专利名称：分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉环保和再生能源利用的领域。特别涉及一种从垃圾填埋、有机废物厌氧消化(处理)等过程中产生的沼气中分离甲烷和二氧化碳的装置。
背景技术：
垃圾填埋、有机废物厌氧消化过程中可以产生大量的沼气。沼气的主要成分为甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，而且不同底物产生的沼气中的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的含量略有不同。如城市生活垃圾填埋场产生的沼气中甲烷(CH4)约占50% 60%，二氧化碳 (CO2)约占3 40% ；高浓度有机废水产生的沼气中甲烷(CH4)含量较高，约占60% 78%， 二氧化碳(CO2)约占18% 35%。由于沼气是一种低热值的气体，大都被直接排放，也有的被收集后，利用火炬形式燃烧排放，有的收集起来供自己烧水做饭，少量的进行发电，但是发电量不稳，一般不予入网。由此可见，天然的沼气使用范围极其有限，且效率低。二氧化碳(CO2)是一种重要的化工原料，从能源利用的角度出发，能够将二氧化碳(CO2)从沼气中分离出来，具有一举两得的效果。因此，有效的分离沼气中的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2),使其成为可持续利用的二次能源，是值得关注、重视和探讨研究的问题。
发明内容本实用新型针对上述背景，提供了一种从沼气中分离甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2) 的装置。本实用新型具有能耗低、处理效率高、方便拆卸清洗及运行稳定的特点。本实用新型主要由脱碳系统、闪蒸系统和吸附剂再生系统组成。更进一步所述，脱碳系统包括脱碳塔、单向阀、三通、增压机、换热器、1号球阀、沼气流量计、脱碳塔安全阀和1号压力表。更进一步所述，脱碳塔的底部焊接有脱碳塔进气口，下部的一侧焊接有脱碳塔出液口，在不同高度焊接有填料进出口，顶部一侧焊接有脱碳塔安全阀，另一侧焊接有高闪气出口，顶部的中心位置焊接有短管II，内部设有布气板和喷头。更进一步所述，脱碳塔中的布气板为3层，但不限于3层，可以是4层、5层等。 布气板表面均勻的布满1. 5mm的小孔，布气板上装有高度为30cm、直径为10 — 15mm的多孔径陶粒。填料进出口用带外丝的管盖密封连接。支撑管通过焊接方式将布气板固定在脱碳塔内。更进一步所述，闪蒸系统由高闪槽和低闪槽组成。更进一步所述，高闪槽包括高闪槽进液口、溢流板、高闪槽出气口、高闪槽出液口、 高闪槽安全阀、2号压力表和稳压阀。更进一步所述，低闪槽包括2号减压阀、3号压力表、二氧化碳稳压阀、低闪槽安全阀和5号球阀。[0013]更进一步所述，吸附剂再生系统包括再生塔、风机、吸附剂罐、吸附剂流量计、预处理装置、冷却器和高压泵。更进一步所述，脱碳塔、高闪槽和低闪槽的材质为不锈钢，通过焊接方式进行密封。
图1为本实用新型的主视示意图。图2为图1中的脱碳塔剖面图。图3为图1中的高闪槽剖面图。图中1、单向阀，2、三通，3、增压机，4、换热器，5、1号球阀，6、沼气流量计，7、脱碳塔， 7. 1、脱碳塔进气口，7. 2、脱碳塔出液口，7. 3、垫片，7. 4、布气板，7. 5、填料进出口，7. 6、支撑管，7. 7、喷头，7. 8、高闪气出口，7. 9、短管I，7. 10、短管II，8、脱碳塔安全阀，9、1号压力表，10、2号球阀，11、甲烷储气瓶，12、3号球阀，13、1号减压阀，14、高闪槽，14. 1、高闪槽进液口，14. 2、溢流板，14. 3、高闪槽出气口，14. 4高闪槽出液口，15、高闪槽安全阀，16、2号压力表，17、稳压阀，18、4号球阀，19、2号减压阀，20、3号压力表，21、低闪槽，22、二氧化碳稳压阀，23、低闪槽安全阀3，M、5号球阀，25、再生塔，26、风机，27、6号球阀，28、空气流量计， 29、预处理装置，30、吸附剂罐，31、冷却器、32、高压泵，33、7号球阀，34、吸附剂流量计，35、 快速接头，36、解析气出口。
具体实施方式
参见图1、图2、图3，本实用新型由脱碳系统、闪蒸系统和吸附剂再生系统组成。脱碳系统包括单向阀1、三通2、增压机3、换热器4、1号球阀5、沼气流量计6、脱碳塔7、脱碳塔安全阀8和1号压力表9。脱碳系统的脱碳塔7包括脱碳塔进气口 7. 1、脱碳塔出液口 7. 2、垫片7. 3、布气板 7. 4、填料进出口 7. 5、支撑管7. 6、喷头7. 7、高闪气出口 7. 8、短管I 7. 9、短管II 7. 10和脱
碳塔安全阀8。脱碳塔7的底部焊接有脱碳塔进气口 7. 1，下部的一侧焊接有脱碳塔出液口 7. 2， 在脱碳塔7的不同高度焊接有填料进出口 7. 5，顶部一侧焊接有脱碳塔安全阀8，另一侧焊接有高闪气出口 7. 8，顶部的中心位置焊接有短管117. 10，内部设有布气板7. 4和喷头7. 7。脱碳塔7内部的布气板7. 4在本方案中设有3层，但不限于3层，可以是4层、5层等。布气板7. 4表面均勻的布满1. 5mm的小孔，布气板7. 4上布有高度为30cm、直径为10— 15mm的多孔径陶粒。陶粒通过填料进出口 7. 5放于布气板7. 4上。待填料装入后，用带外丝的管盖，通过旋转紧固与填料进出口 7. 5密封连接。支撑管7. 6通过焊接方式将布气板 7. 4按一定间距固定在脱碳塔内。垫片7. 3垫在支撑管7. 6和布气板7. 4之间，用于缓冲支撑管7. 6和布气板7. 4之间的压力。为了方便喷头7. 7的拆卸与清洗，脱碳塔7顶部中心焊接有带内丝的短管II 7. 10。带外丝的中空短管I 7.9通过旋转，从短管II 7. 10的顶端旋入，其中，短管I 7.9 的顶部五分之一部分没有外丝，用来确定短管I 7. 9的旋入高度，通过旋紧使脱碳塔顶部密封。短管I 7. 9的底端设有内丝，用来与喷头7. 7连接。短管II 7. 10通过快速接头35 和外部管道进行连接，快速接头35通过焊接和外部管道进行连接。脱碳系统的主要作用是利用吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液吸附沼气中的二氧化碳，分离出甲烷。脱碳塔7的压力控制在2. 5MPa。当脱碳塔7内的压力高于2. 5 MPa, 达到4. 5MPa时，脱碳塔安全阀8自动开启泄压。闪蒸系统由高闪槽14和低闪槽21组成。高闪槽14包括高闪槽进液口 14. 1、溢流板14. 2、高闪槽出气口 14. 3、高闪槽出液口 14. 4、高闪槽安全阀15、2号压力表16和稳压阀17。溢流板14. 2的溢流口为锯齿形。高闪槽14的主要作用是将吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液中吸附的少量的甲烷、氮气等气体从吸附剂中闪蒸出来。高闪槽14的工作压力为O.SMPii，由于吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液进入高闪槽14后压力从2. 5MPa骤然下降至0. 8MPa，溶解度相对较低的甲烷、氮气等气体即从从吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液中闪蒸出来，闪蒸出来的甲烷、氮气等气体称为高闪气，高闪气通过2号压力表16、稳压阀17和三通2返回到沼气管路中进行再次运行和分离，为了防止气体倒流，在三通2前安装了单向阀1。高闪槽14 的顶部设有高闪槽安全阀15，当运行压力超过0. SMPa达到1. 5MPa时，高闪槽安全阀15自动开启。低闪槽21包括2号减压阀19、3号压力表20、二氧化碳稳压阀22、低闪槽安全阀 23和5号球阀24。低闪槽21的作用是回收被吸附剂吸附的二氧化碳。低闪槽21的工作压力为 0. 05MPa。当低闪槽21的工作压力超过0. 05MPa，达到0. 15MPa时，低闪槽安全阀23自动开启。吸附剂再生系统包括再生塔25、风机沈、6号球阀27、空气流量计观、预处理装置四、吸附剂罐30、冷却器31和高压泵32。吸附剂再生系统的主要作用是利用空气将吸收液如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液中的微量的气体解析出来，使得吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液中的残余的各种微量气体的总含量降到0. 05% (体积比)以下，以此吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液得到再生， 然后返回到脱碳塔7中再次进行吸附二氧化碳。当吸附剂罐30内的吸附剂容积低于1/2 时，需要补充吸附剂。为了保证设备的承压性，脱碳塔7、高闪槽14和低闪槽25的材质为不锈钢，并通过
焊接方式进行密封。为了进一步说明本发明的实施方式，下面根据附图进行描述。经过预处理的沼气通过单向阀1，和通过三通2从高闪槽14送来的高闪气一同进入增压机3，增压机3将沼气增压至2. 5MPa后，通过管道进入换热器4，和从脱碳塔7送来的甲烷(CH4)气体进行换热，换热器4为管式换热器，增压后的沼气走管内，脱碳塔7送来的甲烷(CH4)走管外。沼气与甲烷(CH4)换热后，通过1号球阀5和沼气流量计6后，从脱碳塔7底部的脱碳塔进气口 7. 1进入脱碳塔7内，通过布气板7. 4和填料与从塔顶通过喷头7. 7往下喷淋的吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液充分接触，接触时间是100—800秒钟。沼气中的二氧化碳(CO2)及少量的甲烷(CH4)、氮气和硫化氢等气体被吸附剂吸附，而沼气中的甲烷(CH4)仍以气体留存，留存的甲烷(CH4)体积占气体总体积的98%以上，实现了甲烷(CH4)的分离。分离后的甲烷(CH4)由脱碳塔7顶部的高闪气出口 7. 8排出，通过1号压力表9测压和经换热器4换热后通过2号球阀10装入甲烷储气瓶11外运利用。吸附了二氧化碳及少量的甲烷、氮气等气体的吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液从脱碳塔7下部的脱碳塔出液口 7. 2流出，经过3号球阀12和1号减压阀13后进入到高闪槽14中进行高压闪蒸。高闪槽14的工作压力为O.SMPii，由于吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液进入高闪槽14后压力骤然下降至0. 8MPa，溶解度相对较低的甲烷、氮气等气体即从吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液中闪蒸出来。经过高压闪蒸出来的甲烷、氮气等气体称为高闪气，高闪气通过2号压力表16和稳压阀17后，经三通2和沼气混合后再次进行分离。高压闪蒸后的吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液通过溢流板14. 2从高闪槽出液口 14. 4流出，通过4号球阀18、2号减压阀19和3号压力表20，进入到低闪槽21中进行低压闪蒸。低闪槽21内的压力为0.05MPa，高闪后的吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液经2号减压阀19减压进入到低闪槽21后，由于压力骤然下降，二氧化碳气体从吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液中闪蒸出来，闪蒸出来的二氧化碳气体通过二氧化碳稳压阀22灌装到二氧化碳储气瓶中进行外运利用。经过低压闪蒸后的吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液通过5号球阀M进入再生塔25进行再生。吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液从再生塔25顶部自上向下喷淋， 风机沈将经过6号球阀27、空气流量计28，预处理装置四后，脱除水分和粉尘后的洁净干燥空气从再生塔25下部一侧的进气口鼓入。预处理装置四中装有活性碳和分子筛，主要吸附空气中的水分和颗粒物等。在空气的作用下，残余的微量气体如氮气等从吸附剂溶液中解析出来，解析气从再生塔25上部的解析气出口 36排出，使得吸附剂如聚乙二醇二甲醚 (NHD)溶液中的残余的各种微量气体的总含量降到0.05% (体积比)以下，吸附剂如聚乙二醇二甲醚(NHD)溶液得到了再生。再生液进入吸附剂罐30循环利用。吸附剂再生液由吸附剂罐30进入到冷却器31的列管中，冷却器31为列管式冷却器，用丙二醇压缩制冷。再生液通过冷却器31后被冷却至1一4°C后，经高压泵32，7号球阀33、吸附剂流量计34后送进脱碳塔7中，继续用于沼气中甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)的分离。
权利要求1.分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，由脱碳系统、闪蒸系统和吸附剂再生系统组成， 其特征在于脱碳系统包括脱碳塔、单向阀、三通、增压机、换热器、1号球阀、沼气流量计、 脱碳塔安全阀和1号压力表；闪蒸系统由高闪槽和低闪槽组成；吸附剂再生系统包括再生塔、风机、吸附剂罐、吸附剂流量计、预处理装置、冷却器和高压泵。
2.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于脱碳塔的底部焊接有脱碳塔进气口，下部的一侧焊接有脱碳塔出液口，在不同高度焊接有填料进出口，顶部一侧焊接有脱碳塔安全阀，另一侧焊接有高闪气出口，顶部的中心位置焊接有短管 II，内部设有布气板和喷头。
3.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于脱碳塔中的布气板为3层。
4.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于脱碳塔中的布气板为4层。
5.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于脱碳塔中的布气板为5层。
6.根据权利要求3所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于布气板表面均勻的布有1. 5mm的小孔。
7.根据权利要求3所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于布气板上装填有高度为30cm、直径为10 — 15mm的多孔径陶粒。
8.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于高闪槽包括高闪槽进液口、溢流板、高闪槽出气口、高闪槽出液口、高闪槽安全阀、2号压力表和稳压阀。
9.根据权利要求1所述的分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，其特征在于低闪槽包括2号减压阀、3号压力表、二氧化碳稳压阀、低闪槽安全阀和5号球阀。
专利摘要本实用新型涉及分离沼气中甲烷和二氧化碳的装置，主要由脱碳系统、闪蒸系统和吸附剂再生(净化)系统组成；脱碳系统包括脱碳塔、单向阀、三通、增压机、换热器、1号球阀、沼气流量计、脱碳塔安全阀和1号压力表；闪蒸系统由高闪槽和低闪槽组成；吸附剂再生(净化)系统包括再生塔、风机、吸附剂罐、吸附剂流量计、预处理装置、冷却器和高压泵。本实用新型具有能耗低、处理效率高、方便拆卸清洗及运行稳定等特点。
文档编号C10L3/10GK202175661SQ20112033264
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者丁雪梅, 于景成, 张有, 桑力维, 田丹, 田艺伟, 辛凯, 靳国良 申请人:北京昊业怡生科技有限公司