本实用新型涉及一种沼气精制纯化压缩灌装一体机。
背景技术：
中国沼气资源丰富，市场需求巨大。2005年，中国主要秸秆产量约6亿吨，有3亿吨农作物秸秆可作为能源使用，折合1.5亿吨标准煤。2010年，中国主要农作物秸秆产量达到7.8亿吨，其中约4亿吨可作为农业生物质能的原料；到2015年中国主要农作物秸秆产量达到9亿吨左右，其中约一半可作为农业生物质能的沼气原料。另外，中国城市垃圾和生活污水也潜藏着丰富的沼气资源。2020年，中国沼气开发量将达到270亿m3，是2000年的4倍之多，年增长率为9.1％，大大超过化石燃料(煤、油气)的增长速度，相当于2 122万吨标准煤量，也就是约3 000万吨原煤的数量。总之，中国沼气的开发和利用大有可为。
沼气是一种方便、清洁的混合气体燃料，可以直接燃烧，也可以深加工后作为内燃机的燃料。原始沼气因其能量密度低商业化应用受限，沼气成分不仅取决于发酵原料的种类及其相对含量，且随着发酵条件及发酵阶段的不同而变化。沼气按体积比主要由50％～70％甲烷(CH4)、30％～50％二氧化碳(CO2)、2％～3％水(H2O)和少量的硫化氢(H2S)、氮(N2)、氢(H2)、氧(O2)等气体组成。未经处理的原沼气其热值一般在20.16MJ/m3～28.98MJ/m3之间，能量密度低，品质参数很不稳定，长期以来只能作为民用能源使用。沼气中的H2S会腐蚀压缩机、气体储罐和发动机，使用含H2S的沼气作为燃料容易造成人H2S中毒，H2S燃烧产生SO2和SO3，造成环境危害更大，沼气中的水存在会导致水与H2S、CO2和NH3反应进而造成压缩机、气体储罐和发动机的腐蚀，导气管中如果积累了水会溶解H2S而腐蚀管道，沼气被加压储存时产生凝结水也会冻坏储气罐，沼气中的CO2是会降低沼气的能量密度；沼气中的氧气到达甲烷的爆炸极限水平，会对人的生命安全造成威胁。
技术实现要素：
本实用新型为了解决现有的原始沼气能量密度低、以及原始沼气中含有的二氧化碳、硫化氢、氧和水等杂质造成沼气的品质差、易损伤储存设备和管道的问题，提出一种沼气精制纯化压缩灌装一体机。
本实用新型沼气精制纯化压缩灌装一体机由电气控制箱、初级过滤器、第一缓冲罐、初级压缩机、第二缓冲罐、气水分离器、精制过滤器、活性炭过滤器、一级沼气膜组分离装置、二级沼气膜组分离装置、天然气级压缩机、排污汇总管和天然气储存罐构成；
所述初级过滤器、初级压缩机、气水分离器、精制过滤器、活性炭过滤器、一级沼气膜组分离装置、二级沼气膜组分离装置、天然气级压缩机、排污汇总管和天然气储存罐安装在撬装设备上；
所述初级过滤器设置有进气管道，进气管道上设置有进气阀门，初级过滤器的出气口与第一缓冲罐的进气口通过管道连通，第一缓冲罐的出气口与初级压缩机的进气口通过管道连通，初级压缩机的出气口与第二缓冲罐的进气口通过管道连通，第二缓冲罐的出气口与气水分离器的进气口通过管道连通，气水分离器的出气口与精制过滤器的进气口通过管道连通，精制过滤器的出气口与活性炭过滤器的进气口通过管道连通，活性炭过滤器的出气口与一级沼气膜组分离装置的进气口通过管道连通，一级沼气膜组分离装置的出气口与二级沼气膜组分离装置的进气口通过管道连通，二级沼气膜组分离装置的出气口与天然气级压缩机的进气口通过管道连通，天然气级压缩机的出气口与天然气储存罐的进气口通过管道连通；天然气储存罐底部设置有天然气储存罐安全放气管，天然气储存罐安全放气管上设置有放气阀；一级沼气膜组分离装置底部设置有余气口，二级沼气膜组分离装置的出气口与天然气级压缩机的进气口之间的管道上设置有气量调节阀；
所述初级过滤器的排污口上连接有排污管，初级过滤器的排污管与排污汇总管连通，初级过滤器的排污管上设置有手动排污阀；
所述第一缓冲罐的排污口上连接有排污管，第一缓冲罐的排污管与排污汇总管连通，第一缓冲罐的排污管上设置有手动排污阀；
所述初级压缩机的出气口与第二缓冲罐的进气口之间的管道上靠近初级压缩机的出气口一侧连接有初级压缩机排污管，初级压缩机排污管上设置有手动排污阀，初级压缩机排污管与排污汇总管连通；初级压缩机排污管上设置的手动排污阀与初级压缩机的出气口之间的初级压缩机排污管上连接有初级压缩机排污支管，初级压缩机排污支管与排污汇总管连通，初级压缩机排污支管上设置有排污电磁阀；
所述第二缓冲罐的排污口上连接有排污管，第二缓冲罐的排污管与排污汇总管连通，第二缓冲罐的排污管上设置有手动排污阀；
所述气水分离器的排污口上连接有排污管，气水分离器的排污管与排污汇总管连通，气水分离器的排污管上设置有自动定时排污电磁阀，气水分离器的排污口与气水分离器的之间的排污管上连接有排污支管，气水分离器的排污支管上设置有自动定时排污电磁阀；气水分离器的排污支管与排污汇总管连通；
所述精制过滤器的排污口上连接有排污管，精制过滤器的排污管与排污汇总管连通，精制过滤器的排污管上设置有手动排污阀，精制过滤器的排污口与的排污管上设置的手动排污阀之间的排污管上设置有排污支管，精制过滤器的排污支管与排污汇总管连通，精制过滤器的排污支管上设置有自动定时排污电磁阀；
所述活性炭过滤器的排污口上连接有排污管，活性炭过滤器的排污管与排污汇总管连通，活性炭过滤器的排污管上设置有手动排污阀；
所述天然气级压缩机的出气口与天然气储存罐的进气口之间的管道上依次设置有安全放气阀、超压保护继电器、高压球阀、沼气在线监测探头和止回阀，安全放气阀靠近天然气级压缩机的出气口设置，天然气级压缩机的出气口与天然气储存罐的进气口之间的管道上天然气级压缩机的出气口与安全放气阀之间连接有放空管，放空管上设置有放空污阀门，放空污阀门前端的放空管上连接有天然气级压缩机排污管，天然气级压缩机排污管与排污汇总管连通，天然气级压缩机排污管上设置有排污电磁阀；
所述第二缓冲罐上设置有压力表和温度表；一级沼气膜组分离装置上设置有压力表和温度表；二级沼气膜组分离装置上设置有压力表和温度表；安全放气阀和超压保护继电器之间的管道上设置有压力表，止回阀与天然气储存罐的进气口之间的管道上设置有压力表；
所述第二缓冲罐上设置的压力表和温度表、一级沼气膜组分离装置上设置的压力表和温度表、二级沼气膜组分离装置上设置的压力表和温度表、安全放气阀和超压保护继电器之间的管道上设置的压力表和止回阀与天然气储存罐的进气口之间的管道上设置的压力表的信号输出端分别与电气控制箱的信号输入端通过信号线连接；
所述超压保护继电器的信号输出端与电气控制箱的信号输入端通过信号线连接；
所述初级压缩机的控制器、天然气级压缩机的控制器、初级压缩机排污支管上设置的排污电磁阀、天然气级压缩机排污管上设置的排污电磁阀、气水分离器的排污口与气水分离器的之间的排污管上设置的自动定时排污电磁阀和精制过滤器的排污支管上设置的自动定时排污电磁阀的控制器的控制信号输入端分别与电气控制箱的控制器的控制信号输出端通过信号线连接；
所述沼气精制纯化压缩灌装一体机的工作电压为380伏；
所述第一缓冲罐的工作压力和第二缓冲罐的工作压力为1.5～2.0MPa；
所述一级沼气膜组分离装置的工作压力和二级沼气膜组分离装置的工作压力为0.4MPa～1.1MPa；
所述天然气储存罐的工作压力为15MPa～20MPa。
本实用新型一体机对原始沼气进行处理的过程为：
原始沼气由初级过滤器设置的进气管道进入本实用新型一体机，然后依次经过初级过滤器、第一缓冲罐、初级压缩机、第二缓冲罐、气水分离器、精制过滤器、活性炭过滤器、一级沼气膜组分离装置、二级沼气膜组分离装置和天然气级压缩机，最终在天然气储存罐储存；其中，原始沼气在初级过滤器去除沼气中大颗粒的尘土杂质和一部分水分，第一缓冲罐能够实现稳定气体压力，初级压缩机为后续提纯沼气提供所需压力，第二缓冲罐能够实现稳定气体压力，气水分离器分离沼气中的水分，精制过滤器作用是去除沼气中颗粒细小的尘土杂质和杂质气体，活性炭过滤器作用是去除沼气中的N2和H2S，一级沼气膜组分离装置作用是去除部分CO2，二级沼气膜组分离装置作用是去除沼气中剩余的CO2，二级沼气膜组分离装置的出气口与天然气级压缩机的进气口之间的管道上设置的气量调节阀的作用是调节进入天然气级压缩机的气体流量，天然气级压缩机的作用灌装前对精制后的沼气进行加压，沼气在线监测探头的作用是实时监测沼气纯度，一级沼气膜组分离装置底部设置有余气口的作用是排除沼气中分离的CO2；
初级过滤器的排污管、第一缓冲罐的排污管、初级压缩机排污管、第二缓冲罐的排污管、气水分离器的排污管、精制过滤器的排污管、活性炭过滤器的排污管和天然气级压缩机排污管用于排出沼气精制纯化压缩灌装一体机开机前或停机后残留气体；
本实用新型具备以下有益效果：
本实用新型装置对原始沼气进行脱水、除尘、脱硫和脱氮等前期处理后，再使原始沼气中的主要成分甲烷和二氧化碳分离并去除二氧化碳，然后富集并纯化至甲烷的体积百分含量达95％以上，再通过天然气级压缩机将纯化的沼气高压压缩灌装，可以应用在大中型沼气工程中对沼气的精制提纯；原始沼气主要由50％-70％CH4和30％-50％CO2组成，未经处理的原始沼气热值一般在20.16MJ/m3～28.98MJ/m3之间，能量密度低，品质参数不稳定，而原始沼气经本实用新型装置去杂、除尘、脱硫、脱水、脱氮、脱CO2等一系列净化纯化后得到精制沼气，精制沼气中CH4含量可提高至95％以上，热值即为纯CH4的热值的95％，约为34MJ/m3，精制沼气热值与天然气想当，能够满足车用发动机燃料对热值的要求，处理后的沼气燃烧后只有极少量的氮氧化合物产生，是一种环境友好型能源。
附图说明：
图1为本实用新型沼气精制纯化压缩灌装一体机的结构示意图。
具体实施方式：
本实用新型技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式沼气精制纯化压缩灌装一体机由电气控制箱1、初级过滤器2、第一缓冲罐3、初级压缩机4、第二缓冲罐5、气水分离器6、精制过滤器7、活性炭过滤器8、一级沼气膜组分离装置91、二级沼气膜组分离装置92、天然气级压缩机11、排污汇总管29和天然气储存罐17构成；
所述初级过滤器2、初级压缩机4、气水分离器6、精制过滤器7、活性炭过滤器8、一级沼气膜组分离装置91、二级沼气膜组分离装置92、天然气级压缩机11、排污汇总管29和天然气储存罐17安装在撬装设备上；
所述初级过滤器2设置有进气管道，进气管道上设置有进气阀门，初级过滤器2的出气口与第一缓冲罐3的进气口通过管道连通，第一缓冲罐3的出气口与初级压缩机4的进气口通过管道连通，初级压缩机4的出气口与第二缓冲罐5的进气口通过管道连通，第二缓冲罐5的出气口与气水分离器6的进气口通过管道连通，气水分离器6的出气口与精制过滤器7的进气口通过管道连通，精制过滤器7的出气口与活性炭过滤器8的进气口通过管道连通，活性炭过滤器8的出气口与一级沼气膜组分离装置91的进气口通过管道连通，一级沼气膜组分离装置91的出气口与二级沼气膜组分离装置92的进气口通过管道连通，二级沼气膜组分离装置92的出气口与天然气级压缩机11的进气口通过管道连通，天然气级压缩机11的出气口与天然气储存罐17的进气口通过管道连通；天然气储存罐17底部设置有天然气储存罐安全放气管，天然气储存罐安全放气管上设置有放气阀19；一级沼气膜组分离装置91底部设置有余气口31，二级沼气膜组分离装置92的出气口与天然气级压缩机11的进气口之间的管道上设置有气量调节阀10；
所述初级过滤器2的排污口上连接有排污管，初级过滤器2的排污管与排污汇总管29连通，初级过滤器2的排污管上设置有手动排污阀28；
所述第一缓冲罐3的排污口上连接有排污管，第一缓冲罐3的排污管与排污汇总管29连通，第一缓冲罐3的排污管上设置有手动排污阀28；
所述初级压缩机4的出气口与第二缓冲罐5的进气口之间的管道上靠近初级压缩机4的出气口一侧连接有初级压缩机排污管，初级压缩机排污管上设置有手动排污阀28，初级压缩机排污管与排污汇总管29连通；初级压缩机排污管上设置的手动排污阀28与初级压缩机4的出气口之间的初级压缩机排污管上连接有初级压缩机排污支管，初级压缩机排污支管与排污汇总管29连通，初级压缩机排污支管上设置有排污电磁阀24；
所述第二缓冲罐5的排污口上连接有排污管，第二缓冲罐5的排污管与排污汇总管29连通，第二缓冲罐5的排污管上设置有手动排污阀28；
所述气水分离器6的排污口上连接有排污管，气水分离器6的排污管与排污汇总管29连通，气水分离器6的排污管上设置有自动定时排污电磁阀30，气水分离器6的排污口与气水分离器6的之间的排污管上连接有排污支管，气水分离器6的排污支管上设置有自动定时排污电磁阀30；气水分离器6的排污支管与排污汇总管29连通；
所述精制过滤器7的排污口上连接有排污管，精制过滤器7的排污管与排污汇总管29连通，精制过滤器7的排污管上设置有手动排污阀28，精制过滤器7的排污口与的排污管上设置的手动排污阀28之间的排污管上设置有排污支管，精制过滤器7的排污支管与排污汇总管29连通，精制过滤器7的排污支管上设置有自动定时排污电磁阀30；
所述活性炭过滤器8的排污口上连接有排污管，活性炭过滤器8的排污管与排污汇总管29连通，活性炭过滤器8的排污管上设置有手动排污阀28；
所述天然气级压缩机11的出气口与天然气储存罐17的进气口之间的管道上依次设置有安全放气阀12、超压保护继电器16、高压球阀13、沼气在线监测探头14和止回阀15，安全放气阀12靠近天然气级压缩机11的出气口设置，天然气级压缩机11的出气口与天然气储存罐17的进气口之间的管道上天然气级压缩机11的出气口与安全放气阀12之间连接有放空管20，放空管20上设置有放空污阀门，放空污阀门前端的放空管20上连接有天然气级压缩机排污管，天然气级压缩机排污管与排污汇总管29连通，天然气级压缩机排污管上设置有排污电磁阀24；
所述第二缓冲罐5上设置有压力表和温度表；一级沼气膜组分离装置91上设置有压力表和温度表；二级沼气膜组分离装置92上设置有压力表和温度表；安全放气阀12和超压保护继电器16之间的管道上设置有压力表，止回阀15与天然气储存罐17的进气口之间的管道上设置有压力表；
所述第二缓冲罐5上设置的压力表和温度表、一级沼气膜组分离装置91上设置的压力表和温度表、二级沼气膜组分离装置92上设置的压力表和温度表、安全放气阀12和超压保护继电器16之间的管道上设置的压力表和止回阀15与天然气储存罐17的进气口之间的管道上设置的压力表的信号输出端分别与电气控制箱1的信号输入端通过信号线连接；
所述超压保护继电器16的信号输出端与电气控制箱1的信号输入端通过信号线连接；
所述初级压缩机4的控制器、天然气级压缩机11的控制器、初级压缩机排污支管上设置的排污电磁阀24、天然气级压缩机排污管上设置的排污电磁阀24、气水分离器6的排污口与气水分离器6的之间的排污管上设置的自动定时排污电磁阀30和精制过滤器7的排污支管上设置的自动定时排污电磁阀30的控制器的控制信号输入端分别与电气控制箱1的控制器的控制信号输出端通过信号线连接。
本实施方式具备以下有益效果：
本实施方式装置对原始沼气进行脱水、除尘、脱硫和脱氮等前期处理后，再使原始沼气中的主要成分甲烷和二氧化碳分离并去除二氧化碳，然后富集并纯化至甲烷的体积百分含量达95％以上，再通过天然气级压缩机将纯化的沼气高压压缩灌装，可以应用在大中型沼气工程中对沼气的精制提纯；原始沼气主要由50％-70％CH4和30％-50％CO2组成，未经处理的原始沼气热值一般在20.16MJ/m3～28.98MJ/m3之间，能量密度低，品质参数不稳定，而原始沼气经本实施方式装置去杂、除尘、脱硫、脱水、脱氮、脱CO2等一系列净化纯化后得到精制沼气，精制沼气中CH4含量可提高至95％以上，热值即为纯CH4的热值的95％，约为34MJ/m3，精制沼气热值与天然气想当，能够满足车用发动机燃料对热值的要求，处理后的沼气燃烧后只有极少量的氮氧化合物产生，是一种环境友好型能源。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述沼气精制纯化压缩灌装一体机的工作电压为380伏。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述第一缓冲罐3的工作压力和第二缓冲罐5的工作压力为1.5～2.0MPa。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述一级沼气膜组分离装置91的工作压力和二级沼气膜组分离装置92的工作压力为0.4MPa～1.1MPa。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述天然气储存罐17的工作压力为15MPa～20MPa。其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。