CN202558833U

CN202558833U - 集成式沼气提纯***

Info

Publication number: CN202558833U
Application number: CN2012202205905U
Authority: CN
Inventors: 胡益铭; 邓舟; 夏洲
Original assignee: Beijing Jiankun Weihua New Energy Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Qingdao Wei Xin Hua Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2022-05-16

Abstract

本实用新型提供了一种集成式沼气提纯***，包括用于沼气回收和提纯的沼气提纯装置和箱体，所述沼气提纯装置内置于箱体；所述沼气提纯装置包括脱硫单元、压缩单元、脱水单元、变压吸附脱碳单元和储存单元的处理设备，通过工艺流程的控制装置集中控制。该装置可以移动、占地面积小、操作方便、成本低，特别适合现有产生沼气量小，产气不稳定的小规模厌氧发酵装置。

Description

集成式沼气提纯***

技术领域

本实用新型涉及沼气回收和提纯技术，具体是指一种集成设计的沼气提纯***。

背景技术

沼气（biogas）是指有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经各种微生物发酵及分解作用而产生的一种以甲烷为主要成分的混合可燃气体。沼气的成分复杂，根据产生的原因不同组成也会发生变化，主要成分为CH₄、CO₂、H₂、H₂O及H₂S等，直接排放会产生较强的温室效应，且容易引发***事故。且沼气中的微量有机物会造成严重的环境污染。沼气同时也是一种可以回收利用的能源。在各种组分中，甲烷含量约占50%～70%，热值约为4700～6600kCal/Nm³,即每立方米沼气中所含能量大约相当于0.6升汽油，因此它是一种利用价值较高的清洁燃料。

目前沼气的主要利用途径分为发电、汽车燃料和民用燃料。但国内厌氧发酵产生沼气量都比较小，稳定性较差，不适用大型固定式化工厂设备。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术的不足，针对现有小规模厌氧发酵装置产生沼气量小，产气不稳定的特点，提供一种可以移动、占地面积小、操作方便、成本低、可频繁启停的可集成式沼气提纯***。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种集成式沼气提纯***，包括用于沼气回收和提纯的沼气提纯装置和箱体，所述沼气提纯装置内置于箱体；所述沼气提纯装置包括脱硫单元、压缩单元、脱水单元、变压吸附脱碳单元和储存单元的处理设备，通过工艺流程的控制装置集中控制。

进一步地，所述沼气提纯装置由气水分离器、脱硫单元、压缩单元、过滤器、脱水单元、脱碳单元、缓冲罐、CNG增压机、加气柱和储存单元组成，所述气水分离器顶部与所述脱硫单元底部连通；所述脱硫单元的出口与所述压缩单元入口相通；所述压缩单元与所述脱水***底部连通，其中间设置所述过滤器；所述脱水单元出口与脱碳单元底部连通；所述脱碳单元与所述CNG增压机连通，中间设置所述缓冲罐；所述增压机出口与所述加气柱和所述储存单元连通，通过阀门切换实现对外充装和储存。

作为优选，所述沼气提纯装置还包括封闭式循环冷却单元。

进一步地，所述封闭式循环冷却单元包括冷却塔、循环泵、真空泵和储水罐，以保持循环冷却水的闭路循环，所述冷却塔出口与所述循环泵入口连通，所述循环泵出口分别与所述真空泵和所述压缩机单元的冷却水入口连通；所述压缩机单元和所述真空泵的冷却水出口分别与所述冷却塔入口连通；所述循环泵和所述真空泵还分别与储水罐相通。

进一步地，所述沼气提纯装置包括气水分离器、压缩单元、过滤器、脱硫单元、脱水单元、脱碳单元、缓冲罐、CNG增压机、加气柱、储存单元和封闭式循环冷却单元；所述气水分离器顶部与所述压缩单元底部连通；所述压缩单元与所述脱硫单元连通，中间设置所述过滤器；所述脱硫单元与所述脱水单元底部连通，所述脱水单元出口与所述脱碳单元底部连通；所述脱碳单元与所述CNG增压机连通，中间设置所述缓冲罐，所述CNG增压机出口与所述加气柱和所述储存单元连通，通过阀门切换实现对外充装和储存；所述封闭式循环冷却单元包括冷却塔和循环泵；所述循环泵出口与所述CNG增压机冷却水入口和所述压缩单元冷却水入口连通；所述CNG增压机冷却水出口和所述压缩单元冷却水出口与所述冷却塔入口连通。

具体地，所述控制装置集中安装于所述箱体的一侧；所述控制装置的测量和控制信号通过PLC集中控制；所述控制装置包括设置于所述箱体上的触摸屏。优选地，所述控制装置还设有用于与外界进行通讯及传输***运行数据的以太网模块。

进一步地，可选择采用1个或2个所述箱体。

进一步地，可选择使用封闭式或开放式箱体。

进一步地，所述脱碳单元的变压吸附脱碳采用多个子塔立式串联，进行一次吸附脱碳。所谓子塔，即降低了高度的吸附塔。采用多个串联的子塔可以代替单塔完成一次吸附脱碳，在相同沼气处理量的情况下，可以大大地降低提纯装置中单个吸附塔的高度，优选采用2个或3个子塔立式串联。

本实用新型具有如下优点和效果：

1、本实用新型将沼气提纯设备集成在移动式设备内，工艺技术可靠，流程简单，结构紧凑、体积小，占地面积小，且随时可以移动。

2、本实用新型的箱体可以采用集装箱形式，分为开放式箱体和封闭式箱体，设备全部安装在箱体内，无须增加其他设备和构筑物，可以根据实际情况，原地固定运行设备，也可以通过运输设备运送到不同的沼气产生地收集提纯，使用方便。

3、本实用新型的工艺流程可以互换位置，脱硫***和压缩***可以根据进气量的需求互换位置。本实用新型设备产品气CH₄纯度高，可以达到85～98%、回收率高，即回收率能达到90%。

4、本实用新型装置回收全部的冷却用水，无须外接循环冷却用水，能耗低、无三废排放，起到了节能减排的作用。

5、本实用新型装置所有控制及监控仪表集中控制，有现场和远传报警功能，自控专家诊断功能，可进行多塔自动任意切换***和自适应优化模糊***。在***发现故障时，***自动调整参数，保证产品质量和运行稳定，可实现运行中无人值守。

6、本实用新型装置可以根据处理量的规模，进行双塔甚至多塔串联，在满足大处理量工艺要求的基础上，大大降低设备高度。最小处理量为1000Nm³/d,最大处理量可达到20000Nm³/d，可处理大部分中小规模的厌氧发酵***产生的沼气。

7、本实用新型的工艺简单，设备投资少，建成时间短，见效快，而且操作方便。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中箱体内的俯视图；

图2是本实用新型实施例一的箱体的侧视图；

图3是本实用新型实施例一的脱碳***和真空泵的连接示意图；

图4是本实用新型实施例二的结构示意图；

图5是本实用新型实施例三的箱体内的俯视图；

图6是本实用新型实施例三的循环冷却***的结构示意图；

图7是本实用新型实施例三的双吸附塔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

以下实施例中所涉及的沼气提纯***的工作原理是：

沼气由收集单元首先进入脱硫单元，将沼气中的总硫脱至小于200mg/m³后进入沼气压缩机压缩至0.3-1.0MPa，压缩后的沼气进入脱水单元除去绝大部分的水得到初步净化气，将初步净化气送入脱碳单元，回收甲烷。经过提纯的甲烷经过CNG（天然气）增压机增压至25MPa后充入储存单元。更为优选的是，还可配备有气体充装单元，可直接与燃料汽车或槽罐车充气，实现停机状态下为燃料汽车充装。

脱硫单元中，用改性氧化铁复合脱硫剂脱除沼气中的有机硫和无机硫。

脱水单元进一步对沼气进行脱水干燥。

脱碳单元为变压吸附脱碳，可以采用4个或4个以上的吸附塔组成的连续运转***，每个吸附塔在一次循环中依次经历吸附、至少一次均压降、逆向放压、抽真空、至少一次均压升及最终升压步骤，吸附步骤压力为0.3～1MPa，吸附温度为15～40℃，含甲烷的净化气通过吸附塔产品端排出，逆向放压由吸附塔入口端排放床层内大部分杂质，逆向放压的最终压力接近常压，抽空步骤进一步让吸附在床层内的杂质组分解吸出来，抽空压力为-0.05～-0.09MPa，均压升为一次或多次，利用其他吸附塔均压降的气体进行升压，最后升压步骤利用吸附步骤所得的产品气从吸附塔产品端进行升压，使其压力达到吸附压力。

如图1、2所示，本实用新型提供了一种集成式沼气提纯***，包括用于沼气回收和提纯的沼气提纯装置，所述沼气提纯装置内置于箱体5内；所述箱体5可以放置于移动装置上进行移动，该移动装置可以是现有技术中任何一种可以运输大型箱体或载重的交通工具（为清楚表示其它结构，图中未示），比如各种适用于运输集装箱的货车等大、中型车辆。该移动装置优选设置有用于原地定位的支撑，以避免出现意外的移动。更为有利的是，由于本实用新型的提纯***集成内置于箱体内，使得该提纯***可以在车辆定位后，直接在车辆上运行，而不必卸下，这样就非常适用于流动收集沼气。

优选地，本实用新型采用的是集装箱式沼气提纯***，箱体5由金属或合金材料制成，采用封闭式设计，适当位置设有用于通风的排气扇和用于操作人员进出的门（图中未示）。沼气提纯装置由脱硫单元、压缩单元、脱水单元、变压吸附脱碳单元、充装储存单元等工艺单元构成，具体由内置在箱体5内的脱硫***、脱水***、脱碳***、储存***及集中控制***组成。作为本领域人员可以理解的是，该沼气提纯***中使用的设备为现有技术，设备之间需采用必要的连接管件、仪表、阀门等。

其中，固定在箱体上的气水分离器101、脱硫***102、沼气压缩机103、精密过滤器104、脱水***105、脱碳***106、缓冲罐107、CNG增压机108、加气柱109、储存***110和控制***112等组成。外界沼气由收集管路与气水分离器101连通，气水分离器101顶部与脱硫***102底部连通。经过脱硫***102后的沼气由顶部进入沼气压缩机103。沼气压缩机103与脱水***105底部连通，中间设置精密过滤器104，脱水***105出口与脱碳***106底部连通，如图3所示，脱碳***106还与真空泵111连通。脱碳***106与CNG增压机108连通，中间设置缓冲罐107，CNG增压机108出口与加气柱109和储存***110连通，通过阀门切换实现对外充装和储存。控制***112固定在箱体5的底部。

如图2所示，上述的控制***集中装在箱体5一侧，在箱体5外侧嵌置有触摸屏202，所有的测量和控制等信号均采用现有技术中的PLC集中控制，并能对装置的运行工况进行自动跟踪，集中显示在触摸屏202上。同时本***带自控专家诊断功能，可进行多塔自动任意切换***和自适应优化模糊***。在***发现故障时，***自动调整参数，保证产品质量和运行稳定。同时，在箱体顶部报警器201触发报警信号，通知工作人员及时了解***运行情况。本***还优选自带以太网模块，可与外界进行通讯，传输***运行数据。

本实施例的处理规模可以达到1000Nm³/d，结构紧凑，体积小，移动灵活，整个装置长、宽、高分别为6000mm、2438mm、2896mm，可以直接吊装在货车上运输，特别适用于气源气量不大，比较分散的场合来回使用。经过本装置生产出来的CH₄纯度可以达到85～98%，回收率90%，各项指标均超过CNG压缩天然气标准。

如图4所示，本实用新型还提供另一种优选的沼气提纯***。图中标号所指的设备与上述实施例相同，图中未示真空泵。该装置是在上述实施例的基础上，改变了沼气提纯***中的工艺设备的布局，采用依次排列。图4中显示了移动装置6，移动装置6设有车轮，以及定位支撑。

如图5所示，本实用新型还提供了第三种优选的沼气提纯***，包括沼气提纯装置和箱体，沼气提纯装置包括脱硫单元、压缩单元、脱水单元、变压吸附脱碳单元、循环冷却***单元、储存单元的相应单元工序的处理设备，以及控制***，箱体的具体结构与上述实施例相同，在此不再赘述。本实施例的处理规模为20000Nm³/d，结构紧凑，由两个箱体组成，每个箱体的长、宽、高分别12000mm、2438mm、2896mm，无需再增加其他构筑物，比较适用在条件比较差，场地规模不大，缺少水源的场合。优选地，本实施例中的脱碳单元的处理设备和控制***内置于一个箱体6，其余工序的设备内置于另一个箱体6。具体地，固定在集装箱上的气水分离器301、沼气压缩机302、精密过滤器303、脱硫***304、脱水***305、脱碳***306、缓冲罐307、CNG增压机308、加气柱309、储存***310和控制***314等组成。外界沼气由收集管路与气水分离器301连通，气水分离器301顶部与沼气压缩机302底部连通。沼气压缩机302与脱硫***304连通，中间设置精密过滤器303脱硫***304与脱水***305底部连通，脱水***305出口与脱碳***306底部连通。脱碳***306与增压机308连通，中间设置缓冲罐307，CNG增压机308出口与加气柱309和储存***310连通，通过阀门切换实现对外充装和储存。控制***314固定在集装箱底座上。控制***314的工作方式、工作过程与上述实施例基本相同，在此不再详述。

如图6所示，本实施例还设有闭式循环冷却***，包括冷却塔311、循环泵（回水泵）312、316、真空泵313和储水罐315。具体地，冷却塔311出口与循环泵312入口连通，循环泵312出口分别与真空泵313冷却水入口、沼气压缩机302冷却水入口、CNG增压机308冷却水入口连通。沼气压缩机302冷却水出口、CNG增压机308冷却水出口和循环泵316冷却水出口分别与冷却塔311入口连通。上述的真空泵313与循环泵316还与储水罐315相通。采用该方式，由冷却塔提供提纯装置运行所需的冷却水，同时回收设备回水，整个***保持闭路循环，基本无需外界供水，起到了节能减排的作用。

如图7所示，上述的脱碳***306采用双塔串联形式，即两个吸附塔A、B通过串联形式组合在一起，来气从吸附塔A底部401进气，从吸附塔B顶部404出气，吸附塔A顶部402与吸附塔B底部403直接通过管道连接。该组成连接方式的最大优势是：在实现大处理的同时，可以大大降低吸附塔的高度。

经过本装置生产出来的CH₄纯度可以达到85～98%，回收率90%，各项指标均超过CNG压缩天然气标准。

值得注意的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并非因此限定本实用新型的专利保护范围，本实用新型还可以对上述方法中的具体操作步骤以及各种设备的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本实用新型的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本实用新型所涵盖的范围内。

Claims

1.一种集成式沼气提纯***，其特征在于，包括用于沼气回收和提纯的沼气提纯装置和箱体，所述沼气提纯装置内置于箱体；所述沼气提纯装置包括脱硫单元、压缩单元、脱水单元、变压吸附脱碳单元和储存单元的处理设备，通过工艺流程的控制装置集中控制。

2.如权利要求1所述的提纯***，其特征在于，所述沼气提纯装置由气水分离器、脱硫单元、压缩单元、过滤器、脱水单元、脱碳单元、缓冲罐、CNG增压机、加气柱和储存单元组成，所述气水分离器顶部与所述脱硫单元底部连通；所述脱硫单元的出口与所述压缩单元入口相通；所述压缩单元与所述脱水***底部连通，其中间设置所述过滤器；所述脱水单元出口与脱碳单元底部连通；所述脱碳单元与所述CNG增压机连通，中间设置所述缓冲罐；所述增压机出口与所述加气柱和所述储存单元连通，通过阀门切换实现对外充装和储存。

3.如权利要求1所述的提纯***，其特征在于，所述沼气提纯装置还包括封闭式循环冷却单元。

4.如权利要求3所述的提纯***，其特征在于，所述沼气提纯装置包括气水分离器、压缩单元、过滤器、脱硫单元、脱水单元、脱碳单元、缓冲罐、CNG增压机、加气柱、储存单元和封闭式循环冷却单元；

所述气水分离器顶部与所述压缩单元底部连通；所述压缩单元与所述脱硫单元连通，中间设置所述过滤器；所述脱硫单元与所述脱水单元底部连通，所述脱水单元出口与所述脱碳单元底部连通；所述脱碳单元与所述CNG增压机连通，中间设置所述缓冲罐，所述CNG增压机出口与所述加气柱和所述储存单元连通，通过阀门切换实现对外充装和储存；

所述封闭式循环冷却单元包括冷却塔和循环泵；所述循环泵出口与所述CNG增压机冷却水入口和所述压缩单元冷却水入口连通；所述CNG增压机冷却水出口和所述压缩单元冷却水出口与所述冷却塔入口连通。

5.如权利要求3所述的提纯***，其特征在于，所述封闭式循环冷却单元包括冷却塔、循环泵、真空泵和储水罐，以保持循环冷却水的闭路循环，所述冷却塔出口与所述循环泵入口连通，所述循环泵出口分别与所述真空泵和所述压缩机单元的冷却水入口连通；所述压缩机单元和所述真空泵的冷却水出口分别与所述冷却塔入口连通；所述循环泵和所述真空泵还分别与储水罐相通。

6.如权利要求1-5中任一所述的提纯***，其特征在于，所述控制装置集中安装于所述箱体的一侧；所述控制装置的测量和控制信号通过PLC集中控制；所述控制装置包括设置于所述箱体上的触摸屏。

7.如权利要求6所述的提纯***，其特征在于，所述控制装置还设有用于与外界进行通讯及传输***运行数据的以太网模块。

8.如权利要求6所述的提纯***，其特征在于，所述箱体为1个或2个。

9.如权利要求7所述的提纯***，其特征在于，所述箱体为封闭式或开放式。

10.如权利要求6所述的提纯***，其特征在于，所述脱碳单元的变压吸附脱碳采用多个子塔立式串联，进行一次吸附脱碳。