[發(fā)明專利]一種沼氣膜分離甲烷提純技術(shù)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410146957.7
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103881781A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張忠家
• 申請（專利權(quán)）人: 天津凱德實業(yè)有限公司
• 主分類號: C10L3/10
• 分類號: C10L3/10;C01B31/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于沼氣提純再利用技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種沼氣膜分離甲烷提純技術(shù)。

背景技術(shù)

膜分離沼氣提純技術(shù)具有分離效率高、能耗低、設(shè)備簡單、工藝適應(yīng)性強等特點。近年來，該項技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用。膜分離沼氣提純裝置在國外已有不少成功案例。在國內(nèi)，此裝置多處于為小型試驗階段，少見工業(yè)案例。在膜分離沼氣提純技術(shù)中，膜組產(chǎn)生的滲透氣(少量甲烷和多量二氧化碳氣體)一般排放至大氣。對于沼氣池的加熱保溫方法，一般采用鍋爐、電加熱、太陽能等，需要外界大量的能源熱量。對于膜分離沼氣提純中如何提高甲烷的回收率，同時如何綜合利用系統(tǒng)能源的研究，在現(xiàn)階段還沒有相關(guān)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種沼氣膜分離甲烷提純技術(shù)。

本發(fā)明包括壓縮設(shè)備、膜分離甲烷提純設(shè)備、氣源熱泵設(shè)備、中央控制設(shè)備，所述的中央控制設(shè)備分別控制壓縮設(shè)備、膜分離甲烷提純設(shè)備、氣源熱泵設(shè)備的運轉(zhuǎn)。

其中，所述的壓縮設(shè)備是壓縮機。

優(yōu)選的，沼氣膜分離甲烷提純技術(shù)的步驟如下：

A、經(jīng)預(yù)處理后的沼氣進入壓縮機，壓縮后的沼氣經(jīng)冷卻器冷卻，冷干機除水后進入過濾器；

B、加熱后，進入膜分離甲烷提純設(shè)備，根據(jù)工況不同，可采用單級膜組分離或雙級膜組分離，膜組產(chǎn)生的剩余氣即為車用天然氣；

C、采用氣源熱泵設(shè)備將滲透氣(少量甲烷和多量二氧化碳氣體)冷凝，滲透氣中二氧化碳被冷凝成液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品排出，冷凝后的滲透氣作為冷介質(zhì)和系統(tǒng)中的換熱器進行熱交換，換熱后的滲透氣從膜分離甲烷提純設(shè)備的前端再次進入提純系統(tǒng)。

氣源熱泵設(shè)備的冷凝器與水換熱，水吸收熱量被加熱，輸送到沼氣池中，供沼氣發(fā)酵保溫使用。

本裝置可實現(xiàn)一機多用的功能，在采用膜分離法提純沼氣，得到車用天然氣的同時，將膜組產(chǎn)生的滲透氣冷凝液化，得到另一產(chǎn)品液化二氧化碳。氣源熱泵產(chǎn)生的熱水可輸送到沼氣池中，供沼氣發(fā)酵使用。根據(jù)原料沼氣中氣體的組分及產(chǎn)品氣純度的要求，膜分離系統(tǒng)可選擇單級膜分離和雙級膜分離工藝，并通過增加或減少膜組根數(shù)，來適應(yīng)沼氣氣量的波動，工藝適應(yīng)性強。本裝置可將系統(tǒng)產(chǎn)生的冷熱能源充分利用，從而達到了節(jié)約能源的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提純技術(shù)的流程框圖；

圖2是本發(fā)明提純技術(shù)的具體流程框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和特點更加清楚，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明做進一步的詳細說明。在此，以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，該提純系統(tǒng)包括：壓縮設(shè)備100、膜分離甲烷提純設(shè)備200、后壓縮設(shè)備300、氣源熱泵設(shè)備400。

如圖2所示，壓縮設(shè)備100包括壓縮機101、冷卻器102；膜分離甲烷提純設(shè)備200包括冷干機201、過濾器202、加熱器203、膜組204；后壓縮設(shè)備300包括壓縮機301、冷卻器302、脫水設(shè)備303；氣源熱泵設(shè)備400包括蒸發(fā)器401、CO2壓縮機402、冷凝器403、膨脹閥404。

經(jīng)預(yù)處理后的沼氣進入壓縮機101，壓縮后的沼氣經(jīng)后冷卻器102冷卻，冷干機201除水后進入過濾器202，然后被加熱器203加熱至適合溫度，進入膜組204。根據(jù)工況不同，可采用單級膜組分離或雙級膜組分離。膜組產(chǎn)生的滲余氣即車用天然氣。氣源熱泵系統(tǒng)是以二氧化碳為工質(zhì)，經(jīng)二氧化碳壓縮機402壓縮后，高溫高壓的二氧化碳進入冷凝器403與水換熱，水吸收熱量被加熱，輸送到沼氣池中，供沼氣發(fā)酵保溫使用；然后二氧化碳經(jīng)膨脹閥404膨脹成為低溫低壓的二氧化碳，經(jīng)蒸發(fā)器401與膜組排放的滲透氣換熱，滲透氣(少量甲烷和多量二氧化碳氣體)被冷卻，滲透氣中二氧化碳被冷凝成液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品排出，冷凝后的滲透氣作為冷介質(zhì)系統(tǒng)中的換熱器進行熱交換，換熱后的滲透氣從膜分離前端再次進入提純系統(tǒng)。

本發(fā)明的沼氣提純后產(chǎn)品氣中甲烷的濃度不小于96％；由于膜組滲透氣經(jīng)氣源熱泵液化后再回流到了系統(tǒng)中，使得甲烷回收率可達到99％；氣源熱泵中冷凝器中的水可被加熱到90℃，為沼氣池的發(fā)酵保溫提供熱量。

整套系統(tǒng)實現(xiàn)了能源的綜合利用。其一，壓縮機潤滑油產(chǎn)生的熱量可以作為膜組前加熱器的熱源；其二，膜組滲透氣經(jīng)冷凝后的溫度達到-30℃左右，可作為冷介質(zhì)與系統(tǒng)中冷干機，壓縮機后冷卻器的進行換熱；其三，氣源熱泵系統(tǒng)冷凝器產(chǎn)生的熱水可達到90℃，能為系統(tǒng)前端沼氣池的發(fā)酵保溫提供熱量。