適用中小型沼氣發(fā)電機組的沼氣純化處理系統(tǒng)及工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)和可再生能源利用領(lǐng)域，尤其是涉及一種適用中小型沼氣發(fā)電機組的沼氣純化處理系統(tǒng)及工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]沼氣作為熱值高、可再生清潔能源引起了人們極大的關(guān)注，我國沼氣資源儲量非常豐富，市場需求巨大。國內(nèi)沼氣目前主要用作農(nóng)村灶具燃料，使用價值較低。國內(nèi)外的沼氣發(fā)展顯示，沼氣發(fā)電是高效利用沼氣的重要手段。
[0003]沼氣發(fā)電在應(yīng)用過程中存在以下幾個問題，使得沼氣發(fā)電在推廣發(fā)展中存在著障礙。首先，與其他燃?xì)庀啾?，沼氣成分?fù)雜，其主要成份是甲烷CH4(50-70%)和二氧化碳CO2(25-40% )，還含有硫化氫、飽和水蒸氣、高碳烴(從乙烷C2H6到庚烷C7H16)、一氧化碳、氮氣、氦氣、鹵代烴及固體顆粒物等雜質(zhì)，使得沼氣在發(fā)動機燃燒過程中燃燒不穩(wěn)定；其次，沼氣中的二氧化碳所占比例較高，大大降低沼氣的燃燒速度，從而使得沼氣發(fā)動機燃燒效率降低，發(fā)動機的功率也相應(yīng)大大降低；第三，沼氣中的硫化氫、水蒸氣及其雜質(zhì)，使得沼氣發(fā)動機機械零部件腐蝕嚴(yán)重，極大地縮短沼氣發(fā)動機壽命。
[0004]因此除水、除雜質(zhì)、除硫、穩(wěn)壓非常關(guān)鍵，氣源的預(yù)處理是沼氣發(fā)電機組正常工作的前提。否則無法形成批量生產(chǎn)和銷售。我國進(jìn)口的大型沼氣發(fā)電機組均帶有氣源預(yù)處理裝置。但我國生產(chǎn)的中小型沼氣發(fā)電機組幾乎都沒有配置前處理裝置，也沒有實用化的沼氣前處理裝置。
[0005]中國專利CN202460429U公開了一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，主要是由氣體壓縮系統(tǒng)、精密過濾系統(tǒng)、可控溫加熱裝置和膜分離控制裝置五個部分組成，其中氣體壓縮系統(tǒng)是由壓縮機、氣水分離器、油霧分離器、氣體緩沖罐、前壓力調(diào)節(jié)器和總氣體流量計組成，精密過濾系統(tǒng)由一級精密吸附器和二級精密吸附器組成。該專利是通過對進(jìn)入膜組件氣體的壓力、溫度與流量進(jìn)行控制，實現(xiàn)從膜分離器的不同出口獲得沼氣中甲烷與二氧化碳的不同純度高品質(zhì)分別分離、純化與回收的目的。該專利適用于工業(yè)用途，如適應(yīng)于有專人維護(hù)及資金保障的大型沼氣工程，將純化后的甲烷并入天然氣管網(wǎng)。但是對于分布于廣大農(nóng)村、城鎮(zhèn)的中小型沼氣工程的沼氣發(fā)電裝置并不適用，這是因為經(jīng)過一定時間的使用后，膜分離器將被堵塞，降低純化效果，增大氣體流動阻力，嚴(yán)重時甚至無氣體流動，如果作為沼氣發(fā)電機組的燃料，發(fā)電機組在很短時間內(nèi)必將無法正常工作；且由分散的用戶來更換膜分離器等核心裝置，除成本高外，技術(shù)上的實際可操作性很低；另外二氧化碳的收集也沒有實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可有效去除沼氣中的水及顆粒物等雜質(zhì)、可保持中小型沼氣發(fā)電機組長時間穩(wěn)定可靠運行的適用中小型沼氣發(fā)電機組的沼氣純化處理系統(tǒng)及工藝。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]適用中小型沼氣發(fā)電機組的沼氣純化處理系統(tǒng)，包括:
[0009]經(jīng)管路依次串聯(lián)的絲網(wǎng)過濾裝置、吸氣泵、第一級干燥裝置、堿洗裝置、第二級干燥裝置、活性碳罐、分子篩、緩沖罐、壓氣泵、穩(wěn)壓儲氣罐及阻火器裝置構(gòu)成的沼氣處理組件，
[0010]所述的堿洗裝置還連接有堿液再生裝置，
[0011]由電子控制單元、CH4濃度傳感器、CO2濃度傳感器、壓力傳感器組成的濃度及壓力檢測控制裝置，檢測沼氣處理組件中的各裝置。
[0012]所述的第一級干燥裝置內(nèi)置風(fēng)機，底部設(shè)有出水口，經(jīng)管道連接沼氣池，風(fēng)冷降溫干燥后的冷凝水經(jīng)管道返回到沼氣池內(nèi)。
[0013]所述的第一級干燥裝置安裝有CH4濃度傳感器、CO 2濃度傳感器，并與電子控制單元信號連接。
[0014]所述的堿洗裝置采用一級或多級結(jié)構(gòu)，每級堿洗裝置結(jié)構(gòu)相同，進(jìn)氣口通過管道與上一級堿洗裝置出氣口相連，氣體經(jīng)過進(jìn)氣管送到NaOH堿液內(nèi)，進(jìn)氣管的下端為開設(shè)數(shù)個出氣孔的空心球體或扁圓柱體結(jié)構(gòu)，出氣口布置在頂部，堿液面的高度低于出氣口。
[0015]第二級干燥裝置進(jìn)氣口與最后一級堿洗裝置出口管道連接，堿洗后的氣體經(jīng)過進(jìn)氣管送到干燥裝置內(nèi)的濃H2SO4K收水分，該進(jìn)氣管的下端為開設(shè)數(shù)個出氣孔的空心球體或扁圓柱體結(jié)構(gòu)，出氣口位于第二級干燥裝置的頂部，并管道連接活性炭罐入口，濃H2SO4液面的高度低于出氣口。
[0016]所述的穩(wěn)壓儲氣罐安裝有CH4濃度傳感器、CO2濃度傳感器及壓力傳感器，并與電子控制單元信號連接。
[0017]所述的堿液再生裝置由液泵和堿液再生罐串接構(gòu)成，所述的堿液再生罐中裝有Ca (OH)2O
[0018]適用中小型沼氣發(fā)電機組的沼氣純化處理工藝，采用以下步驟:
[0019]第一步:沼氣通過絲網(wǎng)過濾裝置除掉沼氣中顆粒物雜質(zhì)；
[0020]第二步:絲網(wǎng)過濾裝置出口與吸氣泵進(jìn)口相接，吸氣泵出口連接到第一級干燥裝置進(jìn)口，利用第一級干燥裝置上安裝的CH4濃度傳感器和/或CO 2濃度傳感器檢測沼氣中氣體含量；
[0021]第三步:沼氣進(jìn)入堿洗裝置，利用堿液進(jìn)行堿洗去除C02、H2S* SO2的酸性物質(zhì)，生成 Na2C03、Na2S 和 Na2SO3;
[0022]第四步:堿洗后的氣體從堿洗裝置出口通過管道連接到第二級干燥裝置進(jìn)口，吸收氣體中的水分；
[0023]第五步:第二級干燥裝置的出口與活性炭罐入口用管道連接，活性碳罐出口與分子篩入口相連，吸收沼氣中的其它雜氣；
[0024]第六步:分子篩出口連接到緩沖罐入口，緩沖罐出口與壓氣泵進(jìn)口相連，壓氣泵出口連接到穩(wěn)壓儲氣罐進(jìn)口。穩(wěn)壓儲氣罐上安裝CH4濃度傳感器和/或CO 2濃度傳感器、氣體壓力傳感器，檢測氣體含量及壓力；
[0025]第七步:穩(wěn)壓儲氣罐出口與阻火器裝置入口相連，阻火器裝置出口和沼氣發(fā)電機組的燃?xì)膺M(jìn)口相連。
[0026]堿洗裝置下部經(jīng)管道與堿液再生裝置相連，將堿洗裝置內(nèi)使用過的廢堿液通過打開閥門送入堿液再生裝置的堿液再生罐，堿液再生罐中的Ca(OH)2與Na2C03、Na2S和Na2SO3反應(yīng)，生成物為固態(tài)CaCO3、CaS、CaSO3W及液態(tài)NaOH，液態(tài)NaOH經(jīng)液泵送回到堿洗裝置，固態(tài)CaCO3、CaS、CaSO3經(jīng)堿液再生罐底部排出。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0028](I)本發(fā)明通過絲網(wǎng)過濾裝置、多級堿洗裝置、二級干燥裝置、活性碳罐、分子篩，可有效去除沼氣中的水及顆粒物等雜質(zhì)，C02、H2S和SO2去除率極高，純化后CH4濃度可穩(wěn)定在98%以上。
[0029](2)通過堿液再生裝置可堿液可再生，可以大大的延長堿液的使用時間，確保沼氣純化效果長期穩(wěn)定可靠，幾乎無維護(hù)成本。
[0030](3)通過穩(wěn)壓儲氣罐及相關(guān)的穩(wěn)壓裝置，可以使純化后的氣體穩(wěn)壓儲存。
[0031](4)本申請采用的是堿液吸收達(dá)到沼氣純化目標(biāo)，并通過堿液再生可使整套裝置長久使用，整套純化裝置的氣體流動阻力很小，成本低，進(jìn)入到沼氣發(fā)電組的氣體成分穩(wěn)定，壓力穩(wěn)定，整套純化裝置可長久使用，特別適用于分布于廣大農(nóng)村、城鎮(zhèn)的中小型沼氣工程的中小型沼氣發(fā)電機組。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為堿洗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為堿洗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖中，1-沼氣池、2-絲網(wǎng)過濾裝置、3-吸氣泵、4-第一級干燥裝置、5-第一級堿洗裝置、6-第二級堿洗裝置、7-第三級堿洗裝置、8-第二級干燥裝置、9-活性碳罐、10-分子篩、11-緩沖罐、12-壓氣泵、13-穩(wěn)壓儲氣罐、14-阻火器裝置、15-沼氣發(fā)電機組、16-風(fēng)機、17-閥門、18-CH4濃度傳感器、19-C0 2濃度傳感器、20-閥門、21-液泵、22-閥門、23-堿液再生罐、24-閥門、25-CH4濃度傳感器、26-C0 2濃度傳感器、27-壓力傳感器、28-電子控制單元。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0037]實施例
[0038]適用中小型沼氣發(fā)電機組的沼氣純化處理系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:經(jīng)管路依次串聯(lián)的絲網(wǎng)過濾裝置2、吸氣泵3、第一級干燥裝置4、第一級堿洗裝置5、第二級堿洗裝置6、第三級堿洗裝置7、第二級干燥裝置8、活性碳罐9、分子篩10、緩沖罐11、壓氣泵12、穩(wěn)壓儲氣罐13及阻火器裝置14構(gòu)成的沼氣處理組件，第一級干燥裝置4、第一級堿洗裝置5、第二級堿洗裝置6、第三級堿洗裝置7還與堿液再生裝置連接，連接管道上設(shè)有閥門20。除此之外，還包括由電子控制單元28、CH4濃度傳感器、CO 2濃度傳感器、壓力傳感器27組成的濃度及壓力檢測控制裝置，檢測沼氣處理組件中的各裝置。
[0039]本發(fā)明的關(guān)鍵裝置在于第一級干燥裝置4、多級堿洗裝置、第二級干燥裝置8、濃度及壓力檢測控制裝置、堿液再生裝置。其特征分述如下:
[0040]第一級干燥裝置4的進(jìn)口與吸氣泵3出口相連接，其出口與第一級堿洗裝置5的進(jìn)氣口相連，第一級干燥裝置4裝有一個風(fēng)機16，風(fēng)機16米用沼氣發(fā)電機組的發(fā)電或市電來驅(qū)動，在第一級干燥裝置4底部裝有一個出