一种沼气提纯系统的制作方法

本实用新型属于可再生能源利用领域，特别是一种将沼气提纯至车用天然气的沼气提纯系统。

背景技术：

目前，利用厌氧消化处理技术处理城市有机垃圾在国内外有着比较广阔的应用，特别是在欧洲，用厌氧消化的方法处理有机垃圾得到较大的发展，在日本和韩国，厌氧消化处理餐厨垃圾也得到了较快的发展。城市有机垃圾通过厌氧分解产生沼气，获得可再生的能源，实现有机废物的资源化。

沼气的主要成分是甲烷(50％～70％)和二氧化碳(25～45％)，其余为少量的氮气、硫化氢、氨气、VOCs以及水蒸气，经净化提纯后可以得到满足国家标准的车用压缩天然气(GB18047-2000)，可替代常规天然气作为车载天然气使用，然而，目前我国国内的沼气热值及纯度低，提纯工作尚未大范围开展，沼气仅作为农村灶具燃料使用，用途少，使用价值低，即便有沼气提纯，也只是简单的提纯装置，提纯后的沼气难于满足国家标准。

技术实现要素：

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种沼气提纯至车用天然气的沼气提纯系统。

本实用新型的技术解决方案是：一种沼气提纯系统，包括：依次连接的罗茨风机，一级过滤器，缓冲罐，加压泵，水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置，一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组，天然气储罐，CNG压缩机，储气装置；所述罗茨风机的入口与厌氧反应罐的出口连接；所述储气装置与加气机和/或加气柱连接。

进一步的，所述二氧化碳热泵包括循环依次连接的二氧化碳压缩机，冷凝器，膨胀阀和回热器。

进一步的，所述的系统包括换热器，所述二氧化碳热泵的二氧化碳工质与一级加热器和二级加热器的冷却回水通过所述换热器换热。

进一步的，所述一级过滤器为颗粒过滤器，所述二级过滤器为聚结式过滤器，所述三级过滤器为吸水过滤器，所述四级过滤器和五级过滤器均为油水分离过滤器。

进一步的，所述一级压缩机和二级压缩机均为沼气压缩机。

进一步的，所述一级膜组和二级膜组均为CH₄/CO₂分离膜。

进一步的，所述CNG压缩机和储气装置之间的管道上设置有加臭机。

进一步的，所述系统包括第一CO₂储气罐和第二CO₂储气罐，所述一级膜组的CH₄渗透出口和CO₂渗透出口分别与二级加热器的入口和第一CO₂储气罐入口连通，所述二级膜组的CH₄渗透出口和CO₂渗透出口分别与天然气储罐的入口和第二CO₂储气罐入口连通。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

通过在系统中设置的脱硫装置、气水分离器、沼气压缩机、冷干机、一级膜组、二级膜组、沼气压缩机等装置配合依次对沼气进行处理，保证了处理后最终输出的气体中的高位发热值、总硫、H₂S、CO₂、O₂、水露点等指标达到车用燃气的标准。实现了以较低的投资及运行成本、较简单的控制对沼气进行净化提纯处理，使处理后的输出气体满足了车用燃气标准要求。

附图说明

图1为本实用新型的沼气提纯系统的示意图。

图2为本实用新型的沼气提纯系统的二氧化碳热泵的示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种沼气提纯系统，包括：依次连接的罗茨风机，颗粒过滤器，缓冲罐，加压泵，水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置，一级压缩机，冷冻式干燥机，聚结式过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，吸水过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组，天然气储罐，CNG压缩机，储气装置；所述罗茨风机的入口与厌氧反应罐的出口连接；所述储气装置与加气机和/或加气柱连接。

其中，罗茨风机：用于抽出厌氧反应罐的沼气；颗粒过滤器：用于去除沼气中的颗粒物；缓冲罐：用于对沼气进行缓冲；加压泵：用于将缓冲罐出口的沼气加压，完成后续提纯工艺；水洗塔：用于初步吸收沼气中的二氧化碳、硫化氢等杂质；气水分离器：用于对沼气脱水；脱硫装置：用于进一步去除沼气中的硫化物；阻火器：用于防治火焰在管道中的逆向传播；脱碳装置：用于进一步去除沼气中的碳化物；脱卤化氢装置：用于去除沼气中的卤化氢；脱氮氧装置：用于去除沼气中的氮氧化物；一级压缩机：用于提高气体压力，完成后续提纯工艺；冷冻式干燥机：用于进一步对气体脱水；二级过滤器：用于对气体进行脱油、脱水；二级压缩机：用于提高气体压力，完成后续提纯工艺；二氧化碳热泵：用于冷却二级压缩机出口的气体，实现进一步脱水；三级过滤器：进一步吸收气体内的水分；一级加热器：提高气体温度和压力，以备后续的脱油工序；四级过滤器：进一步对气体进行脱油；一级膜组：进一步去除气体中的二氧化碳；二级加热器：用于提高气体温度和压力，以备后续进一步的脱油工序；五级过滤器：实现对气体的脱油；二级膜组：实现气体中二氧化碳的去除；天然气储罐：存储提纯后的天然气；CNG压缩机：对天然气进行加压，便于存储；储气装置；用于天然气的存储。

优选的，所述二氧化碳热泵包括循环依次连接的二氧化碳压缩机，冷凝器，膨胀阀和回热器。

优选的，所述沼气提纯系统包括换热器，所述二氧化碳热泵的二氧化碳工质与一级加热器和二级加热器的冷却回水通过所述换热器换热，通过设置换热器，实现二氧化碳热泵的二氧化碳工质与一级加热器和二级加热器的冷却回水的换热，充分利用了二级压缩机出口气体的问题，节省了能源。

优选的，所述四级过滤器和五级过滤器均为油水分离过滤器。

优选的，所述一级压缩机和二级压缩机均为沼气压缩机。

优选的，所述一级膜组和二级膜组均为CH₄/CO₂分离膜。

优选的，所述CNG压缩机和储气装置之间的管道上设置有加臭机。

优选的，所述沼气提纯系统包括第一CO₂储气罐和第二CO₂储气罐，所述一级膜组的CH₄渗透出口和CO₂渗透出口分别与二级加热器的入口和第一CO₂储气罐入口连通，所述二级膜组的CH₄渗透出口和CO₂渗透出口分别与天然气储罐的入口和第二CO₂储气罐入口连通，通过设置第一CO₂储气罐和第二CO₂，实现了CO₂的收集，既避免了CO₂排入大气增加温室效应，又实现了废气收集再利用。

优选的，所述储气装置后连接加气机和/或加气柱，以便对实现对天然气营运车辆加气和/或为CNG槽车注气。

使用本实用新型的沼气提纯系统处理提纯沼气时，沼气被罗茨风机从厌氧反应罐中抽出后，经过颗粒过滤器滤掉颗粒物后进入缓冲罐缓冲，沼气从缓冲罐出口通过加压泵加压后依次经过水洗塔，气水分离器，脱硫装置，阻火器，脱碳装置，脱卤化氢装置，脱氮氧装置实现碳化物、硫化物、卤化氢等杂质的去除；去除相关杂质的气体依次通过一级压缩机，冷冻式干燥机，二级过滤器，二级压缩机，二氧化碳热泵，三级过滤器，一级加热器，四级过滤器，一级膜组，二级加热器，五级过滤器，二级膜组实现脱水和脱二氧化碳后进入天然气储罐，天然气储罐出口的天然气通过CNG压缩机高压压缩并通过加臭机注入臭气后进入储气装置以供天然气营运车辆加气和/或为CNG槽车注气。

在此过程中，一级膜组和二级膜组析出的二氧化碳进入二氧化碳储气罐中存储。

本实用新型的沼气提纯系统的二氧化碳热泵的工作流程如下：经二氧化碳压缩机压缩后的高温高压二氧化碳进入冷凝器换热后形成低温高压二氧化碳；所述低温高压二氧化碳经过所述膨胀阀形成低温低压二氧化碳，所述低温低压二氧化碳进入回热器换热，形成高温低压二氧化碳，所述高温低压二氧化碳进入二氧化碳压缩机，形成高温高压二氧化碳，二级压缩机出口的气体经过二氧化碳热泵的回热器与低温二氧化碳换热实现降温，以便液态水的析出，所述冷凝器与所述换热器连通，实现低温高温二氧化碳与一级加热器和二级加热器的冷却回水换热。

本实用新型说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。