用于沼气净化的脱碳系统的制作方法

1.本发明涉及沼气提纯净化领域，具体地，涉及一种用于沼气净化的脱碳系统。

背景技术：

2.沼气中成分较多较杂，有一些气体夹杂在沼气中，在应用过程中对工艺、设备、环境都将造成一定的影响；沼气中的二氧化碳是一种无无味气体，溶于水形成碳酸，对金属有腐蚀作用。二氧化碳有灭火阻燃作用，常用作灭火剂，在以燃烧放热或以燃烧做功为目的的系统中，二氧化碳的存在通常会降低燃烧热的利用率、降低火焰温度、降低气缸容积利用率，导致放热或做功过程中成本增加。因此在这类气体的使用过程中，只有将二氧化碳降低到较低的含量，才能达到使用要求，提高设备效率，降低使用要求，因此在沼气提纯中须进行脱碳处理。
3.传统的二氧化碳脱除方法有物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法、变压吸附法，这些脱碳方法大都具有设备机构复杂，公用配套设施庞大，占地面积大，操作维护麻烦，基建投资大的缺点。为了弥补上述脱碳技术的不足，市场上也相继出现了一些投资较低、配套设施相对较简单的沼气膜分离脱碳技术。但是这些技术由工艺设计上的缺陷，普遍存在硫碳效果不佳，净化气纯度偏低，净化气的发热值低的现象，难于在工业上得到广泛的应用。
4.经现有技术检索发现，中国实用新型专利公告号为cn206799557u，公开了一种一种沼气脱碳系统，包括沼气入口、沼气压缩机、第一脱碳机构、第二脱碳机构和天然气管网；沼气压缩机设于沼气入口，以调整沼气的压强至适合脱碳的范围；第一脱碳机构和第二脱碳机构均采用变压吸附法对沼气进行脱碳，经压缩后的沼气从第一脱碳机构的进气口进入第一脱碳机构，第一脱碳机构设有一个以上原料气脱碳塔，原料气脱碳塔吸附大量沼气内的二氧化碳进行粗脱碳；第二脱碳机构设有一个以上半成品气脱碳塔，半成品气脱碳塔吸附沼气内剩余的二氧化碳进行精脱碳，经过精脱碳后的天然气从第二脱碳机构的出气口流入天然气管网。该专利技术就存在上述相关问题。

技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于沼气净化的脱碳系统。
6.根据本发明提供的一种用于沼气净化的脱碳系统，包括预处理系统、冷却循环系统以及后处理系统，所述预处理系统、所述冷却循环系统以及所述后处理系统中依次对脱氨脱硫后的沼气进行提纯；
7.所述预处理系统包括缓冲过滤罐和螺杆压缩机，所述缓冲过滤罐与所述螺杆压缩机相连接，所述沼气通过所述缓冲过滤罐过滤后传输至所述螺杆压缩机进行压缩；
8.所述冷却循环系统包括冷冻干燥机和换热器组，所述冷冻干燥机设置在所述预处理系统与所述后处理系统之间，所述换热器组通过循环水回收所述冷冻干燥机的冷凝热；
9.所述后处理系统包括纤维膜组和气体减压器，所述纤维膜组与所述气体减压器连
接设置，所述沼气通过所述纤维膜组再次过滤后传输至所述气体减压器进行减压处理，减压后的所述沼气输送至产品气使用点。
10.一些实施方式中，所述冷却循环系统还包括油冷却器，所述油冷却器与所述螺杆压缩机连接设置，所述油冷却器与所述螺杆压缩机之间循环流动设置润滑油。
11.一些实施方式中，所述换热器组包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器对应设置有第一风机，所述第二换热器对应设置有第二风机，所述第一换热器作为冷却水的进口，所述冷却水通过所述第一换热器流至所述第二换热器，当无所述冷却水或无需回收热量时，所述第一风机和所述第二风机启动将回收的热量排到空气中。
12.一些实施方式中，所述预处理系统还包括预冷器，所述预冷器设置在所述螺杆压缩机与所述冷冻干燥机之间，所述预冷器通过水源热泵的蒸发器出来的冷却水对沼气进行预冷。
13.一些实施方式中，所述冷却循环系统还包括水源热泵，所述水源热泵与所述第一换热器连通设置，所述冷却水通过所述第一换热器流至所述水源热泵，已经在所述第一换热器中放完热的所述冷却水通过所述水源热泵分成两路，一路所述冷却水经过所述水源热泵的蒸发器进行降温，降温后的所述冷却水对所述沼气进行预冷和对所述冷冻干燥机的冷凝热进行热回收，另一路所述冷却水经过所述水源热泵的冷凝器进行升温，升温后的所述冷却水对沼气进行加热。
14.一些实施方式中，所述冷冻干燥机包括冷凝器和蒸发器，所述冷凝器与所述蒸发器连接设置，所述蒸发器与所述预冷器连接设置，所述蒸发器与所述冷凝器之间循环流动制冷剂，所述蒸发器对所述沼气进行降温除湿，所述冷凝器对所述沼气进行加热。
15.一些实施方式中，所述第一换热器通过回收了所述冷冻干燥机和所述水源热泵冷凝热的对取热冷却水进行加热，所述第一换热器对所述冷冻干燥机、所述冷源热泵进行热能回收；所述第二换热器通过回收了所述螺杆压缩机的热量对取热冷却水进行加热，所述第二换热器对所述螺杆压缩机进行热能回收。
16.一些实施方式中，所述后处理系统还包括气体净化器和气体加热器，所述气体净化器与所述蒸发器连接设置，所述气体净化器另一侧与所述气体加热器连接设置，所述气体净化器对所述沼气进行再过滤，所述气体加热器通过热能循环系统将所述冷冻干燥机的冷凝热传至所述纤维膜组前端的气路部分对所述沼气进气加热。
17.一些实施方式中，所述气体净化器包括多级过滤系统，所述多级过滤系统采用高效过滤器，所述多级过滤系统将固体颗粒物降至小于等于0.01μm，所述多级过滤系统中设置碳床过滤器，所述碳床过滤器将气体中含油量降至小于等于0.01ppm。
18.一些实施方式中，所述纤维膜组包括一级膜和二级膜，所述沼气中的二氧化碳通过所述纤维膜组后，所述沼气的外排气在所述一级膜中被排放，成为排放气，所述沼气经过所述二级膜后，所述二级膜的排放气通过回路返回至所述缓冲过滤罐与所述螺杆压缩机之间完成闭式循环。
19.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明通过设置预处理系统、冷却循环系统以及后处理系统，依次对脱氨脱硫后的沼气进行提纯，通过冷却水将冷冻干燥机、油冷却器以及换热器组的热量部分进行回收，且通过冷却水循环将水源热泵的冷凝热进行能量回收，保证了预冷器中的预冷效果以及冷冻干燥机的稳定运行，达到热量回收的目的，
降低加工成本。
附图说明
20.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
21.图1为本发明用于沼气净化的脱碳系统的结构示意图；
22.附图标记：
[0023][0024]
具体实施方式
[0025]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0026]
如图1所示为用于沼气净化的脱碳系统的结构示意图，包括预处理系统、冷却循环系统以及后处理系统，预处理系统、冷却循环系统以及后处理系统中依次对脱氨脱硫后的沼气进行提纯。
[0027]
预处理系统包括缓冲过滤罐1、螺杆压缩机2以及预冷器3，缓冲过滤罐1与螺杆压缩机2相连接，沼气通过缓冲过滤罐1过滤后传输至螺杆压缩机2进行压缩，沼气气体压力由1-2kpag增压至＞1.5mpag。为避免完成脱氨脱硫后的沼气中携带的水、脱硫剂颗粒粉尘的影响，在预增压设备之前加置缓冲过滤罐1，用于去除原料沼气中的粉尘颗粒和液态水滴等。保证螺杆机进口气体的纯净度。预冷器3设置在螺杆压缩机2与冷冻干燥机18之间，预冷器3通过水源热泵14的蒸发器出来的冷却水对沼气进行预冷。
[0028]
冷却循环系统包括冷冻干燥机18、换热器组以及油冷却器11，冷冻干燥机18设置在预处理系统与后处理系统之间，清洁冷干系统采用冷冻式干燥机进行压缩沼气的冷干脱水。首先利用其冷能降低工艺气体露点，经过处理的气体的带压露点为3℃-10℃。其次对于冷干机热能综合利用，对系统产生的热能回收。换热器组通过循环水回收冷冻干燥机18的冷凝热，油冷却器11与螺杆压缩机2连接设置，油冷却器11与螺杆压缩机2之间循环流动设
置润滑油。
[0029]
换热器组包括第一换热器12和第二换热器15，第一换热器12对应设置有第一风机16，第二换热器15对应设置有第二风机17，第一换热器12作为冷却水的进口，冷却水通过第一换热器12流至第二换热器15，当无冷却水或无需回收热量时，第一风机16和第二风机17启动将回收的热量排到空气中。
[0030]
冷却循环系统还包括水源热泵14，水源热泵14与第一换热器12连通设置，冷却水通过第一换热器12流至水源热泵14，已经在第一换热器12中放完热的冷却水通过水源热泵14分成两路，一路冷却水经过水源热泵14的蒸发器进行降温，降温后的冷却水对沼气进行预冷和对冷冻干燥机18的冷凝热进行热回收，另一路冷却水经过水源热泵14的冷凝器进行升温，升温后的冷却水对沼气进行加热。
[0031]
冷冻干燥机18包括冷凝器13和蒸发器4，冷凝器13与蒸发器4连接设置，蒸发器4与预冷器3连接设置，蒸发器4与冷凝器13之间循环流动制冷剂，蒸发器4对沼气进行降温除湿，冷凝器13对沼气进行加热。
[0032]
第一换热器12通过回收了冷冻干燥机18和水源热泵14冷凝热的对取热冷却水进行加热，第一换热器12对冷冻干燥机18、冷源热泵进行热能回收；第二换热器15通过回收了螺杆压缩机2的热量对取热冷却水进行加热，第二换热器15对螺杆压缩机2进行热能回收。
[0033]
后处理系统包括纤维膜组、气体减压器9、气体净化器5以及气体加热器6，纤维膜组与气体减压器9连接设置，沼气通过纤维膜组再次过滤后传输至气体减压器9进行减压处理，减压后的沼气输送至产品气使用点。气体净化器5与蒸发器4连接设置，气体净化器5另一侧与气体加热器6连接设置，气体净化器5对沼气进行再过滤。为保证膜组系统的工作温度恒定，进而保证系统甲烷回收效率的稳定性和高效性，需要对净化后的气体进行加热。气体加热器6通过热能循环系统将冷冻干燥机18的冷凝热传至纤维膜组前端的气路部分对沼气进气加热。
[0034]
气体净化器5包括多级过滤系统，多级过滤系统采用高效过滤器，多级过滤系统将固体颗粒物降至小于等于0.01μm，多级过滤系统中设置碳床过滤器，碳床过滤器将气体中含油量降至小于等于0.01ppm。在本实施例中，多级过滤系统选用304不锈钢高效过滤器。
[0035]
中空纤维膜的工作原理是通过不同气体在高分子材料中空纤维膜内的渗透速率不同，将不同气体分子进行分离。其中，渗透速率快的气体称为“快气”，渗透速率慢的气体称为“慢气”。“快气”因其渗透得快，大部分被富集在进气口一端而有很小一部分穿透至排气口一端；“慢气”因其渗透得慢，所以大部分穿透膜组至排气口一端而有很小一部分被富集在进气口一端。
[0036]
沼气、垃圾填埋气中的水、硫化氢、二氧化碳和氧气均为“快气”，而氮气、甲烷则为“慢气”。所以，膜组的选择性、渗透吸附特性，决定了膜法沼气提纯不仅可以脱去大量二氧化碳，同时可以除去部分硫化氢和氧气杂质。
[0037]
纤维膜组包括一级膜7和二级膜8，沼气中的二氧化碳通过纤维膜组后，沼气的外排气在一级膜7中被排放，成为排放气，沼气经过二级膜8后，二级膜8的排放气通过回路返回至缓冲过滤罐1与螺杆压缩机2之间完成闭式循环。
[0038]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影
响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：

1.一种用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，包括预处理系统、冷却循环系统以及后处理系统，所述预处理系统、所述冷却循环系统以及所述后处理系统中依次对脱氨脱硫后的沼气进行提纯；所述预处理系统包括缓冲过滤罐(1)和螺杆压缩机(2)，所述缓冲过滤罐(1)与所述螺杆压缩机(2)相连接，所述沼气通过所述缓冲过滤罐(1)过滤后传输至所述螺杆压缩机(2)进行压缩；所述冷却循环系统包括冷冻干燥机(18)和换热器组，所述冷冻干燥机(18)设置在所述预处理系统与所述后处理系统之间，所述换热器组通过循环水回收所述冷冻干燥机(18)的冷凝热；所述后处理系统包括纤维膜组和气体减压器(9)，所述纤维膜组与所述气体减压器(9)连接设置，所述沼气通过所述纤维膜组再次过滤后传输至所述气体减压器(9)进行减压处理，减压后的所述沼气输送至产品气使用点。2.根据权利要求1所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述冷却循环系统还包括油冷却器(11)，所述油冷却器(11)与所述螺杆压缩机(2)连接设置，所述油冷却器(11)与所述螺杆压缩机(2)之间循环流动设置润滑油。3.根据权利要求1所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述换热器组包括第一换热器(12)和第二换热器(15)，所述第一换热器(12)对应设置有第一风机(16)，所述第二换热器(15)对应设置有第二风机(17)，所述第一换热器(12)作为冷却水的进口，所述冷却水通过所述第一换热器(12)流至所述第二换热器(15)，当无所述冷却水或无需回收热量时，所述第一风机(16)和所述第二风机(17)启动将回收的热量排到空气中。4.根据权利要求3所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述预处理系统还包括预冷器(3)，所述预冷器(3)设置在所述螺杆压缩机(2)与所述冷冻干燥机(18)之间，所述预冷器(3)通过水源热泵(14)的蒸发器出来的冷却水对沼气进行预冷。5.根据权利要求4所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述冷却循环系统还包括水源热泵(14)，所述水源热泵(14)与所述第一换热器(12)连通设置，所述冷却水通过所述第一换热器(12)流至所述水源热泵(14)，已经在所述第一换热器(12)中放完热的所述冷却水通过所述水源热泵(14)分成两路，一路所述冷却水经过所述水源热泵(14)的蒸发器进行降温，降温后的所述冷却水对所述沼气进行预冷和对所述冷冻干燥机(18)的冷凝热进行热回收，另一路所述冷却水经过所述水源热泵(14)的冷凝器进行升温，升温后的所述冷却水对沼气进行加热。6.根据权利要求5所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述冷冻干燥机(18)包括冷凝器(13)和蒸发器(4)，所述冷凝器(13)与所述蒸发器(4)连接设置，所述蒸发器(4)与所述预冷器(3)连接设置，所述蒸发器(4)与所述冷凝器(13)之间循环流动制冷剂，所述蒸发器(4)对所述沼气进行降温除湿，所述冷凝器(13)对所述沼气进行加热。7.根据权利要求5所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述第一换热器(12)通过回收了所述冷冻干燥机(18)和所述水源热泵(14)冷凝热的对取热冷却水进行加热，所述第一换热器(12)对所述冷冻干燥机(18)、所述冷源热泵进行热能回收；所述第二换热器(15)通过回收了所述螺杆压缩机(2)的热量对取热冷却水进行加热，所述第二换热器(15)对所述螺杆压缩机(2)进行热能回收。
8.根据权利要求6所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述后处理系统还包括气体净化器(5)和气体加热器(6)，所述气体净化器(5)与所述蒸发器(4)连接设置，所述气体净化器(5)另一侧与所述气体加热器(6)连接设置，所述气体净化器(5)对所述沼气进行再过滤，所述气体加热器(6)通过热能循环系统将所述冷冻干燥机(18)的冷凝热传至所述纤维膜组前端的气路部分对所述沼气进气加热。9.根据权利要求8所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述气体净化器(5)包括多级过滤系统，所述多级过滤系统采用高效过滤器，所述多级过滤系统将固体颗粒物降至小于等于0.01μm，所述多级过滤系统中设置碳床过滤器，所述碳床过滤器将气体中含油量降至小于等于0.01ppm。10.根据权利要求1所述的用于沼气净化的脱碳系统，其特征在于，所述纤维膜组包括一级膜(7)和二级膜(8)，所述沼气中的二氧化碳通过所述纤维膜组后，所述沼气的外排气在所述一级膜(7)中被排放，成为排放气，所述沼气经过所述二级膜(8)后，所述二级膜(8)的排放气通过回路返回至所述缓冲过滤罐(1)与所述螺杆压缩机(2)之间完成闭式循环。

技术总结

本发明提供了沼气提纯净化领域一种用于沼气净化的脱碳系统，包括预处理系统、冷却循环系统、后处理系统，预处理系统、冷却循环系统、后处理系统中依次对脱氨脱硫后的沼气进行提纯；预处理系统包括缓冲过滤罐和螺杆压缩机，沼气通过缓冲过滤罐过滤后传输至螺杆压缩机进行压缩；冷却循环系统包括冷冻干燥机和换热器组，冷冻干燥机设置在预处理系统与后处理系统之间，换热器组通过循环水回收冷冻干燥机的冷凝热；后处理系统包括纤维膜组和气体减压器，沼气通过纤维膜组再次过滤后传输至气体减压器进行减压处理，减压后的沼气输送至产品气使用点。本发明保证了预冷器中的预冷效果以及冷冻干燥机的稳定运行，达到热量回收，降低加工成本。工成本。工成本。