一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)，它涉及膜分離及變壓吸附技術(shù)領(lǐng)域。其流程為：原料沼氣經(jīng)過濾系統(tǒng)過濾后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)除去沼氣中的H2S，脫硫后的沼氣進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮的沼氣經(jīng)換熱器冷卻降溫后經(jīng)活性炭凈化，凈化后的沼氣先進(jìn)入一級膜單元進(jìn)行粗脫、濃縮，沼氣從一級膜單元出來后進(jìn)入變壓吸附單元進(jìn)行精脫，以CO2為主的滲透氣可直接尾氣排放，從變壓吸附單元精脫后產(chǎn)生的尾氣回流到壓縮機(jī)入口，從而得到合格的產(chǎn)品氣，經(jīng)過緩沖罐后進(jìn)入CNG壓縮機(jī)提升壓力再進(jìn)入CNG加氣站，可直接為CNG汽車進(jìn)行加氣。本發(fā)明將膜分離技術(shù)與變壓吸附技術(shù)結(jié)合起來，能有效脫除氮氧等雜質(zhì)，可自動控制氣純度，回收率高。
【專利說明】
一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是膜分離及變壓吸附技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)物在微生物的作用下，經(jīng)過厭氧發(fā)酵而產(chǎn)生一種可燃混合氣體，成份中甲烷一般在50-60%，二氧化碳40-50%，同時(shí)還含有少量的水蒸氣、硫化氫、有機(jī)揮發(fā)物、氮?dú)庖约把鯕獾?，根?jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB17820天然氣和GB18047車用壓縮天然氣標(biāo)準(zhǔn)，要求二氧化碳脫除至3%以下。
[0003]目前沼氣提純的方法中市場占有率較高的是變壓吸附法和膜分離法。變壓吸附分離技術(shù)是一種固定床分離技術(shù)，是在恒定溫度下，連續(xù)改變體系壓力，使吸附和脫附循環(huán)進(jìn)行，利用吸附組分分壓變化時(shí)吸附量也將有相應(yīng)改變(分壓增大，吸附量增大，反之，亦然)。變壓吸附分離技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有產(chǎn)品純度高、能耗低、流程簡單，操作方便、通過選擇合適的吸附劑可以同步脫出二氧化碳、水蒸氣、氮?dú)庖约把鯕獾?，另外變壓吸附為固定床裝置，吸附劑壽命長以及幾乎無“三廢”產(chǎn)生，環(huán)境效益好等；主要缺點(diǎn)在于很難達(dá)到很高的回收率，一般很難達(dá)到97%以上。
[0004]氣體膜分離技術(shù)是20世紀(jì)70年代開發(fā)成功的新一代氣體分離技術(shù)，其原理是在壓力驅(qū)動下，借助氣體中個組分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜內(nèi)溶解-擴(kuò)散上的差異，即滲透速率差來進(jìn)行分離。膜的優(yōu)點(diǎn)在于可模塊化、通過多級膜尤其三級膜配置甲烷回收率可達(dá)98%，甚至更高；主要缺點(diǎn)是應(yīng)對氣源變化很難調(diào)節(jié)、同時(shí)不能有效的脫除氮氧等雜質(zhì)。
[0005]為了解決上述問題，設(shè)計(jì)一種新型的沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)還是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，將膜分離技術(shù)與變壓吸附技術(shù)結(jié)合起來，能有效脫除氮氧等雜質(zhì)，可自動控制氣純度，回收率高，易于推廣使用。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)，其流程為:原料沼氣經(jīng)過濾系統(tǒng)將原料中的固體顆粒和凝結(jié)出來的液滴脫除，然后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)除去沼氣中的H2S，脫硫后的沼氣進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)將沼氣壓縮至混合系統(tǒng)的工作壓力13-16bar，被壓縮的沼氣經(jīng)過換熱器冷卻降溫，然后經(jīng)過活性炭保護(hù)床脫除沼氣中可能存在的VOCs、硅氧烷等會污染膜的雜質(zhì);經(jīng)過活性炭凈化的沼氣先進(jìn)入一級膜單元進(jìn)行粗脫、濃縮，沼氣從一級膜單元出來后進(jìn)入變壓吸附單元進(jìn)行精脫，以CO2為主的滲透氣可直接尾氣排放，從變壓吸附單元精脫后產(chǎn)生的尾氣回流到壓縮機(jī)入口，從而得到的合格的產(chǎn)品氣，經(jīng)過緩沖罐后進(jìn)入CNG壓縮機(jī)，將壓力提升到250bar后，進(jìn)入CNG加氣站，可直接為CNG汽車進(jìn)行加氣。
[0008]作為優(yōu)選，所述的變壓吸附單元通過在線氣體分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果反饋，利用分析系統(tǒng)的信號反饋控制變壓吸附單元的周期長短，即當(dāng)檢測的CH4低于設(shè)定值時(shí)，加快變壓吸附周期;反之減慢吸附周期，使得產(chǎn)品氣純度平衡在設(shè)定值。
[0009]作為優(yōu)選，所述被壓縮的沼氣在經(jīng)換熱器冷卻降溫的過程中，如有液態(tài)水析出，則需要配置凝聚式過濾器除去液態(tài)水，再進(jìn)入活性炭凈化。
[0010]本發(fā)明的有益效果:(I)能達(dá)到很高的回收率，回收率高達(dá)98%-99%;
(2)應(yīng)對氣源變化可自動調(diào)節(jié)，同時(shí)能有效的脫除氮氧等雜質(zhì)，產(chǎn)品氣純度可自動控制。
【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】來詳細(xì)說明本發(fā)明；
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0014]參照圖1，本【具體實(shí)施方式】采用以下技術(shù)方案:一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)，其流程為:(I)首先原料沼氣經(jīng)凝聚式過濾器將原料中的固體顆粒和凝結(jié)出來的液滴脫除；
(2)然后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)除去沼氣中的H2S;
(3)脫硫后的沼氣進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)將沼氣壓縮至混合系統(tǒng)的工作壓力13-16bar;
(4)被壓縮的沼氣經(jīng)過換熱器冷卻降溫，在冷卻降溫的過程中，如有液態(tài)水析出，則需要配置凝聚式過濾器除去液態(tài)水；
(5)經(jīng)過活性炭保護(hù)床脫除沼氣中可能存在的VOCs、硅氧烷等會污染膜的雜質(zhì)；
(6)經(jīng)過活性炭凈化的沼氣先進(jìn)入一級膜單元進(jìn)行粗脫、濃縮，沼氣從一級膜單元出來后進(jìn)入變壓吸附單元進(jìn)行精脫，以CO2為主的滲透氣(甲烷含量<5)可直接尾氣排放；
(7)變壓吸附單元通過在線氣體分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果反饋，利用分析系統(tǒng)的信號反饋控制變壓吸附單元的周期長短，即當(dāng)檢測的CH4低于設(shè)定值時(shí)，加快變壓吸附周期;反之減慢吸附周期，使得產(chǎn)品氣純度平衡在設(shè)定值；
(8)從變壓吸附單元精脫后產(chǎn)生的尾氣回流到壓縮機(jī)入口，從而得到的合格的產(chǎn)品氣，經(jīng)過緩沖罐后進(jìn)入CNG壓縮機(jī)，將壓力提升到250bar后，進(jìn)入CNG加氣站，可直接為CNG汽車進(jìn)行加氣。
[0015]本【具體實(shí)施方式】首次將膜分離技術(shù)與變壓吸附技術(shù)結(jié)合起來同時(shí)應(yīng)用，既克服了單獨(dú)膜系統(tǒng)不能有效脫除氮氧以及應(yīng)對氣源流量和成份變化時(shí)不能及時(shí)自動調(diào)節(jié)的缺陷，同時(shí)又提高了相比單獨(dú)使用變壓吸附技術(shù)時(shí)的甲烷回收率，產(chǎn)品氣純度可自動控制，回收率高達(dá)98%-99%，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0016]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)，其特征在于，其流程為:原料沼氣經(jīng)過濾系統(tǒng)將原料中的固體顆粒和凝結(jié)出來的液滴脫除，然后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)除去沼氣中的H2S,脫硫后的沼氣進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮機(jī)將沼氣壓縮至混合系統(tǒng)的工作壓力13_16bar，被壓縮的沼氣經(jīng)過換熱器冷卻降溫，然后經(jīng)過活性炭保護(hù)床脫除沼氣中可能存在的VOCs、硅氧烷等會污染膜的雜質(zhì);經(jīng)過活性炭凈化的沼氣先進(jìn)入一級膜單元進(jìn)行粗脫、濃縮，沼氣從一級膜單元出來后進(jìn)入變壓吸附單元進(jìn)行精脫，以CO2為主的滲透氣可直接尾氣排放，從變壓吸附單元精脫后產(chǎn)生的尾氣回流到壓縮機(jī)入口，從而得到的合格的產(chǎn)品氣，經(jīng)過緩沖罐后進(jìn)入CNG壓縮機(jī)，將壓力提升到250bar后，進(jìn)入CNG加氣站，可直接為CNG汽車進(jìn)行加氣。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)，其特征在于，所述的變壓吸附單元通過在線氣體分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果反饋，利用分析系統(tǒng)的信號反饋控制變壓吸附單元的周期長短，即當(dāng)檢測的CH4低于設(shè)定值時(shí)，加快變壓吸附周期；反之減慢吸附周期，使得產(chǎn)品氣純度平衡在設(shè)定值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沼氣凈化膜和變壓吸附混合系統(tǒng)，其特征在于，所述被壓縮的沼氣在經(jīng)換熱器冷卻降溫的過程中，如有液態(tài)水析出，則需要配置凝聚式過濾器除去液態(tài)水，再進(jìn)入活性炭凈化。
【文檔編號】C10L3/10GK105950241SQ201610531217
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】白學(xué)萍, 金海霞, 李鴻
【申請人】瑞必科凈化設(shè)備（上海）有限公司