专利名称：从沼气杂质中提取甲烷的方法及其专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体混合物分离技术领域，具体说是从沼气杂质中提取甲烷的装置的技术。
背景技术：
在现有技术中，从沼气中提取甲烷的方法，包括高压传输沼气，通过有选择性透明膜，提取甲烷。这种方法在技术上是艰难而漫长的，因为它需要特殊的设备来形成高压，需要进行额外的操作，还与再生膜相关。此外，由于二氧化碳和甲烷之间的扩散率差异很小，沼气分离的系数和提取甲烷的纯度也很低。另外的一种从沼气中提取甲烷的方法是在低温下将沼气冷凝成固态，对冷凝沼气加热，加温时未达到二氧化碳熔点情况下，提取甲烷，如乌克兰专利专利号10307A，分类号B01D53/00，时间1996，加温冷凝沼气在温度未达到二氧化碳熔点前执行，这个方法对甲烷的提取不需要专业设备制造高压，也不需要额外的操作，还与再生膜无关。但是这种方法是加热冷凝沼气，加温时未达到二氧化碳熔点情况下进行提取甲烷，如果在甲烷前提取二氧化碳的话，那么提取的甲烷纯度就不是很高，再提纯的话，需要消耗额外的能量。
发明内容
本发明的目的是提供一种从沼气杂质中提取甲烷的方法及其专用装置，能够提高甲烷纯度，无需消耗额外的能量。本发明通过以下技术方案来实现。
一种从沼气中提取甲烷的方法，包括下列步骤
1)净化沼气，去除硫化氢和水蒸气；
2)将净化后沼气输入分离室内，冷却分离室使沼气冷凝，其中冷凝沼气时是将温度降温到甲烷熔点前的温度进行，即是在甲烷熔点前即高于甲烷熔点温度下将沼气冷凝成固态；
3)对冷凝成固态的沼气进行加热，甲烷从分离室内蒸发出来并收集到甲烷气瓶中，其中加热时从甲烷熔点温度到熔点温度的1. 15倍，在升温中提取甲烷。一种从沼气中提取甲烷的装置，其特征在于所述从沼气杂质中提取甲烷的装置包括分离室、冷却装置、甲烷气瓶和管道，管道前端设有进口阀，后端设有出口阀，管道连接有抽吸装置，分离室放置在冷却装置内，分离室与管道连接且在分离室与管道设有第一气阀，甲烷气瓶与管道连接且在甲烷气瓶与管道之间设有第二气阀，分离室还加装有加热装置。所述冷却装置包括杜瓦瓶，分离室放置在杜瓦瓶内，在杜瓦瓶内填充制冷剂，所述分离室连接有真空压力表，甲烷气瓶连接有真空压力表，所述管道前端的第一进口阀之前安装有气量计，气量计之前设有第二进口阀。
所述抽吸装置为真空泵或抽水装置。本发明与现有技术相比具有以下优点。通过本发明所述的结构，通过特定的冷凝和冷凝沼气加热的条件，能够提高甲烷的纯度，而无需消耗额外的能量。通过本发明所述的方法与结构，解决了从沼气中提取甲烷，沼气在低温条件下冷凝成固态，冷凝沼气加热和加温时未达到二氧化碳熔点情况下提取甲烷。在本发明中，在温度降低到甲烷的熔点温度时冷凝沼气，而甲烷提取时是在甲烷熔点温度到甲烷熔点温度的1.15倍时进行。沼气的冷凝在低于甲烷熔点温度下是不合适的，因为沼气冷却时会消耗大量能量，而下一次加热从沼气中蒸发甲烷其实是不可能发生的；冷凝沼气加热时温度大于甲烷熔点温度的1. 15倍的温度，甲烷从沼气中开始部分蒸发，这种情况，需用额外的能量。所以在本发明中，本质上冷凝沼气时是将温度降温到甲烷熔点前的温度进行，而提取甲烷时是在冷凝固态沼气加热时进行。这样，由于沼气成分之间存在较大的蒸汽弹性差异，即甲烷的蒸汽弹性值大于二氧化碳的蒸汽弹性值，故先蒸发甲烷。甲烷密集蒸发没有二氧化碳混合物，升温从甲烷熔点温度到甲烷熔点温度1. 15倍，此时升温便可提取甲烷。由于在提取甲烷前不提取二氧化碳，所以可以提高甲烷的纯度，而不增加能量的消耗。
图1为本发明从沼气杂质中提取甲烷的装置结构示意图。
具体实施例方式一种从沼气中提取甲烷的方法，包括下列步骤
1)净化沼气，去除硫化氢和水蒸气；
2)将净化后沼气输入分离室内，冷却分离室使沼气冷凝，其中冷凝沼气时是将温度降温到甲烷熔点前的温度进行，即是在甲烷熔点前即高于甲烷熔点温度下将沼气冷凝成固态；
3)对冷凝成固态的沼气进行加热，甲烷从分离室内蒸发出来并收集到甲烷气瓶中，其中加热时从甲烷熔点温度到熔点温度的1. 15倍，在升温中提取甲烷。下面结合附图对本发明从沼气杂质中提取甲烷的装置作进一步详细描述。如图1所示，本发明从沼气中提取甲烷的装置，包括分离室2、冷却装置、甲烷气瓶4和管道1，管道I前端设有进口阀12，后端设有出口阀9，管道I连接有抽吸装置，分离室2放置在冷却装置内，分离室2与管道I连接且在分离室2与管道I设有第一气阀5，甲烷气瓶4与管道I连接且在甲烷气瓶4与管道I之间设有第二气阀6，分离室2还加装有加热装置。其中冷却装置包括杜瓦瓶3，分离室2放置在杜瓦瓶3内，在杜瓦瓶3内填充制冷齐U。分离室2连接有真空压力表7，甲烷气瓶4连接有真空压力表8。抽吸装置为真空泵或抽水装置。管道I前端的第一进口阀12之前安装有气量计10， 气量计10之前设有第二进口阀 11。使用方法打开阀第一气阀5、第二气阀6、出口阀9,关闭第二进口阀11和第一进口阀12，启动抽吸装置，使分离室2、甲烷气瓶4内的压力至10帕。然后关闭第一气阀5、第二气阀6、出口阀9，在杜瓦瓶3内填充制冷剂液氮。接下来，通往室2打开第二进口阀11和第一进口阀12和第一气阀5，向分离室2输入指定数量的沼气，输入前清除硫化氢和水蒸气。在甲烷熔点前即高于甲烷熔点温度下将冷凝沼气成固态，沼气冷凝结束后关闭第二进口阀11和第一进口阀12，撤除杜瓦瓶3，关闭第二气阀6。分离时冷凝沼气的温度由加热装置如温度泵和真空压力表7来进行调节。加热甲烷从熔点温度到熔点温度的1. 15倍，甲烷从分离室2内蒸发出来的只是甲烷，这些甲烷都收集到甲烷气瓶4中。甲烷收集的数量由真空压力表8来调节。冷凝沼气温度平衡到熔点温度的1. 15倍时，甲烷气瓶4上的第二气阀6和第一气阀5关闭,发酵留在分离室2内的混合气体和富含二氧化碳的气体。米样，随后用LHM-80色谱仪进行分析，便可测量甲烷气瓶4内甲烷的浓度。通过本发明所述技术方案提取纯甲烷提取纯甲烷事先清理沼气内的硫化氢和水蒸汽，甲烷含量为60%，输送温度已冷却至91K即甲烷熔点的温度，且分离室2内的温度也为甲烷熔点的温度。这样分离室2内冷凝沼气有68NL。由于冷凝沼气加热由此蒸发甲烷，收集到甲烷气瓶4内。温度加热到105K即1. 15倍的甲烷熔点温度，持续3分钟提取33NL甲烷，纯度为99%，耗损液氮不超过1. 5升。从沼气中提取甲烷为49%。通过现有的方法提取甲烷提取纯甲烷事先去除硫·化氢和水蒸气，甲烷成分为60%，输入输送温度已冷却至100K，且分离室2内的温度也为100K，此时分离室2内已有冷凝沼气68NL，由于冷凝沼气加热由此蒸发甲烷，收集到甲烷气瓶4内。温度加热到216. 5K，持续3分钟提取33NL甲烧，纯度为90%。消耗液氮不超过1. 5升。从沼气中提取甲烷为59%。通过比较，用本发明所述技术方案提取甲烷的纯度是99%，而现有的方法提取甲烷的纯度为90%。并且本发明所述技术方案提取甲烷不消耗多余的能量。
权利要求
1.一种从沼气中提取甲烷的方法，包括下列步骤1)净化沼气，去除硫化氢和水蒸气；2)将净化后沼气输入分离室内，冷却分离室使沼气冷凝，其中冷凝沼气时是将温度降温到甲烷熔点前的温度进行，即是在甲烷熔点前即高于甲烷熔点温度下将沼气冷凝成固态；3)对冷凝成固态的沼气进行加热，甲烷从分离室内蒸发出来并收集到甲烷气瓶中，其中加热时从甲烷熔点温度到熔点温度的1. 15倍，在升温中提取甲烷。
2.一种专用于权利要求1所述方法的从沼气杂质中提取甲烷的装置，包括分离室(2)、 冷却装置、甲烷气瓶(4)和管道(1)，管道(I)前端设有进口阀(12)，后端设有出口阀(9)，管道(I)连接有抽吸装置，分离室(2)放置在冷却装置内，分离室(2)与管道(I)连接且在分离室(2)与管道(I)设有第一气阀(5)，甲烷气瓶(4)与管道(I)连接且在甲烷气瓶(4)与管道(I)之间设有第二气阀(6 )，分离室(2 )还加装有加热装置。
3.根据权利要求1所述的从沼气杂质中提取甲烷的装置，其特征在于所述冷却装置包括杜瓦瓶(3)，分离室(2)放置在杜瓦瓶(3)内，在杜瓦瓶(3)内填充制冷剂，所述分离室(2)连接有真空压力表(7)，甲烷气瓶(4)连接有真空压力表(8)，所述管道(I)前端的第一进口阀(12)之前安装有气量计(10)，气量计(10)之前设有第二进口阀(11)。
4.根据权利要求1所述的从沼气杂质中提取甲烷的装置，其特征在于所述抽吸装置为真空泵或抽水装置。
全文摘要
本发明公开了从沼气中提取甲烷的方法，包括下列步骤(1)净化沼气，去除硫化氢和水蒸气；(2)将净化后沼气输入分离室内，冷却分离室使沼气冷凝，其中冷凝沼气时是将温度降温到甲烷熔点前的温度进行，即是在甲烷熔点前即高于甲烷熔点温度下将沼气冷凝成固态；(3)对冷凝成固态的沼气进行加热，甲烷从分离室内蒸发出来并收集到甲烷气瓶中，其中加热时从甲烷熔点温度到熔点温度的1.15倍，在升温中提取甲烷。本发明还公开一种作用装置。通过本发明所述的技术方案，能够提高甲烷纯度，无需消耗额外的能量。
文档编号C07C9/04GK103044178SQ20131000604
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月8日 优先权日2013年1月8日
发明者王如汉, 芦茂国, 唐日海 申请人:广州贝龙环保热力设备股份有限公司