專利名稱：一種穩定連續脫除可燃氣體中硅氧烷的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種針對可燃氣體中雜質的去除裝置，其主要是用于去除可燃氣中的硅氧烷雜質，屬于可再生能源利用凈化領域。
背景技術：
垃圾填埋氣、沼氣、石油伴生氣等生物質氣體中含有大量的甲烷，相比讓其排放到大氣中致使溫室效應惡化，用其作為原料來燃燒發電則更加節能環保。然而在垃圾填埋氣、 沼氣、石油伴生氣體中含有一定量的硅氧烷等雜質和水分，在燃燒過程中會對設備造成危害。若燃燒含揮發性硅氧烷的垃圾填埋氣，在內燃機內表面產生二氧化硅層，二氧化硅覆蓋層將會磨損發動機部件，并阻礙燃燒換熱和潤滑劑的潤滑作用；對于燃氣輪機則會影響其動平衡；粘稠的硅氧烷會堵塞過濾器和排污管道，阻礙氣體流動和液態雜質排放。此夕卜，若燃料氣體中含有大量水分也會對設備造成腐蝕，降低燃燒換熱效率和發電效率，嚴重時甚至使發電機熄火，或無法點火，因此脫除可燃氣體中的水分及硅氧烷等雜質是十分必要的。目前，生物質氣體脫除硅氧烷的方法較多，投入市場可行的有吸附技術、吸收技術及深冷技術。吸附及吸收技術均須對吸附劑、吸收劑進行再生，且吸附劑隨濕度的增加對硅氧烷的吸附率降低，不僅處理效果不好而且成本增加。現已證明當壓力為2^ar，溫度降低到-^rc時，垃圾填埋氣中的硅氧烷脫除率能達到95% ；而且在該溫度下，填埋氣中的水分以及部分重碳烴雜質也可脫除；所以采用深冷法脫除生物質氣體中的硅氧烷是可行的。 目前，在國內外對深冷法脫硅氧烷的研究也有不少，但存在除霜效果不佳，影響系統穩定及不能連續處理的問題。美國一項發明專利硅氧烷去除系統(公開號US 2004/0045440 Al)采用一套配有兩個蒸發器的制冷系統，使來流的垃圾填埋氣通過預冷器后交替地通過兩個蒸發器，被冷卻處理后的氣體再回到預冷器用來冷卻來流的垃圾填埋氣。在制冷劑循環系統中，使節流后的制冷劑通入相對應的蒸發器來冷卻來流的垃圾填埋氣，同時利用制冷劑從冷凝器出來流經另一個蒸發器來過冷并對其除霜；兩個蒸發器如此交替循環，試圖達到連續對垃圾填埋氣進行冷卻脫除硅氧烷的效果，附圖1是該發明的結構示意圖。經實驗證明，該系統存在以下問題1、該系統閥門切換過程中，來流的垃圾填埋氣在兩蒸發器轉換時溫度回升很高，在切換后，系統將來流氣體處理到設定溫度需要一個穩定過程，該階段對氣體的處理達不到要求，不能實現真正連續脫除硅氧烷；2、該系統的除霜方式為過冷除霜，在制冷劑循環系統中，易造成造成吸氣帶液，且制冷劑循環系統在兩蒸發器中的溫度、壓力等參數變化很大，系統的穩定性下降；3、該系統管道系統和控制系統復雜，且當處理氣體達不到預設溫度時，對來流氣體的預冷效果也下降，進而加大制冷系統的負荷，對整個系統的運行處理造成惡性循環。
發明內容針對上述硅氧烷去除系統中存在的不足，本實用新型的目的是提供一種可實現真正連續脫除垃圾填埋氣中的硅氧烷及水分等雜質的裝置，能在保證制冷系統穩定運行的同時進行有效的除霜。為實現上述發明目的，本實用新型采用的技術方案為一種穩定連續脫除可燃氣體中硅氧烷的裝置，包括制冷循環系統、垃圾填埋氣循環系統以及監測與控制系統制冷循環系統包括壓縮機、氣液分離器、冷凝器、兩個蒸發器以及膨脹閥、干燥過濾器、視液鏡、多個閥門和管道；所述兩個蒸發器并聯，其并聯管路的進口通過三通閥依次連接視液鏡、干燥過濾器和冷凝器，并聯管路的出口通過三通閥依次連接氣液分離器和壓縮機；垃圾填埋氣循環系統包括預冷換熱器、所述制冷循環系統的兩個并聯蒸發器、管道、三個排污裝置和多個閥門；所述兩個并聯蒸發器的并聯管路進口和出口分別通過三通閥與預冷換熱器連接；所述三個排污裝置分別與所述預冷換熱器和兩個并聯的蒸發器連接；所述兩個并聯蒸發器之間還通過閥門互連；監測與控制系統包括多個溫感裝置、壓力表和閥門；溫感裝置分別設在所述預冷換熱器和兩個并聯的蒸發器上，還設在所述兩個并聯蒸發器的并聯管路的出口處；所述控制系統根據溫度的反饋值來控制閥門的開啟與關閉。本實用新型的裝置采用兩個蒸發器并聯使用，具有如下有益效果( 1)首次創新性地提出了來流氣體自除霜的方式。相比以往的熱氣旁通、過冷等除霜方式，本實用新型利用來流高溫氣體自身熱量來融化換熱器中的霜凍；除霜負荷由來流氣體承擔，直接進行熱質交換，除霜效果更好，并且可有效利用融霜冷量，使得來流氣體預冷效果更佳；(2)提出了一種精確的控制方式，可實現真正連續穩定地脫除硅氧烷、水分等雜質。本系統中制冷過程和除霜過程可分開控制，在切換過程前，換熱器中制冷劑已達到設定溫度的蒸發壓力，無需穩定過程，確保了系統處理的垃圾填埋氣一直穩定在一個較低溫度范圍內；(3)本實用新型裝置簡單可靠，處理效率高。本裝置的制冷循環系統無需承擔除霜負荷，避免了過冷度大而造成吸氣帶液等問題；且閥門切換過程，制冷劑溫度壓力也穩定在工作范圍內，系統運行更加安全、可靠。
圖1是本實用新型背景技術中美國專利“硅氧烷去除系統”的結構示意圖。圖2是本實用新型脫除可燃氣體中硅氧烷的裝置結構示意圖。
具體實施例
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細描述。如圖2所示，本發明裝置由制冷劑循環系統、垃圾填埋氣循環系統和監測控制系統組成。制冷劑循環系統由實線所示，垃圾填埋氣循環系統由虛線所示。[0020]制冷循環系統由壓縮機1、冷凝器2、蒸發器3和4、膨脹閥8和9、干燥過濾器6、 視液鏡7以及一些閥門和管道組成，兩個蒸發器并聯。從壓縮機1出來的高溫高壓制冷劑經冷凝器2冷凝后流經干燥過濾器6，由閥門的開啟與關閉來控制制冷劑節流后交替流經兩個蒸發換熱器，從蒸發器換熱出來的制冷劑再經過氣液分離器5回到壓縮機1，完成一個循環。垃圾填埋氣循環系統由預冷換熱器21、兩個三通閥M和36、管道、排污裝置34、 35和38以及一些控制閥門組成。來流垃圾填埋氣經預冷換熱器21預冷后，流經三通閥由閥門控制先流過用于除霜的蒸發器，利用高溫的來流垃圾填埋氣對蒸發器進行除霜并得到進一步預冷，液體雜質由排污裝置排出；除霜后的垃圾填埋氣再被送入制冷用蒸發器進行冷卻，處理好的填埋氣又送回預冷換熱器21用來預冷初始來流的垃圾填埋氣，溫度升高， 最后送入儲氣罐中。監測與控制系統由若干溫感裝置22、40、41和42、壓力表、控制閥門組成。在控制系統中，由溫度反饋值來控制閥門的開啟與關閉，尤其在轉換過程中，通過精確控制閥門使得在切換前蒸發器中制冷劑已經達到設定溫度的蒸發壓力，確保連續有效地處理。采用溫控方式對除霜啟停進行判別，在蒸發器上設有溫感裝置，當溫度回升至(5—10°C)時，除霜停止；使系統工作運行更加高效穩定。下文將對系統處理過程進行具體描述首先，蒸發器3用來冷卻垃圾填埋氣，蒸發器4用來除霜并過冷垃圾填埋氣。制冷劑系統閥門13、17打開，閥門14、19關閉。從壓縮機1出來的高溫高壓制冷劑經冷凝器2冷卻后，再流過干燥過濾器6視液鏡7，流經管道10到三通閥12，此時閥門13 打開，14關閉；制冷劑經過閥門13到膨脹閥8，節流后的低溫低壓制冷劑液體與垃圾填埋氣進行換熱，變成低壓氣體再從管道15流出，經閥門17到三通閥18，再從三通閥18出來由管道11送至氣液分離器5最后回到壓縮機1，完成一個制冷循環。垃圾填埋氣系統閥門25、30打開，閥門沈、四關閉。來流的垃圾填埋氣由管道20 送入預冷換熱器21被初步預冷，其中的少量雜質和水分從排污裝置38排出。預冷后的填埋氣從管道23流出進入三通閥M，此時閥門25打開，沈關閉；填埋氣經過閥門25和管道 27送入蒸發器4中與其中的冷凝雜質和冰霜進行熱質交換，高溫的垃圾填埋氣將蒸發器4 中的霜凍融化并被進一步預冷，而液態水和部分溶于水中的硅氧烷和重碳烴等雜質由排污裝置35排出。此時閥門四關閉，閥門33開啟，垃圾填埋氣從管道流出并進入蒸發器3被制冷劑冷卻到，大部分的雜質，水分及硅氧烷被冷凝并通過排污裝置34排出。處理好的垃圾填埋氣經閥門30和管道32送入三通閥36，并從三通的出口流出由管道37送回預冷換熱器21，將來流的垃圾填埋氣初步冷卻，最后經由管道39送至儲氣罐或是燃燒設備。16、 28,31為管道。當運行一段時間后，此時當溫感裝置42顯示而蒸發器4本身的溫度明顯上升(達到5 — 10°C)，說明蒸發器4融霜已完全，由溫感裝置42將溫度值反饋至控制系統，此時將閥門25、33關閉，閥門沈打開，來流垃圾填埋氣經預冷換熱器21后直接進入蒸發器3中冷進行卻處理。再運行一段時間后，當溫感裝置40顯示蒸發器3中處理后的垃圾填埋氣溫度逐漸上升，說明此時蒸發器3中已逐漸結霜，換熱效果下降；由溫感裝置40將溫度值反饋至控制系統。此時，將閥門14、19打開，制冷劑流經蒸發器4并將其冷卻2—5分鐘后，制冷劑已達到設定溫度的飽和蒸發壓力值；再將閥門29、33打開，閥門13、17、25、30關閉；這時，蒸發器3用來除霜。來流氣體先進入蒸發器3對其進行除霜，再經閥門33流入蒸發器4被冷卻處理，最后回到預冷換熱器21升溫后送至儲氣罐或燃燒設備。 在此切換過程中，通過控制系統的精確控制，保證了來流氣體在兩個換熱器中交換倒置的過程中也能處理到要求的溫度，真正實現了連續脫除硅氧烷和水分等雜質的目的。
權利要求1. 一種穩定連續脫除可燃氣體中硅氧烷的裝置，包括制冷循環系統、垃圾填埋氣循環系統以及監測與控制系統，其特征在于制冷循環系統包括壓縮機(1)、氣液分離器、冷凝器(2)、兩個蒸發器以及膨脹閥、干燥過濾器(6)、視液鏡(7)、多個閥門和管道；所述兩個蒸發器并聯，其并聯管路的進口通過三通閥(12)依次連接視液鏡、干燥過濾器和冷凝器，并聯管路的出口通過三通閥(18)依次連接氣液分離器和壓縮機；垃圾填埋氣循環系統包括預冷換熱器(21)、所述制冷循環系統的兩個并聯蒸發器、管道、三個排污裝置和多個閥門；所述兩個并聯蒸發器的并聯管路進口和出口分別通過三通閥與預冷換熱器連接；所述三個排污裝置分別與所述預冷換熱器和兩個并聯的蒸發器連接；所述兩個并聯蒸發器之間還通過閥門(33)互連；監測與控制系統包括多個溫感裝置、壓力表和閥門；溫感裝置分別設在所述預冷換熱器和兩個并聯的蒸發器上，還設在所述兩個并聯蒸發器的并聯管路的出口處；所述控制系統根據溫度的反饋值來控制閥門的開啟與關閉。
專利摘要本實用新型提供了一種用于脫除可燃氣體中硅氧烷的裝置，屬于可再生能源利用凈化領域。該裝置包括制冷循環系統、垃圾填埋氣循環系統以及監測與控制系統，具體包括壓縮機、氣液分離器、冷凝器、兩個并聯的蒸發器、膨脹閥、干燥過濾器、視液鏡、預冷換熱器、排污裝置、溫感裝置、壓力表、多個閥門和管道。本實用新型提出了一種來流氣體自除霜的新型除霜方式，可實現制冷過程與除霜過程獨立且同時進行，既能有效除霜，又能保證制冷系統穩定運行；同時提出了一套精密的控制系統，在全程處理過程中可使垃圾填埋氣溫度保持在設定溫度范圍內，從而實現穩定、連續、有效地去除垃圾填埋氣中硅氧烷及水分等雜質的效果。
文檔編號C10L3/10GK202297538SQ20112042496
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者吳未立, 張忠斌, 李雅清, 王慧, 黃虎 申請人:南京師范大學, 南京碳環生物質科技有限公司