入口和出口，所述第二冷干机的入口与所述第二过滤器的出口流体连通；
第三过滤器，设置有入口和出口，所述第三过滤器的入口与所述第二冷干机的出口流体连通，所述第三过滤器的过滤精度不大于0.01μm；
加热器，设置有入口和出口，所述加热器的入口与所述第三过滤器的出口流体连通；
高分子聚酰亚胺中空纤维膜组，设置有入口、天然气产品出口和渗透气出口，所述高分子聚酰亚胺中空纤维膜组入口与所述加热器出口流体连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述凝液罐包括罐体、空气压缩机和压差液位传感器，所述填埋气入口和冷凝气出口设置于罐体上部，所述冷凝液出口设置于罐体底部，所述冷凝液出口设置有气动截止阀，所述气动截止阀由所述空气压缩机提供起源，所述压差液位传感器设置于所述罐体侧壁且与所述气动截止阀信号连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热器出口与所述脱硫塔入口流体连通，所述高分子聚酰亚胺中空纤维膜组的天然气产品出口与所述脱硫塔入口流体连通，所述高分子聚酰亚胺中空纤维膜组的渗透气出口与所述缓冲罐的入口流体连通。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述加热器出口与所述脱硫塔入口之间、高分子聚酰亚胺中空纤维膜组的天然气产品出口与所述脱硫塔入口之间以及所述高分子聚酰亚胺中空纤维膜组的渗透气出口与所述缓冲罐的入口之间均设置有阀门和气体成分传感器，所述气体成分传感器与所述阀门信号连接。
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