CN221522485U - 一种沼气膜提纯及cng压缩系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于沼气提纯技术领域，具体涉及一种沼气膜提纯及CNG压缩系统；包括提纯预处理组件、膜提纯撬和CNG压缩撬；提纯预处理组件包括经管路依次连接的粗沼气过滤机、活性炭过滤器和压缩撬；膜提纯撬包括真空泵、一级膜组、二级膜组和三级膜组，一级膜组的密闭腔体内设置有中空纤维膜束，中空纤维膜束的一侧是密闭腔体的输入气进口、另一侧是截流气出口、中间设有处理气出口；二级膜组、三级膜组与一级膜组的结构相同；膜提纯撬中的一级膜组、二级膜组、三级膜组联合提纯沼气，各级膜组的排气均经二次提纯，膜提纯撬分离生物天然气中CH4体积分数可达97％，膜提纯撬结构简单，过程易操作。
Description
技术领域
本实用新型属于沼气提纯技术领域，具体涉及一种沼气膜提纯及CNG压缩系统。
背景技术
生产生物天然气的关键一步是将沼气净化、压缩后作为天然气。沼气的主要成分是甲烷(CH4)和二氧化碳(C02)。甲烷占50％～70％，二氧化碳占30％～50％，还有少量其他惰性气体。甲烷是天然气的主要成份，容易燃烧、热值较高，燃烧时不会产生烟尘，是一种清洁能源。对沼气进行提纯处理，提纯后的沼气中CH4含量为95％以上，CO4含量为2％～5％，使之达到与天然气一样的品质，可实现与天然气的互联互通。因此，沼气净化提纯将成为沼气高附加值利用的一种主要途径。
目前沼气高附加值利用的主要方法有：化学吸收法(胺液吸收法为主导)、PSA(变压吸附法)、压力水洗法、膜法等，每种方法各有千秋，最终都是要将沼气中的甲烷含量提升至95％以上。
其中，气体膜分离是指在压力差或压力比的作用下，利用气体混合物中各组分在气体分离膜中渗透速率的不同而使各组分分离的过程。气体膜分离过程的关键是膜材料，理想的气体分离膜材料应该同时具有良好的分离性能、优良的热和化学稳定性、较高的机械强度。现有利用气体膜分离进行沼气提纯的系统构成主要包括：沼气压缩系统、膜前气体净化系统、膜组分离系统、生物燃气增压系统和加气系统；其中，沼气压缩系统的作用是：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。该系统采用无油润滑压缩机，保证沼气不被润滑油二次污染，为膜分离单元提供洁净的气体；膜前气体净化系统的作用是：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，气体净化系统进一步将沼气中的水、油、固体颗粒等杂质去除，从而达到膜组分离系统的运行要求。气体净化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；膜组分离系统的作用是：采用进口膜组件，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；生物燃气增压系统的作用是：为保证净化后的生物燃气达到车用燃气或者其它用气端的压力要求，需要对净化后的生物燃气进一步增压，系统采用运行稳定可靠的压缩机，可将生物燃气增压到25MPa或者其它用气端的压力要求；加气系统的作用是：系统配置加气柱一台，将生物燃气增压系统排出的高压气体输送给CNG集装管束车进行储存，当管束车加气压力达到设定压力时，生物燃气增压系统自动停止压缩供气。
但目前这种气体膜分离技术主要的问题是：膜元件价格昂贵，易损坏，塑化和老化会缩短膜的寿命，维护费用较高；膜元件对油和粉尘敏感，前期除油除尘要求苛刻；CH4回收率(≥95％)偏低。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有利用气体膜分离进行沼气提纯的系统存在膜元件价格昂贵，易损坏，塑化和老化会缩短膜的寿命，维护费用较高；膜元件对油和粉尘敏感，前期除油除尘要求苛刻；CH4回收率偏低的问题。
本实用新型提供了如下技术方案：一种沼气膜提纯及CNG压缩系统，包括提纯预处理组件、膜提纯撬和CNG压缩撬；
提纯预处理组件包括经管路依次连接的粗沼气过滤机、活性炭过滤器和压缩撬；
膜提纯撬包括真空泵、一级膜组、二级膜组和三级膜组，一级膜组的密闭腔体内设置有中空纤维膜束，中空纤维膜束的一侧是密闭腔体的输入气进口、另一侧是截流气出口、中间设有处理气出口；二级膜组、三级膜组与一级膜组的结构相同；
真空泵的入口与压缩撬的增压气体出口连接、出口与一级膜组的输入气进口连接，一级膜组的截流气出口与二级膜组的输入气进口连接、处理气出口与三级膜组的输入气进口连接；二级膜组的处理气出口与真空泵的入口连接、截流气出口与CNG压缩撬的进气口连接；三级膜组的处理气出口连通大气、截流气出口与真空泵的入口连接。
进一步地，活性炭过滤器包括活性炭罐，活性炭罐内部中空，活性炭罐内填充有活性炭，活性炭罐的管壁下方设有进气口、罐顶上设有排气口。
进一步地，CNG压缩撬包括活塞式压缩机和空冷机，活塞式压缩机将膜提纯撬提纯后的天然气压缩后输入空冷机降温，空冷机降温后输出成品天然气。
进一步地，压缩撬中的高温冷却液输出管连接至锅炉房。
进一步地，粗沼气过滤机的进气管路中安装有气体分析仪，气体分析仪用于监测进气质量。
与现有技术相比，本实用新型的优势在于：
本实用新型提供的一种沼气膜提纯及CNG压缩系统，利用渗透膜对不同气体的选择性能，将CH4与CO2等气体分离，即在0.36MPa下CO2不能通过渗透膜，而CH4能通过，使CH4体积分数达到97％左右，从而将CO2与CH4分离。膜提纯撬中的一级膜组、二级膜组、三级膜组联合提纯沼气，各级膜组的排气均经二次提纯，膜提纯撬分离生物天然气中CH4体积分数可达97％，膜提纯撬结构简单，过程易操作。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为一级膜组的结构示意图；
图3为膜提纯撬的结构示意图；
图4为活性炭过滤器的结构示意图。
图中：1-提纯预处理组件；1.1-粗沼气过滤机；1.2-活性炭过滤器；1.3-压缩撬；1.4-气体分析仪；1.5-高温冷却液输出管；2-膜提纯撬；2.1-一级膜组；2.2-二级膜组；2.3-三级膜组；2.4-真空泵；3-CNG压缩撬；3.1-活塞式压缩机；3.2-空冷机；4-成品天然气A-输入气进口；B-处理气出口；C-截流气出口；D-中空纤维膜束。
具体实施方式
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
一种沼气膜提纯及CNG压缩系统，包括提纯预处理组件1、膜提纯撬2和CNG压缩撬3；提纯预处理组件1包括经管路依次连接的粗沼气过滤机1.1、活性炭过滤器1.2和压缩撬1.3。
如图2、图3所示：膜提纯撬2包括真空泵2.4、一级膜组2.1、二级膜组2.2和三级膜组2.3，一级膜组2.1的密闭腔体内设置有中空纤维膜束D，中空纤维膜束D的一侧是密闭腔体的输入气进口A、另一侧是截流气出口C、中间设有处理气出口B；二级膜组2.2、三级膜组2.3与一级膜组2.1的结构相同。
真空泵2.4的入口与压缩撬1.3的增压气体出口连接、出口与一级膜组2.1的输入气进口A连接，从压缩撬1.3来的原料气中CH4浓度＞50％，一级膜组2.1的截流气出口C与二级膜组2.2的输入气进口A连接、处理气出口B与三级膜组2.3的输入气进口A连接；从一级膜组2.1流出的一级截流气CH4浓度＞70％、一级处理气CH4浓度＜30％。
二级膜组2.2的处理气出口B与真空泵2.4的入口连接、截流气出口C与CNG压缩撬3的进气口连接；从二级膜组2.2流出的二级截流气CH4浓度＞97％、回流气(处理气出口B流出)CH4浓度在50％～60％之间。
三级膜组2.3的处理气出口B连通大气、截流气出口C与真空泵2.4的入口连接，从三级膜组2.2流出的二级处理气CO2浓度＞98％、回流气(处理气出口B流出)CH4浓度在50％～60％之间。
来自发酵罐的原料气通过变频沼气风机进入粗沼气过滤机1.1，粗沼气过滤机1.1是冷却水洗塔，除去粗沼气中的一部分水分和氨气，然后通过活性炭过滤器1.2进行深度脱硫，进一步脱除H2S；脱硫后的沼气进入压缩撬1.3压缩至压力200bar的状态。经换热器降温、过滤冷凝水，再升温至40℃，达到相对干度后进入膜提纯撬2，经过膜组三级分离提纯后的生产出甲烷纯度达97％以上的天然气，送至CNG压缩撬3。
如图4所示：活性炭过滤器1.2包括活性炭罐1.2.2，活性炭罐1.2.2内部中空，活性炭罐1.2.2内填充有活性炭，活性炭罐1.2.2的管壁下方设有进气口1.2.3、罐顶上设有排气口1.2.1。
进气口1.2.3要求：H2S低于200ppm，相对湿度低于60％，活性炭过滤器1.2用于对气体中的硫化氢、氨气、VOC、细小颗粒物进行过滤。
CNG压缩撬3包括活塞式压缩机3.1和空冷机3.2，活塞式压缩机3.1将膜提纯撬2提纯后的天然气压缩后输入空冷机3.2降温，空冷机3.2降温后输出成品天然气。
压缩撬1.3中的高温冷却液输出管1.5连接至锅炉房，回收余热。
粗沼气过滤机1.1的进气管路中安装有气体分析仪1.4，气体分析仪1.4用于监测进气质量。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种沼气膜提纯及CNG压缩系统，其特征在于：包括提纯预处理组件(1)、膜提纯撬(2)和CNG压缩撬(3)；
提纯预处理组件(1)包括经管路依次连接的粗沼气过滤机(1.1)、活性炭过滤器(1.2)和压缩撬(1.3)；
膜提纯撬(2)包括真空泵(2.4)、一级膜组(2.1)、二级膜组(2.2)和三级膜组(2.3)，一级膜组(2.1)的密闭腔体内设置有中空纤维膜束(D)，中空纤维膜束(D)的一侧是密闭腔体的输入气进口(A)、另一侧是截流气出口(C)、中间设有处理气出口(B)；二级膜组(2.2)、三级膜组(2.3)与一级膜组(2.1)的结构相同；
真空泵(2.4)的入口与压缩撬(1.3)的增压气体出口连接、出口与一级膜组(2.1)的输入气进口(A)连接，一级膜组(2.1)的截流气出口(C)与二级膜组(2.2)的输入气进口(A)连接、处理气出口(B)与三级膜组(2.3)的输入气进口(A)连接；二级膜组(2.2)的处理气出口(B)与真空泵(2.4)的入口连接、截流气出口(C)与CNG压缩撬(3)的进气口连接；三级膜组(2.3)的处理气出口(B)连通大气、截流气出口(C)与真空泵(2.4)的入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种沼气膜提纯及CNG压缩系统，其特征在于：所述的活性炭过滤器(1.2)包括活性炭罐(1.2.2)，活性炭罐(1.2.2)内部中空，活性炭罐(1.2.2)内填充有活性炭，活性炭罐(1.2.2)的管壁下方设有进气口(1.2.3)、罐顶上设有排气口(1.2.1)。
3.根据权利要求2所述的一种沼气膜提纯及CNG压缩系统，其特征在于：所述的CNG压缩撬(3)包括活塞式压缩机(3.1)和空冷机(3.2)，活塞式压缩机(3.1)将膜提纯撬(2)提纯后的天然气压缩后输入空冷机(3.2)降温，空冷机(3.2)降温后输出成品天然气。
4.根据权利要求2所述的一种沼气膜提纯及CNG压缩系统，其特征在于：所述的压缩撬(1.3)中的高温冷却液输出管(1.5)连接至锅炉房。
5.根据权利要求1所述的一种沼气膜提纯及CNG压缩系统，其特征在于：所述的粗沼气过滤机(1.1)的进气管路中安装有气体分析仪(1.4)，气体分析仪(1.4)用于监测进气质量。
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