TWI669148B - 生質沼氣精煉提純分離系統 - Google Patents

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蔡慶瑞
劉文鈞
楊勝仲
郭吉明
李國正
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Abstract

一種生質沼氣精煉提純分離系統，包含一增壓單元、一熱交換單元、一與該增壓單元及該熱交換單元連接的分離單元，及一儲存單元。該分離單元包括一界定出一分離槽的外殼體，及一設置於該外殼體內的冷卻模組。透過該增壓單元及該熱交換單元於運輸沼氣至該分離槽的過程中先行進行加壓及降溫，接著該增壓單元對進入該分離槽內的沼氣續行加壓，並再透過該冷卻模組對該分離槽內的沼氣進一步降溫，如此可使沼氣中的二氧化碳因處於高壓低溫的狀態而液化，並因沉降而與氣態的甲烷分離，最後將二氧化碳及甲烷分別儲存，達到有效分離及回收二氧化碳之功效。

Description

生質沼氣精煉提純分離系統
本發明是有關於一種精煉氣體的系統，特別是指一種生質沼氣精煉提純分離系統。
生質能的定義是指由生物質經轉換後而產生之能源，而生物質係指任何來自動植物、藻類及廢棄物等有機物質，將這些有機物質經能量轉換後可做為能源使用，目前世界各國為了開發再生能源，也投注了許多資源及精力在生質能的研發上。生質能依其類型大致上可分為固態、氣態及液態三種，其中氣態生質能以沼氣為主，沼氣是在糞肥、汙水、都市固體廢棄物及其他生物可降解的有機物質，在缺氧的特定環境下，經發酵或是無氧消化過程所產生的氣體，其主要成分為65~75%的甲烷、25~35%的二氧化碳，及硫化氫等其他成分。
沼氣中的二氧化碳及硫等成分會降低其發電效率，未經純化的沼氣，其熱值約在20.16MJ/m 3~28.98 MJ/m 3之間，為了提高沼氣的熱值，因此現時存在許多沼氣提純技術，包括了變壓吸附法（PSA）、水洗法、化學吸收法、低溫分離法及膜分離法等等，這些技術皆是透過吸附劑、吸收劑或者水，以將二氧化碳及硫化氫等氣體去除，從而獲得高品質生質燃氣以提升沼氣發電設備之效率與壽命，如美國專利US 8568512 B2號揭露了一種從沼氣分離和純化甲烷的方法和系統，該技術是先經過第一道刮除硫化物處置後，再利用溶液吸收、固態吸附與變壓吸附等方法，逐道純化並加以液化來收集非甲烷的有機氣體(NMOC，Non-Methane Organic Compounds)，最後透過系統迴路將下游流體倒回上游，達到循環處理以提高甲烷純度的目的，然而此技術不但複雜，且需使用大量的吸附劑及處理成本，過度耗能耗材，另外，許多習知技術在沼氣提純過程中，並無法將去除的二氧化碳良好地回收再利用，故尚有改善之空間。
因此，本發明之目的，即在提供一種不需耗材、結構單純，且可良好地回收二氧化碳的生質沼氣精煉提純分離系統。
於是，本發明生質沼氣精煉提純分離系統，適用於將輸入的沼氣分離出二氧化碳及甲烷。該生質沼氣精煉提純分離系統包含一適用於對輸入的沼氣進行加壓的增壓單元、一連接該增壓單元並適用於對由該增壓單元輸入的沼氣進行冷卻的熱交換單元、一與該增壓單元及該熱交換單元連接的分離單元，及一儲存單元。
該分離單元包括一界定出一分離槽的外殼體，及一設置於該外殼體內並適用於對輸入該分離槽的沼氣進行冷卻的冷卻模組，該分離槽內的沼氣被該增壓單元加壓並被該冷卻模組冷卻，使沼氣中的二氧化碳液化而與氣態的甲烷分離。該儲存單元包括一連通該外殼體之分離槽且適用於儲存液態之二氧化碳的第一儲存裝置，及一連通該分離槽且適用於儲存氣態之甲烷的第二儲存裝置。
本發明之功效在於：透過該增壓單元及該熱交換單元於運輸沼氣至該分離槽的過程中先行進行加壓及降溫，接著該增壓單元對進入該分離槽內的沼氣續行加壓，並再透過該冷卻模組對該分離槽內的沼氣進一步降溫，如此可使沼氣中的二氧化碳因處於高壓低溫的狀態而液化，液態的二氧化碳因此沉降而與氣態的甲烷分離，最後將二氧化碳及甲烷分別儲存，達到有效分離及回收二氧化碳之功效。
參閱圖1與、圖2，及圖3，本發明生質沼氣精煉提純分離系統1之一實施例，包含一連通一沼氣供給源A的增壓單元2、一連接該增壓單元2的熱交換單元3、一與該增壓單元2及該熱交換單元3連接的分離單元4、一連接該分離單元4的儲存單元5，及一設置於該分離單元4內的監控單元6。在本實施例中，該增壓單元2為一增壓泵浦，圖2為該分離單元4對半剖切後的立體剖視圖。
該熱交換單元3包括一用於輸出冷卻液的冷水系統31。該分離單元4包括一界定出一分離槽410的外殼體41、一設置於該分離槽410內且位於該外殼體41的1/2高度處的冷卻模組43，及一設置於該外殼體41上且兩端分別連通該沼氣供給源A及該分離槽410的進氣管44。該外殼體41概呈筒狀並使用如不銹鋼等耐腐蝕耐高壓之材質製成，可適應0~100帕之壓力及-10℃~30℃之溫度。
該冷卻模組43具有一連通該冷水系統31且於該分離槽410內盤繞的冷卻管431，及一連通該冷水系統31並包覆於該外殼體41之外壁面的夾套42。該冷卻管431盤繞時的間隙較佳控制在0.5~2公分內，以達到較佳的液態收集凝聚之功能，並維持該分離槽410內的壓力分佈均勻。該冷卻管431用於輸入及輸出冷卻液的兩端由該分離槽410穿設出該外殼體41而伸置於外界。該夾套42可供冷卻液流入其中以對該分離槽410產生冷卻效果，其開設有一冷卻液入口421及一冷卻液出口422，該冷卻液入口421是開設於該外殼體41外周面上接近底緣處，該冷卻液出口422則是開設於該外殼體41外周面上接近頂緣處，並用於使冷卻液於該夾套42內循環。該進氣管44概呈L字形，並具有一水平延伸而穿設該外殼體41外周面而伸置於該分離槽410內的第一管體441，及一由該第一管體441位於該分離槽410的一端向下延伸的第二管體442。該第一管體441穿設該外殼體41的位置較佳是在該外殼體41高度1/2~1/3處，且兩端分別連接該沼氣供給源A及該第二管體442。該第二管體442向下延伸的設計使其輸出的沼氣向下噴流，以確保沼氣在上升過程中可確實受到該冷卻管431的降溫，並能與該夾套42有較多的接觸時間，提升冷卻效果。
該儲存單元5包括一連接該外殼體41底部且連通該分離槽410的第一儲存裝置51，及一連接該外殼體41頂部且連通該分離槽410的第二儲存裝置52。在本實施例中，該第一儲存裝置51及該第二儲存裝置52較佳是設有卸壓閥的高壓鋼瓶，但不以此為限。該監控單元6包括複數設置於分離槽410內且及該冷卻管431上的感測器61，及一連接該冷水系統31的調節模組(圖未示)該等感測器61可以是用於偵測該分離槽410內的整體溫度、氣體濃度、液態二氧化碳之溫度，及液態二氧化碳之液面高度。該調節模組可依據該等感測器61所偵測到的數值，調整該冷水系統31所輸出的冷卻液之流速及溫度，也可依據其中一感測器61所偵測到該分離槽410內的壓力數值，控制該增壓單元2以調整該分離槽410內的壓力。該調節模組可為一個外接的電腦系統，同時連接該等感測器61，但也可以是多個分別連接該等感測器61的電腦系統，不以此為限。
接著說明本實施例的運作過程，首先，該沼氣供給源A將脫硫後的沼氣輸送至該外殼體41之分離槽410內，在此輸送過程中，該增壓單元2會在前述輸送路徑上對沼氣加壓，該熱交換單元3設置於前述輸送路徑上以對沼氣先行降溫。接著沼氣由該進氣管44之第二管體442向下噴流而進入該分離槽410底部，沼氣在該分離槽410內會受到加壓，且由該分離槽410底部向上流動的過程中會受到該夾套42及該冷卻管431的降溫，使沼氣中的二氧化碳因高壓低溫而液化，液態的二氧化碳會沉降至該分離槽410底部而與沼氣分離，分離二氧化碳後的沼氣以氣態甲烷為主要成分，其會續行向上流動至分離槽410頂部。最後，透過該增壓單元2加壓使該分離槽410與該第一、第二儲存裝置51、52間產生壓力差，如此便可將液態二氧化碳及氣態甲烷分別導引至該第一儲存裝置51及該第二儲存裝置52中儲放。
透過該增壓單元2及該熱交換單元3的加壓、降溫，使沼氣在進入該分離槽410前就預先升壓降溫，在該分離槽410內再透過該增壓單元2、該冷卻模組43，及該夾套42來進一步的升壓及冷卻，使沼氣內的二氧化碳液化而與氣態的甲烷分離，從而使精製提純後的沼氣熱值提高至38.22 MJ/m 3以上，大幅提升後續沼氣發電之效率。此一過程僅需可循環利用的冷卻液，而不需使用吸附劑或其他耗材，可大幅降低成本並避免資源的浪費，收集封裝後的二氧化碳還可再供其他產業利用，提升資源利用率。
參閱圖3至圖8，該冷卻模組43除了可如圖3所示地僅有一盤繞的冷卻管431外，也可如圖4至圖8地具有交錯排列的複數冷卻管431，該等冷卻管431可根據實際需求進行不同結構配置，以達到能滿足要求的冷卻效率。參閱圖9，該分離單元4還可包括複數設置於該等冷卻管431上的冷卻鰭片45，藉由該等冷卻鰭片45可提升熱交換面積以增加冷卻效率。
綜上所述，本發明不需使用吸附劑等耗材，而使以可循環利用的冷卻液來進行二氧化碳的液化，並使液態的二氧化碳與氣態的甲烷分離，藉此對生質沼氣進行精煉提純以提高其熱值，提升能源利用效率，並能回收二氧化碳再利用，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧生質沼氣精煉提純分離系統
2‧‧‧增壓單元
3‧‧‧熱交換單元
31‧‧‧冷水系統
4‧‧‧分離單元
41‧‧‧外殼體
410‧‧‧分離槽
42‧‧‧夾套
421‧‧‧冷卻液入口
422‧‧‧冷卻液出口
43‧‧‧冷卻模組
431‧‧‧冷卻管
44‧‧‧進氣管
441‧‧‧第一管體
442‧‧‧第二管體
45‧‧‧冷卻鰭片
5‧‧‧儲存單元
51‧‧‧第一儲存裝置
52‧‧‧第二儲存裝置
6‧‧‧監控單元
61‧‧‧感測器
A‧‧‧沼氣供給源
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一線路配置圖，說明本發明生質沼氣精煉提純分離系統之一實施例； 圖2是一不完整的立體剖面圖，說明該實施例中之一分離單元對半剖切後的立體剖視態樣； 圖3是一俯視剖面圖，說明該分離單元的俯視剖面態樣； 圖4至圖8皆是示意圖，說明該分離單元之一冷卻模組的不同變化態樣；及 圖9是一示意圖，說明該分離單元還可包括複數冷卻鰭片。

Claims (9)

  1. 一種生質沼氣精煉提純分離系統，適用於將輸入的沼氣分離出二氧化碳及甲烷，該生質沼氣精煉提純分離系統包含：一增壓單元，適用於對輸入的沼氣進行加壓；一熱交換單元，連接該增壓單元並適用於對由該增壓單元輸入的沼氣進行冷卻，並包括一冷水系統；一分離單元，與該增壓單元及該熱交換單元連接，該分離單元包括一界定出一分離槽的外殼體，及一設置於該外殼體並適用於對輸入該分離槽的沼氣進行冷卻的冷卻模組，其中，該冷卻模組包括一連通該冷水系統並於包覆於該外殼體上之夾套，該夾套用於容裝冷卻液以冷卻沼氣，該分離槽內的沼氣被該增壓單元加壓並被該冷卻模組冷卻，使沼氣中的二氧化碳液化而與氣態的甲烷分離；及一儲存單元，包括一連通該分離槽且適用於儲存液態之二氧化碳的第一儲存裝置，及一連通該分離槽且適用於儲存氣態之甲烷的第二儲存裝置。
  2. 如請求項1所述的生質沼氣精煉提純分離系統，其中，該分離單元之冷卻模組還包括至少一連通該冷水系統，並設置於該外殼體內之冷卻管。
  3. 如請求項2所述的生質沼氣精煉提純分離系統，還包含一監控單元，該監控單元包括至少一設置於該分離槽內的感測器，及一調節模組，該調節模組連接該冷水系統，並可依據該至少一感測器所偵測到的數值，調整該冷水系統所輸出冷卻液之流速及溫度。
  4. 如請求項3所述的生質沼氣精煉提純分離系統，其中，該監控單元包括複數感測器，而該調節模組連接該增壓單元，並依據其中一感測器所偵測到該分離槽內之壓力數值，調整該分離槽內的壓力。
  5. 如請求項3所述的生質沼氣精煉提純分離系統，其中，該至少一感測器用於偵測該分離槽內的液態二氧化碳之溫度及液面高度。
  6. 如請求項2所述的生質沼氣精煉提純分離系統，其中，設置於該外殼體內之該至少一冷卻管是呈盤繞狀，該至少一冷卻管盤繞時的間隙為0.5~2公分。
  7. 如請求項1所述的生質沼氣精煉提純分離系統，其中，該分離單元還包括一設置於該外殼體上並用於將沼氣輸入該分離槽內的進氣管，該進氣管具有一水平延伸而穿設該外殼體的第一管體，及一由該第一管體位於該分離槽內的一端向下延伸的第二管體。
  8. 如請求項7所述的生質沼氣精煉提純分離系統，其中，該進氣管是設置於該外殼體高度1/2~1/3處。
  9. 如請求項6所述的生質沼氣精煉提純分離系統，其中，該分離單元還包括複數設置於該至少一冷卻管上的冷卻鰭片。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4681612A (en) * 1984-05-31 1987-07-21 Koch Process Systems, Inc. Process for the separation of landfill gas
CN102796578A (zh) * 2011-05-24 2012-11-28 于政道 一种沼气低温提纯方法
KR101650877B1 (ko) * 2014-11-10 2016-08-25 한영테크노켐(주) 바이오가스로부터의 고순도 메탄 및 이산화탄소 회수 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4681612A (en) * 1984-05-31 1987-07-21 Koch Process Systems, Inc. Process for the separation of landfill gas
CN102796578A (zh) * 2011-05-24 2012-11-28 于政道 一种沼气低温提纯方法
KR101650877B1 (ko) * 2014-11-10 2016-08-25 한영테크노켐(주) 바이오가스로부터의 고순도 메탄 및 이산화탄소 회수 장치

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