以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置包括順次連通的沼氣增壓裝置Ⅰ、水洗脫碳裝置、干燥裝置Ⅰ、增壓裝置Ⅱ、干燥裝置Ⅱ和生物天然氣儲運裝置，所述水洗脫碳裝置包括順次連通的沼氣緩沖罐、沼氣壓縮裝置和水洗吸收塔，水洗吸收塔的頂部與干燥裝置Ⅰ連通，水洗吸收塔的下部依次連接有水力透平機、一級解析塔和二級解析塔，二級解析塔下部與水洗吸收塔上部之間設有管道連通，管道上安裝有水泵，一級解析塔頂部和沼氣緩沖罐頂部之間有管道連通。本實用新型整個工藝流程和裝置結構簡單，投資運行費用低，處理效率高，操作方便，且吸收載體為水，不添加任何吸收劑，價廉易得、無毒、易于再生，生物天然氣可直接進入燃氣管道或經壓縮制成車用CNG替代汽油，拓寬了沼氣的利用領域，即經濟又環保。
【專利說明】以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于新能源制備【技術領域】，特別是涉及一種以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置。
【背景技術】
[0002]利用有機物厭氧生化處理產生的沼氣，其主要成分為:甲烷50飛0%，二氧化碳50-40%，少量的硫化氫等氣體。近年來，沼氣作為一種可再生能源在燃氣、發電、工業鍋爐等領域得到廣泛應用，技術已基本成熟，然而沼氣脫碳提純制取生物天然氣技術及生產裝置的發展將為沼氣的應用領域提升至一個新的高度。生物天然氣按國家標準(GB17820-1999)二類氣標準為:高位發熱量≥31.4MJ/m3，二氧化碳≥3%，硫化氫≤20mg/m3。沼氣脫碳提純技術及裝置在沼氣工程中的引入，不但提升了沼氣工程整體技術水平，拓展沼氣綜合利用途徑，為沼氣行業持續發展奠定基礎，而且可以通過脫碳提純凈化裝置后出售生物天然氣帶來較高的資金回報。沼氣經脫碳提純裝置處理后即成為生物天燃氣，作為一種生物燃氣，具有清潔、高效、安全和可再生四大特征，其高效制備與綜合利用是極具有代表性的雙向清潔過程，可以彌補當前天然氣能源供應不足的問題，作為新能型能源必將在能源格局中占有一席之地。
[0003]目前利用沼氣制備生物天然氣的生產裝置多源于利用天然氣、合成氨變換氣脫碳技術，主要有化學吸收法、變壓吸附法、膜分離法、低溫分離法等，但這些裝置不同程度的存在投資大，溶劑揮發性大，甲烷損失大，操作費用高，能耗高，再生系統復雜以及裝置受沼氣成分影響嚴重等諸多技術缺陷， 而物理吸收法雖優點突出有所應用，但在沼氣提純中的應用一般采用一級解析、低壓吸收，甲烷回收率低，提純氣甲烷含量不高(一般在90%左右)、成分不穩定，干燥效率低，仍沒有一系列成熟穩定、效率高的生產裝置。
【發明內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題就是針對現有沼氣脫碳凈化制取生物天然氣技術的不足，而提供一種結構簡單，處理效率高，操作方便，且所需材料，價廉易得、無毒、易于再生，對環境友好的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為:
[0006]一種以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，包括順次連通的沼氣增壓裝置
1、水洗脫碳裝置、干燥裝置1、增壓裝置I1、干燥裝置II和生物天然氣儲運裝置，所述水洗脫碳裝置包括順次連通的沼氣緩沖罐、沼氣壓縮裝置和水洗吸收塔，水洗吸收塔的頂部與干燥裝置I連通，水洗吸收塔的下部依次連接有水力透平機、一級解析塔和二級解析塔，二級解析塔下部與水洗吸收塔上部之間設有管道連通，管道上安裝有水泵，一級解析塔頂部和沼氣緩沖罐頂部之間有管道連通。
[0007]所述沼氣增壓裝置I為多級燃氣壓縮機，在每一級壓縮的曲軸箱與壓縮缸體間增加一道密封組件，并形成隔室，利用氮氣置換隔室內的空氣；每一級進氣、排氣分別設有與排氣量匹配的緩沖罐；每一級排氣各設有獨立的冷卻器及分離器；在每一個緩沖器、冷卻器、氣液分離器的排污管上均安裝自動疏水閥。
[0008]所述干燥裝置I和II均為撬裝式結構，干燥裝置I和II分別包括沿氣體干燥管路依次設置有過濾器一、干燥塔A、干燥塔B和過濾器二，還包括控制系統，所述過濾器一上部分別與干燥塔A和B底部連通，過濾器二上部分別與干燥塔A和B頂部連通，同時在干燥塔A和B之間設有再生氣逆流加熱再生管路，在再生氣逆流加熱再生管路上安裝有閉式加熱器、冷卻分離器。
[0009]所述脫水裝置I中再生氣逆流加熱再生管路為閉式循環管路，在閉式循環管路上同時安裝有循環風機。
[0010]所述脫水裝置II中再生氣采用少量成品氣，在成品氣輸出管道與閉式加熱器之間設置有減壓閥，經冷卻分離器之后的成品氣進入低壓回收系統。
[0011]所述在氣體干燥管路上、干燥塔A和B氣體進出口處分別設置有控制閥，同時在再生氣循環管路上、干燥塔A和B氣體進出口處分別設置有控制閥。
[0012]所述控制系統包括非防爆電控箱及機旁防爆啟停按鈕。
[0013]所述再生氣循環管路上同時安裝有壓力表和溫度計。
[0014]所述生物天然氣儲運裝置包括多臺并聯的地上儲氣罐，儲氣罐一端分別與順序控制柜連接，另一端通過加氣柱分別與數量相匹配的多臺天然氣運輸撬裝車連接，在每個儲氣罐和順序控制柜之間、儲氣罐和加氣柱之間分別設置有控制閥；所述順序控制柜與干燥裝置II連接。
[0015]本實用新型的工作原理如下:
[0016]本實用新型以沼氣為原料經加壓水洗脫除二氧化碳，利用分子篩作為吸附劑進行脫水制備生物天然氣的生產裝置系統。該裝置系統利用以下幾部分裝置連續進行處理，最終將原料沼氣加工成為生物天然氣(BNG)或壓縮生物天然氣(CBNG):脫硫凈化后的沼氣經沼氣增壓裝置I升壓至一定的壓力進入水洗脫碳裝置，脫碳后的沼氣經干燥裝置I脫水干燥后生產成為符合管輸要求的生物天然氣(BNG)進入管輸系統；BNG經增壓裝置II升壓至一定的壓力進入干燥裝置II脫水干燥后，生產成為符合要求的壓縮生物天然氣(CBNG)進入儲氣罐后經加氣柱進入CNG撬裝車運至加氣子站出售。沼氣通過幾部分裝置連續進行處理后甲烷> 97%，硫化氫< 15mg/L，二氧化碳< 3%，水露點達到管輸或CNG要求進入燃氣輸配管網。
[0017]本實用新型技術方案的有益效果是:
[0018]1、在結構上，本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置由以下裝置組成:沼氣增壓裝置1、水洗脫碳裝置、干燥裝置1、干燥裝置I1、增壓裝置II和壓縮生物天然氣(CBNG)儲運裝置共六部分組成。經過脫硫的沼氣，經緩沖進入增壓裝置I為水洗脫碳提供符合工藝要求的原料氣；沼氣經緩沖進入增壓裝置I為水洗脫碳提供符合工藝要求的原料氣；經過水洗脫碳裝置使氣體成分滿足甲烷> 97%，硫化氫< 15mg/L，二氧化碳< 3%的要求；脫碳后的沼氣經分子篩吸附干燥脫水，自動再生切換，水露點達到管輸要求供給燃氣輸配管網；經干燥脫水，水露點達到管輸要求的氣體經增壓裝置II，壓力增加成為符合車用壓縮生物天然氣(CBNG)壓力要求的氣體；壓力增加達到符合車用壓縮生物天然氣(CBNG)壓力要求的氣體，經干燥裝置II干燥脫水，生成水露點達到車用壓縮生物天然氣(CBNG)要求，生產合格的車用壓縮生物天然氣(CBNG);合格的車用壓縮生物天然氣(CBNG)經儲罐暫存緩沖后經加氣柱充裝至運輸撬車，運至加氣子站替代汽油；整體結構簡單，處理效率高，操作方便。
[0019]2、在結構上，本實用新型增壓裝置I根據沼氣特點及脫碳吸收壓力及溫度需要，經特殊完善，連續穩定提供符合脫碳裝置要求的氣源；水洗脫碳裝置通過物理吸收及兩級級解析裝置，處理后甲烷≥97%，硫化氫≤15mg/L，二氧化碳≤3%，甲烷損失率小于2% ;通過干燥裝置I露點達到管輸要求生產BNG —部分進入燃氣輸配管網；另一部分經增壓裝置II達到車用壓縮生物天然氣(CBNG)壓力要求；通過干燥裝置II達到車用壓縮生物天然氣(CBNG)水露點要求及提高CBNG儲運裝置進入加氣子站替代燃油。
[0020]3、在結構上，本實用新型增壓裝置I根據沼氣含水率較高，氣體中雜質較多，對裝置腐蝕性較強等特點，以燃氣壓縮機為原型采取針對沼氣介質特點的優化主要體現在以下幾點:(I)、每一級壓縮的曲軸箱與壓縮缸體間增加一道密封組件，并形成隔室，利用氮氣置換隔室內的空氣，有效地防止了氣缸密封組件微量泄漏時可燃氣體進入曲軸箱，根本上消除了隔室和曲軸箱內可燃氣體達到爆炸極限后可能出現的爆炸事故，做到本質安全。
(2)、壓縮機氣缸采用無油潤滑技術，防止工質和設備受到潤滑油的污染，保證了 CBNG產品品質，壓縮機實現污染物零排放。(3)、每一級進氣、排氣增加與排氣量匹配的緩沖罐，最大限度降低設備的振動和噪聲，與原設備相比，振動和噪聲顯著降低，甚至在廠方外感覺不到壓縮機在運行。(4)、每一級排氣都使用獨立的冷卻器及分離器；保證將每一級經壓縮的氣體溫度從90— 120°C冷卻到25—40°C時產生的冷凝水、霧態水及氣體中其它雜質通過氣液分離器進行分離、排放。在每一個緩沖器、冷卻器、氣液分離器等排污管上安裝自動疏水閥，有冷凝水時隨時自動排掉，既減輕了操作工的工作強度又使冷凝水能夠及時排放，避免對設備造成安全威脅。(5)、在設備安全穩定運行上:首先，采用主、輔雙油泵供油系統，啟動時輔助油泵先啟動運行，對各潤滑點供給油潤滑后才能啟動主機，主機啟動后自動切換到主機轉子油泵供油，停機后輔助油泵自動啟動運行，對主機潤滑部位進行降溫后自動停機。主機油泵出現異常導致油壓不足時，輔助油泵自動啟動，確保運行過程中機械系統的潤滑正常；其次，油壓、進氣壓、各級排壓、排溫等設置報警、自動停機保護，保證出現異常及時報警和保護停機。(6)、其它特點:氣密性好:從介質進口到介質出口進行嚴格的氣密性檢測，保證氣體無泄漏。耐酸堿:從介質進口到介質出口所有通道都是耐酸堿材質，滿足弱腐蝕性氣體的通過。壽命長:氣路和電路嚴格分開，不會因介質富含水氣和弱腐蝕性氣體而影響電氣的使用壽命。結構簡單；兩個對稱氣缸間無外部管路。維修性好:用簡單工具及配件就能自己維修。
[0021]4、在結構上，本實用新型水洗脫碳裝置:包括吸收塔，高壓水泵，一級解析塔，二級解析塔，水力透平設備。其作用步驟是:脫硫的沼氣，經干燥后進入壓縮機壓縮，壓力提高到一定的壓力(表壓)，進入吸收塔，用水吸收其中的co2。脫除CO2是物理吸收過程，它是根據CO2和CH4在水中具有不同的溶解度這一基本原理進行的。CO2在水中的溶解度比CH4大。隨著壓力的升高，氣體在水中的溶解度增大。一定壓力的沼氣進入吸收塔，通過氣體和水的接觸，CO2和CH4被水吸收。CO2吸收量大于CH4，氣體中CO2含量降低，直至滿足工藝要求，達到符合要求的氣體濃度。吸收CO2的水進行兩級減壓，一次減壓到一定壓力的(表壓)，放出的氣體CH4濃度較高，返回原料氣儲罐；二次減壓倒一定壓力(表壓)，放出的氣體主要是CO2,進入CO2回收系統。解吸后的水循環使用，損耗量小于5%。吸收CO2的高壓水，具有一定的能量，通過水力透平，回收部分能量。
[0022]5、在結構上，本實用新型脫碳后的沼氣經分子篩等脫水干燥后即成為生物天然氣，分子篩自動切換再生；本實用新型工藝流程和結構都比較簡單，處理效率高，操作方便。且吸收載體為水，不添加任何吸收劑，價廉易得、無毒、易于再生，同時水對氣體中的各種組分均無化學反應，對設備腐蝕較小，對環境友好。沼氣通過該工藝處理后甲烷≥ 97%，硫化氫≤15mg/l，二氧化碳≤3%，甲烷損失率小于2%。
[0023]6、綜上，本實用新型整個工藝流程和裝置結構簡單，投資運行費用低，處理效率高，操作方便，且吸收載體為水，不添加任何吸收劑，價廉易得、無毒、易于再生，沼氣通過該處理后甲烷含量達到95%~97%以上，硫化氫≤15~20mg/m3，二氧化碳≤3%~5%，甲烷損失率小于2%。生物天然氣可直接進入燃氣管道或經壓縮制成車用CNG替代汽油，拓寬了沼氣的利用領域，即經濟又環保，因此，非常適于推廣實施。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細的說明，其中:
[0025]圖1為本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置的結構框圖；
[0026]圖2為本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置的沼氣增壓裝置I的工藝流程圖；
[0027]圖3為本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置的水洗脫碳裝置的工藝流程圖；
[0028]圖4為本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置的干燥裝置I的工藝流程圖；
[0029]圖5為本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置的干燥裝置II的工藝流程圖；
[0030]圖6為本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置的天然氣儲運裝置的工藝流程圖；
[0031]圖中序號:1、沼氣緩沖罐，2、沼氣壓縮裝置，3、水洗吸收塔，4、干燥裝置I，5、一級解析塔，6、二級解析塔，7、水泵，8、水力透平機。
[0032]【具體實施方式】
[0033]實施例一:
[0034]參見圖1至6，圖中，本實用新型以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，包括順次連通的沼氣增壓裝置1、水洗脫碳裝置、干燥裝置1、增壓裝置I1、干燥裝置II和生物天然氣儲運裝置，所述水洗脫碳裝置包括順次連通的沼氣緩沖罐1、沼氣壓縮裝置2和水洗吸收塔3，水洗吸收塔的頂部與干燥裝置I 4連通，水洗吸收塔的下部依次連接有水力透平機8、一級解析塔5和二級解析塔6，二級解析塔下部與水洗吸收塔上部之間設有管道連通，管道上安裝有水泵7，一級解析塔頂部和沼氣緩沖罐頂部之間有管道連通。
[0035]所述沼氣增壓裝置I為三級燃氣壓縮機，在每一級壓縮的曲軸箱與壓縮缸體間增加一道密封組件，并形成隔室，利用氮氣置換隔室內的空氣；每一級進氣、排氣分別設有與排氣量匹配的緩沖罐；每一級排氣各設有獨立的冷卻器及分離器；在每一個緩沖器、冷卻器、氣液分離器的排污管上均安裝自動疏水閥。
[0036]所述干燥裝置I和II均為撬裝式結構，干燥裝置I和II分別包括沿氣體干燥管路依次設置有過濾器一、干燥塔A、干燥塔B和過濾器二，還包括控制系統，所述過濾器一上部分別與干燥塔A和B底部連通，過濾器二上部分別與干燥塔A和B頂部連通，同時在干燥塔A和B之間設有再生氣逆流加熱再生管路，在再生氣逆流加熱再生管路上安裝有閉式加熱器、冷卻分離器。
[0037]所述脫水裝置I中再生氣逆流加熱再生管路為閉式循環管路，在閉式循環管路上同時安裝有循環風機。
[0038]所述脫水裝置II中再生氣采用少量成品氣，在成品氣輸出管道與閉式加熱器之間設置有減壓閥，經冷卻分離器之后的成品氣進入低壓回收系統。
[0039]所述在氣體干燥管路上、干燥塔A和B氣體進出口處分別設置有控制閥，同時在再生氣循環管路上、干燥塔A和B氣體進出口處分別設置有控制閥。
[0040]所述控制系統包括非防爆電控箱及機旁防爆啟停按鈕。
[0041 ] 所述再生氣循環管路上同時安裝有壓力表和溫度計。
[0042]所述生物天然氣儲運裝置包括三臺并聯的地上儲氣罐，儲氣罐一端分別與順序控制柜連接，另一端通過加氣柱分別與數量相匹配的4-6臺天然氣運輸撬裝車連接，在每個儲氣罐和順序控制柜之間、儲氣罐和加氣柱之間分別設置有控制閥；所述順序控制柜與干燥裝置II連接。
[0043]本實用新型的工作過程如下:
[0044] 經脫硫凈化后的沼氣進入緩沖罐1，由沼氣壓縮裝置2進行升壓一定壓力后進入水洗吸收塔3，水經高壓水泵7加壓至一定壓力和一定的溫度進入水洗吸收塔3與沼氣進行接觸混合(溫度XX~45°C)，沼氣中的二氧化碳和少量甲烷被水吸收，經提純后的沼氣通過管道收集并經干燥器4進行脫水干燥成為生物天然氣進行利用；吸收二氧化碳和部分甲烷的水經水力透平機8后進入一級解析塔5進行解析并回收部分能量，解析氣進入緩沖罐I回收CH4,出水進入二級解析塔6 (壓力為常壓)解析出全部的CO2,吸收CO2的水得到再生進行循環使用，定期補充損耗水保持系統穩定。
[0045]本實用新型整個工藝流程和裝置結構簡單，投資運行費用低，處理效率高，操作方便，且吸收載體為水，不添加任何吸收劑，價廉易得、無毒、易于再生。沼氣通過該處理后甲烷含量達到95%~97%以上，硫化氫≤15~20mg/m3，二氧化碳≤3%~5%，甲烷損失率小于2%。生物天然氣可直接進入燃氣管道或經壓縮制成車用CNG替代汽油，拓寬了沼氣的利用領域，即經濟又環保。
[0046]以上所述僅為本實用新型示意性的【具體實施方式】，并非用以限定本實用新型的范圍，任何本領域的技術人員在不脫離本實用新型構思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應屬于本實用新型保護的范圍。
【權利要求】
1.一種以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，包括順次連通的沼氣增壓裝置1、水洗脫碳裝置、干燥裝置1、增壓裝置I1、干燥裝置II和生物天然氣儲運裝置，其特征是:所述水洗脫碳裝置包括順次連通的沼氣緩沖罐、沼氣壓縮裝置和水洗吸收塔，水洗吸收塔的頂部與干燥裝置I連通，水洗吸收塔的下部依次連接有水力透平機、一級解析塔和二級解析塔，二級解析塔下部與水洗吸收塔上部之間設有管道連通，管道上安裝有水泵，一級解析塔頂部和沼氣緩沖罐頂部之間有管道連通。
2.根據權利要求1所述的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，其特征是:所述沼氣增壓裝置I為多級燃氣壓縮機，在每一級壓縮的曲軸箱與壓縮缸體間增加一道密封組件，并形成隔室，利用氮氣置換隔室內的空氣；每一級進氣、排氣分別設有與排氣量匹配的緩沖罐；每一級排氣各設有獨立的冷卻器及分離器；在每一個緩沖器、冷卻器、氣液分離器的排污管上均安裝自動疏水閥。
3.根據權利要求1所述的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，其特征是:所述干燥裝置I和II均為撬裝式結構，干燥裝置I和II分別包括沿氣體干燥管路依次設置有過濾器一、干燥塔A、干燥塔B和過濾器二，還包括控制系統，所述過濾器一上部分別與干燥塔A和B底部連通，過濾器二上部分別與干燥塔A和B頂部連通，同時在干燥塔A和B之間設有再生氣逆流加熱再生管路，在再生氣逆流加熱再生管路上安裝有閉式加熱器、冷卻分離器。
4.根據權利要求3所述的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，其特征是:所述脫水裝置I中再生氣逆流加熱再生管路為閉式循環管路，在閉式循環管路上同時安裝有循環風機。
5.根據權利要求3所述的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，其特征是:所述脫水裝置II中再生氣采用少量成品氣，在成品氣輸出管道與閉式加熱器之間設置有減壓閥，經冷卻分離器之后的成品氣進入低壓回收系統。
6.根據權利要求3所述的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，其特征是:所述在氣體干燥管路上、干燥塔A和B氣體進出口處分別設置有控制閥，同時在再生氣循環管路上、干燥塔A和B氣體進出口處分別設置有控制閥。
7.根據權利要求3所述的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，其特征是:所述控制系統包括非防爆電控箱及機旁防爆啟停按鈕。
8.根據權利要求3所述的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，其特征是:所述再生氣循環管路上同時安裝有壓力表和溫度計。
9.根據權利要求1所述的以沼氣為原料的壓縮生物天然氣生產裝置，其特征是:所述生物天然氣儲運裝置包括多臺并聯的地上儲氣罐，儲氣罐一端分別與順序控制柜連接，另一端通過加氣柱分別與數量相匹配的多臺天然氣運輸撬裝車連接，在每個儲氣罐和順序控制柜之間、儲氣罐和加氣柱之間分別設置有控制閥；所述順序控制柜與干燥裝置II連接。
【文檔編號】C10L3/10GK203530267SQ201320650773
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】樊國軍, 張曉陽, 陸浩洋, 王宏杰, 劉純顯, 劉克, 陸奇, 郭理臣, 包恒亭 申請人:中聚天冠生物能源有限公司