专利名称：变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法
技术领域：
本发明涉及沼气净化综合利用、尤其是一种变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法。
背景技术：
能源是世界各国经济发展的战略资源，也是社会生产力的核心和动力源泉。当前中国能源形势相当严峻资源贫乏、结构失衡、需求剧增、缺口很大、能效不高和减排困难。 有关统计表明2005年中国化石能源的剩余可采储总量相当于882亿吨标煤，若按2005年的19亿吨标煤开采量计，仅仅只够开采46年。据预测，2000-2020年间化石能源消费的年均增长率达到4. 3 % 4. 6%，年需求量将上升到30 32亿吨标煤，如不考虑进出口且无重大资源发现，那么中国的化石能源大约只够用30年。目前我国石油进口依赖度约为45%， 预计到2050年将高达75%左右。由此可见，我国石油资源相当紧缺，因而研究开发替代化石能源(主要是可再生无污染的新能源)显得尤为迫切。沼气是一种性能优良的清洁燃料，不仅原料来源丰富，而且具有燃烧热效率高、成本低、绿色、零污染、可再生、抗爆性好的特点，是一种优质生物质能源。沼气含有60%左右的甲烷和40%左右的二氧化碳、硫化氢和水等少量杂质，因此，将沼气净化分离二氧化碳并将其收集净化，从而提高沼气中甲烷纯度以提高其热值，实现沼气的高品质利用；同时，还可以将分离出来的二氧化碳气体通过提纯，净化富集供工业使用。这不仅对可再生的清洁生物质能源的利用、而且对改善生态环境都具有重要的战略意义，在世界上受到了越来越多的关注。但是，有研究表明在厌氧消化过程中，沼气池内的发酵温度是影响沼气产生和产气率高低的关键因素。厌氧发酵的最适合温度是在中温 38°C )或高温(46°C 600C )阶段，并且不同发酵物质的最适宜的发酵温度不同，沼气的产量会随着季节和温度的变化而有较大变化。因此，必须寻求一种适合随沼气产量变化的沼气净化综合利用技术， 在分离沼气中二氧化碳的同时制取高纯度二氧化碳的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是运用变频变压吸附技术分离和提纯沼气中的二氧化碳气体及其它杂质，应用变频变压技术实现压力和流量的高精度控制，不会因沼气产量和压力等参数的变化而发生变化，从而使沼气中二氧化碳的利用率高达99%以上。本发明以如下技术方案解决上述技术问题一种变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，从沼气池出来的沼气，经气、水分离及沼气压缩机压缩后进入缓冲罐，再勻速地从变压吸附系统的吸附塔底部进入变压吸附系统，进行变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳，实现节能、高效、安全、稳定制取所需的气体，其特征是在气、水分离器和缓冲罐之间有压力、流量传感器及带变频器的可变频的沼气压缩机。
所述传感器把脱水后的沼气压力和流量的相关参数传输给变频沼气压缩机的变频器，然后变频器通过调节压缩机的电机从而调整压缩机的流量、转速和功率及相关参数达到与沼气压力和流量的参数相匹配，达到确保压缩机组始终运行在效率的最佳工作范围内，提高能源效率的利用，达到节能的目的；同时，也使后续的变压吸附系统在基本稳定的工况下正常工作。所述变频沼气压缩机的变频器具有防爆功能。所述变频器是高性能矢量控制变频器或电压型变频器或脉宽调制变频器或U/f 控制变频器或转差频率控制变频器。所述变频器的输出频率为30Hz 130Hz，输出电压140V ^0V。所述变频沼气压缩机的排气压力0. 5MPa 1. 5MPa，排气温度25°C 45°C。在本发明中，沼气压缩机通过调频器自动调节压缩机组中电机的转速和功率，使之与脱水后的沼气压力和流量相匹配，进而维持吸附塔在基本稳定的工况下工作。运用变频技术的优点在于实现压力和流量的高精度控制，有利于减少开停机压力损失和流量波动过大，有利于减少沼气压缩机组频繁开停和长时间工作在低效率工况下的现象，同时避免相关设备产生较大的振动、噪声以及冲击电流和电压波动等情况，确保压缩机组的流量和压力与负荷匹配，且在低速、低压比条件下，具有良好的运行工况，使能源利用效率大大提高，最终获得高净度、高热值的沼气和高纯度的二氧化碳。本方法能使沼气压缩机始终运行在效率的最佳工作范围内，具有广阔的应用推广前景。将变频技术用于沼气变压吸附系统中脱碳、脱硫，目前国内外还没有相关报道。
图1是变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法流程图。图中1-气、水分离器 2-压力、流量传感器 3-变频压缩机 4——缓冲罐5-变压吸附系统
具体实施例方式沼气随季节、环境、温度以及物料投入量的变化，其产气量和气压会发生相应变化。针对沼气产气量和气压不稳定的特点，采用变频变压吸附技术分离和提纯沼气中的二氧化碳气体及其它杂质，达到减少沼气压缩机的振动和噪音，确保压缩机在高效工况下工作，从而提高沼气中甲烷的浓度来提高其热值，实现沼气的综合和高品质利用的目的。本发明的技术方案是在申请人的另一发明专利《变压吸附分离和提纯沼气中二氧化碳的方法》(申请号为20111(^95013. 2)的基础上，将沼气压缩机改换为变频沼气压缩机，进一步完善该变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳的流程，也进一步提高能源效率的利用，达到更进一步节能的目的。本发明的技术方案流程是从沼气池出来的沼气，经气、水分离及沼气压缩机压缩后进入缓冲罐，再勻速地从变压吸附系统的吸附塔底部进入变压吸附系统，进行变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳。沼气压缩机电机上的变频器具有防爆功能。变频器可以是高性能矢量控制变频器或电压型变频器或脉宽调制(PWM)变频器或U/f控制变频器或转差频率控制变频器。变频器的输出频率为30Hz 130Hz，输出电压140V ^0V。变频沼气压缩机的排气压力0. 5MPa 1. 5MPa,排气温度25°C 45°C。以下结合附图和实施例对本发明进一步说明实施例1 如图1所示，将从沼气池出来的含甲烷62%，含二氧化碳为31%，处理量为 100Nm7h，压力为0. 06MPa 0. 09MPa (进入变频沼气压缩机前通过压力调节阀调至0. IMPa 左右)的沼气通过气、水分离器1除去游离水，再经过变频沼气压缩机3的压缩，变频沼气压缩机由检测沼气流量和压力的传感器2控制，变频沼气压缩机3自动调节其流量和压力， 使之与脱水后的沼气压力和流量1.67m7min相匹配，变频沼气压缩机的进气温度19.5°C， 排气压力0. 9 1. 2MPa，排气温度35°C 37°C，再进入缓冲罐4，然后勻速地从吸附塔底部进入变压吸附系统5，进行变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳。最后，得到沼气的净化度为 98.5%, 二氧化碳的纯度为99. 3%。实施例2 将从沼气池出来的含甲烷62%，含二氧化碳为33%，处理量为500Nm3/h，压力为 0. IOMPa 0. 18MPa (进入变频沼气压缩机前通过压力调节阀调至0. IMPa左右)的沼气通过气、水分离器1除去游离水，再经过变频沼气压缩机3压缩，变频沼气压缩机自动调节其流量和压力与脱水后的沼气压力和流量8. 3%i7min相匹配，变频沼气压缩机的进气温度 ^°C，排气压力1. 3MPa 1. 5MPa，温度42°C 43°C，再进入缓冲罐4，然后勻速地从吸附塔底部进入变压吸附系统5，进行变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳。最后，到沼气的净化度为98. 7%，二氧化碳的纯度为99. 5%。实施例3 将从沼气池出来的含甲烷62%，含二氧化碳为33%，处理量为50Nm3/h，压力为 0. 03MPa 0. 07MPa (进入变频沼气压缩机前通过压力调节阀调至0. IMPa左右)的沼气通过气、水分离器1除去游离水，再经过变频沼气压缩机3压缩，变频沼气压缩机自动调节其流量和压力与脱水后的沼气压力和流量0. 84m7min相匹配，变频沼气压缩机的进气温度 8. 9°C，排气压力0. 5MPa 0. 7MPa，温度25 V 27°C，再进入缓冲罐4，然后勻速地从吸附塔底部进入变压吸附系统5，进行变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳。最后，得到沼气的净化度为98. 1 %，二氧化碳的纯度为99. 1 %。
权利要求
1.一种变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，从沼气池出来的沼气，经气、 水分离及沼气压缩机压缩后进入缓冲罐，再勻速地从变压吸附系统的吸附塔底部进入变压吸附系统，进行变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳，实现节能、高效、安全、稳定制取所需的气体，其特征是在气、水分离器和缓冲罐之间有压力、流量传感器及带变频器的可变频的沼气压缩机。
2.如权利要求1所述的变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，其特征是所述传感器把脱水后的沼气压力和流量的相关参数传输给变频沼气压缩机的变频器，然后变频器通过调节压缩机的电机调整压缩机的流量、转速和功率及相关参数达到与沼气压力和流量的参数相匹配，达到确保压缩机组始终运行在效率的最佳工作范围内，提高能源效率的利用，达到节能的目的；同时也使后续的变压吸附系统在基本稳定的工况下正常工作。
3.如权利要求2所述的变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，其特征是变频沼气压缩机的变频器具有防爆功能。
4.如权利要求3所述的变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，其特征是所述变频器是高性能矢量控制变频器或电压型变频器或脉宽调制变频器或U/f控制变频器或转差频率控制变频器。
5.如权利要求3或4所述的变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，其特征是所述变频器的输出频率为30Hz 130Hz，输出电压140V ^0V。
6.如权利要求1所述的变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，其特征是所述变频沼气压缩机的排气压力0. 5MPa 1. 5MPa，排气温度25°C 45°C。
全文摘要
一种变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，从沼气池出来的沼气，经气、水分离及沼气压缩机压缩后进入缓冲罐，再匀速地从变压吸附系统的吸附塔底部进入变压吸附系统，进行变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳。本发明具有利用变频技术通过调节压缩机的电机从而调整压缩机的流量、转速和功率及相关参数与沼气压力和流量的参数相匹配，确保压缩机在沼气压力和流量较低情况下，具有良好的运行工况，提高能源的利用效率，达到节能的目的，最终获得高净度、高热值的沼气和高纯度的二氧化碳。
文档编号C10L3/10GK102380286SQ201110385290
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者卢朝霞, 卢誉远, 唐兴中, 曹传东, 李宏君, 杨茂立, 林应强, 田宗义, 童张法, 粟满荣, 莫宇飞, 蓝明新, 谢云果, 黄孝平, 黄福川 申请人:广西大学