CN211871895U - 一种沼气脱碳压缩机余热回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及厌氧发酵产生的沼气，主要杂质为CO₂的煤层气等的脱碳净化生产技术领域，具体涉及一种沼气脱碳余热回收利用系统。沼气出口与变频压缩机入口连接，变频压缩机出口连接膜前换热器管程，膜前换热器热媒入口管线上设置换热器热媒入口温度调节阀，换热器热媒入口温度调节阀与换热器冷媒出口温度变送器信号连接，膜前换热器管程并联热媒复线手阀支路，膜前换热器管程出口连接气体冷却装置入口，气体冷却装置出口与膜前换热器的冷媒入口连接，膜前换热器的冷媒出口与膜处理装置入口连接。本系统利用自身系统的能量优化，降低每标方沼气的能耗，并且不新增设备，脱碳过程不需要额外的材料。

Description

一种沼气脱碳压缩机余热回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及厌氧发酵产生的沼气，主要杂质为CO₂的煤层气等的脱碳净化生产技术领域，具体涉及一种沼气脱碳余热回收利用系统。

背景技术

能源是人类生存与发展的物质基础。由于能源短缺和环境污染问题日益严重，绿色可再生能源亟待开发。沼气是日前应用最广泛的生物质能源之一，沼气通过净化提纯后可变成生物燃气,替代汽油或天然气作为汽车燃料使用，不但可缓解城市能源紧张的局面，还能减少城市空气污染,必将成为我国发展新型能源的一条重要途径。

沼气中成分较多较杂，有一些气体夹杂在沼气中，在应用过程中对工艺、设备、环境都将造成一定的影响；沼气中的二氧化碳是一种无色无味气体，溶于水形成碳酸，对金属有腐蚀作用。二氧化碳有灭火阻燃作用，常用作灭火剂，在以燃烧放热或以燃烧做功为目的的系统中，二氧化碳的存在通常会降低燃烧热的利用率、降低火焰温度、降低气缸容积利用率，导致放热或做功过程中成本增加。因此在这类气体的使用过程中，只有将二氧化碳降低到较低的含量，才能达到使用要求，提高设备效率，降低使用要求，因此在沼气提纯中须进行脱碳处理。通过对沼气的脱碳处理后，沼气的使用价值能在原有基础上提高20％左右，可给企业带来很好的经济效益和社会效益。

目前市面上用于沼气净化、分离、提纯的工艺还是比较多，如吸收法、变压吸附法、低温冷凝法、膜分离法等，其中膜分离技术是目前世界上效率和效果较好的沼气提纯技术，净化提纯后的气体能达到并网天然气标准，膜法气体分离工艺分为一级和二级膜处理工艺，能满足目前沼气提纯国家及国际净化提纯的标准要求，诸如天然气标准、车用天然气标准等。

沼气膜法净化提纯设备构成如下：沼气压缩系统、膜前气体远预处理系统、膜组分离系统等。

(1)沼气压缩系统：为了实现膜组的最佳分离效果，原料气必须被压缩到适合膜组工作的工艺压力。

(2)膜前气体预处理系统：沼气中除甲烷和二氧化碳等气体外，一般还包含多种自由液体、固体颗粒和微生物等杂质，气体预处理系统进一步将沼气中的水、油、固体颗粒等杂质去除，并将净化后的气体升温处理，从而达到膜组分离系统的运行要求。气体预处理系统是保证净化装置稳定工作的条件，并可提高膜组分离系统的使用寿命。

(3)膜组分离系统：采用膜组件，将沼气中含有的二氧化碳气体和水蒸气分离出来，得到较高纯度的甲烷气体。通过科学设计的多级分离工艺，膜组分离系统出口的甲烷纯度可达97％以上，甲烷回收率可达97％以上。预处理后沼气进入膜组件，将气体进行分离，渗透气主要成分为二氧化碳，高空排放，非渗透气为产品气，控制二氧化碳浓度低于3％，产品气送至企业指定位置。

无论是厌氧发酵产生的沼气或者垃圾填埋场产生的填埋气、主要杂质为CO₂的煤层气等，沼气压缩系统需要降温，膜前气体预处理工艺中需要升温，如果采用配套公用工程进行工艺的实现，能量造成浪费,而且沼气净化企业公用工程配套相对不完善，一般不会建立循环水系统及蒸汽系统，因此沼气压缩机一般采用风冷，膜加热器采用电加热，投入成本较高。

实用新型内容

为解决上述沼气压缩系统需要降温，膜前气体预处理工艺中需要升温，如果采用配套公用工程进行工艺的实现，造成能量浪费，因此沼气压缩机一般采用风冷，膜加热器采用电加热，造成投入成本较高的问题，本实用新型提供的沼气脱碳压缩机余热回收利用系统，利用自身系统的能量进行温度调节，可有效节约成本，提高产能。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种沼气脱碳压缩机余热回收利用系统，沼气出口与变频压缩机入口连接，所述变频压缩机出口连接膜前换热器管程，所述膜前换热器热媒入口管线上设置换热器热媒入口温度调节阀，所述换热器热媒入口温度调节阀与换热器冷媒出口温度变送器信号连接，所述膜前换热器管程并联热媒复线手阀支路，所述膜前换热器管程出口连接气体冷却装置入口，所述气体冷却装置出口与所述膜前换热器的冷媒入口连接，所述膜前换热器的冷媒出口与膜处理装置入口连接，所述膜处理装置的渗透气出口气体高空排放，所述膜处理装置的非渗透气出口与用户连接。

优选的，该沼气脱碳压缩机余热回收利用系统还包括精密过滤器，所述精密过滤器设于所述气体冷却装置出口和膜前换热器的冷媒入口之间。

优选的，所述气体冷却装置包括压缩机冷却器与冷干机，所述膜前换热器管程出口与所述热媒复线手阀出口汇合连接压缩机冷却器入口，所述压缩机冷却器出口与所述冷干机入口连接，所述冷干机出口与所述膜前换热器的冷媒入口连接。

优选的，所述膜处理装置采用二级膜组件。

本实用新型的技术效果和优点：

(1)本系统中设置了热媒副线手阀，通过该阀门的开关大小，可以调节通过膜前换热器热媒的流量，根据原料气量的波动进行控制，满足不同负荷换热的要求；

(2)本原料气压缩机余热回收利用系统可以解决现有膜工艺处理沼气过程中沼气压缩系统降温，膜前气体预处理工艺中升温，利用自身系统的能量优化，降低每标方沼气的能耗；

(3)本系统不新增设备，脱碳过程不需要额外的材料。由于膜法脱碳工艺的主要耗能是压缩机，压缩机的耗能约占整个项目的90％，节省的能耗仅为膜前加热器的能耗，加热器的能耗约占项目的4％。

附图说明

图1为本实用新型的系统装置结构示意图；

图2为本实用新型增加精密过滤器的系统装置结构示意图；

图中：1-变频压缩机，2-换热器热媒入口温度调节阀，3-热媒副线手阀，4-膜前换热器，5-压缩机冷却器，6-冷干机，7-换热器冷媒出口温度变送器，8-膜处理装置，9-热媒入口，10-热媒出口，11-冷媒入口，12-冷媒出口，13-渗透气出口，14-非渗透气出口，15-精密过滤器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种沼气脱碳压缩机余热回收利用系统，沼气出口与变频压缩机1入口连接，变频压缩机1出口连接膜前换热器管程，膜前换热器管程上膜前换热器4热媒入口9管线上设置换热器热媒入口温度调节阀2，换热器热媒入口温度调节阀2与换热器冷媒出口温度变送器7信号连接，膜前换热器管程并联热媒复线手阀3支路，膜前换热器4的热媒出口10与热媒复线手阀3出口汇合连接气体冷却装置入口，气体冷却装置包括压缩机冷却器5与冷干机6串联，冷干机6出口与膜前换热器4的冷媒入口11连接，膜前换热器4的冷媒出口12与膜处理装置8入口连接，膜处理装置8采用二级膜组件，膜处理装置8的渗透气出口13气体高空排放，膜处理装置8的非渗透气出口14与用户连接。

如图2所示，该沼气脱碳压缩机余热回收利用系统还包括精密过滤器15，精密过滤器15设于气体冷却装置出口和膜前换热器4的冷媒入口11之间。

在使用过程中，沼气中CO₂的体积分数在20％～90％之间，入口压力为1-3KPa，温度为25～40℃，进入到变频压缩机1进行升压，以调整沼气的压力至适合脱碳的范围，此时压缩之后的粗沼气温度升高约为100-150℃，变频压缩机1的出口压力为1.3MPa～4.0MPa。

根据原料气的组成，粗沼气经变频压缩机1出口压力一般设置为1.3MPa。经过压缩后的粗沼气温度为120℃。经过压缩后的粗沼气作为热媒从热媒入口9进入到膜前换热器4的管程，膜前换热器4的热媒入口9管线上设置了换热器热媒入口温度调节阀2，换热器热媒入口温度调节阀2与换热器冷媒出口温度变送器7信号连接，换热器冷媒出口温度变送器7控制调节进入到膜前换热器4的热媒流量，保证进入到膜处理装置8的温度为设定值，一般膜前的换热器冷媒出口温度变送器7设置的温度为45～50℃，热媒副线手阀3的开度用以调整不同的原料气处理量下热媒满足换热的要求。

经过膜前换热器4的热媒温度下降至80℃，从热媒出口10出来与热媒副线手阀3流过的高温粗沼气合同进入到压缩机冷却器5，压缩机冷却器5采用风冷模式，高压粗沼气出压缩机冷却器5的温度为60℃以下。

降温后的高压粗沼气进入到冷干机6，冷干机6使粗沼气露点降低至0℃，进行沼气脱水，脱水后的沼气含水量在0.5mg/Nm³以下，冷干机6经过自身的能量综合利用，出口粗沼气的温度为20℃。

冷干机6出口的粗沼气通过冷媒入口11进入到膜前换热器4的壳程，与变频压缩机1出口的热媒沼气进行换热，设置冷媒出口12的温度为50℃，由冷媒出口12管线上的换热器冷媒出口温度变送器7监测冷媒出口12温度。

精密过滤器15设于冷干机6出口与膜前换热器4的冷媒入口11管道间，以去除粗沼气内部的细小型杂质。

换热升温后的粗沼气进入到膜处理装置8中，进行两级膜的分离，从而可以使CH₄回收率达95％以上，产品CH₄气纯度达97％以上，其中渗透气主要为CO₂，从渗透气出口13直接高空排放，非渗透气主要为CH₄，从非渗透气出口14送至用户指定管网或设备。同时，本沼气脱碳工艺自动化程度高、操作简便、运行稳定、装置寿命长等优势。

本实用新型不新增设备，脱碳过程不需要额外的材料。由于膜法脱碳工艺的主要耗能是压缩机，压缩机的耗能约占整个项目的90％，节省的能耗仅为膜前加热器的能耗，加热器的能耗约占项目的4％。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种沼气脱碳压缩机余热回收利用系统，其特征在于：沼气出口与变频压缩机入口连接，所述变频压缩机出口连接膜前换热器管程，所述膜前换热器热媒入口管线上设置换热器热媒入口温度调节阀，所述换热器热媒入口温度调节阀与换热器冷媒出口温度变送器信号连接，所述膜前换热器管程并联热媒复线手阀支路，所述膜前换热器管程出口连接气体冷却装置入口，所述气体冷却装置出口与所述膜前换热器的冷媒入口连接，所述膜前换热器的冷媒出口与膜处理装置入口连接，所述膜处理装置的渗透气出口气体高空排放，所述膜处理装置的非渗透气出口与用户连接。

2.根据权利要求1所述的一种沼气脱碳压缩机余热回收利用系统，其特征在于：该沼气脱碳压缩机余热回收利用系统还包括精密过滤器，所述精密过滤器设于所述气体冷却装置出口和膜前换热器的冷媒入口之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种沼气脱碳压缩机余热回收利用系统，其特征在于：所述气体冷却装置包括压缩机冷却器与冷干机，所述膜前换热器管程出口与所述热媒复线手阀出口汇合连接压缩机冷却器入口，所述压缩机冷却器出口与所述冷干机入口连接，所述冷干机出口与所述膜前换热器的冷媒入口连接。

4.根据权利要求1所述的一种沼气脱碳压缩机余热回收利用系统，其特征在于：所述膜处理装置采用二级膜组件。

Images