专利名称：一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，所属技术领域为生物质能源。它是对沼气分离纯化装置进行的结构与功能改进。它主要通过压力调节器5、91、92，可控温加热装置9和膜分离控制装置10的连接转换，从膜分离装置的不同出口获得不同浓度的甲烷与二氧化碳，以满足不同民用与工业用途需求。该装置整体也可以设置在可移动的撬板上，以备方便快捷使用。
背景技术：
沼气未经处理时的成分主要由50% 70%甲烧和30% 50%二氧化碳等气体组成，热值一般在20. 16MJ/m3 28. 98MJ/m3之间，能量密度低，长期以来只能作为民用能源使用。高纯度甲烷(99% 100% )的热值为38. 22MJ/m3，可作为石油替代品直接用作发动机燃料。若能从普通沼气与垃圾填埋气中获得高纯度甲烷，则可拓宽我国可再生能源沼气的应用领域，解决汽车燃油短缺等现实问题。若获得高纯度二氧化碳，则可用于工业领域。该装置将低碳理念和循环经济完美结合，考虑到不同纯度的甲烷和二氧化碳有不同的用途，通过设计的调控装置，可实现不同纯度的甲烷和二氧化碳的分离纯化。 本发明装置就是针对沼气纯化利用过程中，副产品二氧化碳不能有效进行利用而直接被排入大气这一不足之处，而提供一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，它主要是利用多个单元膜组件并联构成单元膜组块，膜组块间通过串联组成多级膜组块，再通过压力调节器、可控温加热装置和，对进入膜组件气体的压力、温度与流量进行控制，实现从膜分离器的不同出口获得沼气中甲烷与二氧化碳的不同纯度高品质分别分离纯化与回收的目的，它主要是由气体压缩系统、精密过滤系统、可控温加热装置、膜分离控制装置等部分组成，其主要技术特点是膜分离装置中的膜块分离组件可根据气体流量与气体回收率，进行多个单元膜组件的多级串联与并联，配以压力调节器和可控温加热装置和气体管路控制转换器，实现不同纯度的甲烷和二氧化碳的同步分离纯化。
发明内容
本发明设计目的是设计并提供一种沼气纯化处理关键部件装置，通过分级复合设计，利用多个单元膜组件并联构成单元膜组块，膜组块间通过串联组成多级膜组块，再通过压力调节器、可控温加热装置和气体管路控制转换器，对进入膜组件气体的压力、温度与流量进行控制，兼顾回收效率与分离效率，考虑多级渗余气与渗透气中甲烷和二氧化碳的百分含量适宜比，进行多级膜回流重脱工艺方案设计，实现沼气中甲烷与二氧化碳的不同纯度高品质分别分离纯化与回收。利用本装置可以将甲烷含量最高提高至98%，二氧化碳含量也可提高至95%以上。该装置整体也可以设置在可移动的撬板上，以备方便快捷使用。本发明用于大中型沼气工程、垃圾填埋气中甲烷与二氧化碳提纯用，具有如下的有益效果、优点和特点I、合理的单元膜组件并联与串联设计，可以满足不同气流量和不同气体回收纯度的需要。2、用此部件进行纯化前，气体只需要简单除杂、脱水、脱硫；3、可根据需要，进行不同纯度的甲烷与二氧化碳的分离与回收；4、可以实现甲烷高纯度回收用以做车用燃料；
5、清洁卫生，无环境污染。
图I :本发明装置的工作流程图；图2 :本发明装置的膜单元组件结构示意图；图3 :本发明装置的膜分离控制组件工作示意说明图。I压缩机2气水分离器3油雾分离器4气体缓冲罐5前压力调节器6流量计7精吸附器AS精吸附器B 9可控温加热装置10膜分离装置21 —级膜渗透气或渗余气出口 22二级膜渗透气出口 23 二级膜渗余气出口 24 —级膜渗余气或渗透气出口 25 —级膜渗余气或渗透气流量计26 二级膜渗透气流量计27 二级膜渗余气流量计28 —级膜渗余气或渗透 气流量计31 —级膜进气口取样器32 —级膜渗余气取样器33 —级膜渗透气取样器34 二级膜渗透气取样器35 二级膜渗余气取样器41 一级膜渗透气或渗余气进入二级膜入口或回流气管路换接器42 二级膜气体入口与一级膜成品气管路换接器43 —级膜渗透或渗余气回流与一级膜渗透或渗余产品气管路换接器44 二级膜渗透产品气与回流气管路换接器45 二级膜渗余产品气与回流气管路换接器51 —级模块组件中的第I个单元膜组件52 —级模块组件中的第2个单元膜组件5i —级模块组件中的第i个单元膜组件61 二级模块组件中的第I个单元膜组件62 二级模块组件中的第2个单元膜组件6i 二级模块组件中的第i个单元膜组件71原料气72净化原料气73 —级渗余气74 —级渗透气75 二级渗透气76 二级渗余气81 —级回流气单向止回阀82 二级渗透回流气单向止回阀83 二级渗余回流气单向止回阀91 一级膜渗透气压力调节器92 二级膜渗透气压力调节器
具体实施例方式处理沼气以500Nm3/hr，温度为45°C，压力为O. 8MPa为例，用该装置进行其中2种工况的物料平衡分析。I.若是该装置不使用二级膜块分离组件，只使用一级膜块分离组件，处理沼气以500Nm3/hr，温度为45°C，压力为O. 8MPa时，其中工况之一的一级分离物料平衡计算分析见表I，这时若是调节压力调节器5，可控温加热装9，使进入膜分离膜块组件的气体压力和温度发生改变，再配以压力调节器91和气体管路转换器41、43，则出气口 21、24中的气体73、74的组分浓度会相应改变。表I 一级膜分离沼气的物料平衡计算Tab. I The materiel balance computing of one level membrane separationbiogas
权利要求
1.一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，主要是由气体压缩系统、精密过滤系统、可控温加热装置9和膜分离控制装置10五个部分组成，其中气体压缩系统是由压缩机I、气水分离器2、油雾分离器3、气体缓冲罐4、前压力调节器5、流量计6组成；精密过滤系统由精密吸附器7和精密吸附器8组成；其特征是所有零部件及系统整体可设置在移动的撬块上。
2.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是所述的膜分离控制装置10中的单元膜组件，是根据客户的要求进行物料平衡计算和成本预算后，自行设计的适于该工况下的一个独立分离膜组件，不同的工况，膜组件的参数是不同的。
3.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是所述的膜分离控制装置10由二级膜块组件组成，每级膜块组件根据气体流量需要又由多个单元膜组件并联而成，各级膜块组件是串联而成。
4.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是所述的膜分离控制装置10，可根据实际处理气体量，在一级膜组块与二级膜组块内，进行单元膜组件的增加，而且支撑单元膜组件的框架长度与宽度随单元膜组件的数量可以设计成分段可调。
5.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是所述的膜分离控制装置10，是由四个出气口 一级渗余气与渗透气出口 21、24，二级渗透气出口 23、二级渗余气出口 24 ;四个流量计一级渗余气或渗透气流量计25、28，二级渗透气流量计26、二级渗余流量计27 ;五个取样器一级膜进气口取样器31、32、一级渗余气取样器33、二级渗透气取样器34、二级渗余气取样器35 ;四个管路换接器一级膜渗透气与渗余气进入二级膜入口或回流气管路换接器41、二级膜气体入口与一级成品气管路换接器42、一级渗透或渗余气回流与一级产品气管路换接器43、二级渗余气产品气与回流气管路换接器44 ;二个单向止回阀一级回流气单向止回阀81、二级回流气单向止回阀82和2个压力调节器一级膜渗透气压力调节器91、二级膜渗透气压力调节器92组成。
6.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是通过5、9、15、16、41、42、43、44，控制进气端气体的温度、压力和流量，控制出气端的气体纯度与流量，从而可获得不同纯度的甲烷与二氧化碳，以满足不同民用及工业需求。
7.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是只是一级膜块组件工作，73、74可以直接作为产品气，或者73作为产品气，74作回流气。
8.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是二级膜块组件都工作，73可以直接作为产品气，74作为二级膜原料气，则75、76可直接作为产品气，或者75直接作为产品气，76作为回流气。
9.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是二级膜块组件都工作，74可以直接作为产品气，73作为二级膜原料气，则75、76可直接作为产品气，或者76直接作为产品气，75作为回流气。
10.根据权利要求I所述的一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，其特征是原料沼气中氨的含量彡lOOppm。
全文摘要
本发明名称是一种同步分离纯化沼气中甲烷与二氧化碳的膜装置，所属技术领域为生物质能源。该装置是一种沼气纯化处理设备，其创新之处在于，利用多个单元膜组件并联构成单元膜组块，膜组块间通过串联组成多级膜组块，再通过压力调节器、可控温加热装置和气体管路控制转换装置，对进入膜组件气体的压力、温度与流量进行控制，实现沼气中甲烷与二氧化碳的不同纯度高品质分别分离纯化与回收。利用本装置可以将甲烷含量最高提高至98％，二氧化碳含量也可提高至95％以上。该装置整体也可以设置在可移动的撬板上，以备方便快捷使用。
文档编号B01D53/22GK102872684SQ201110366049
公开日2013年1月16日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者梁素钰, 刘滨凡, 田松岩, 刘铁男, 李二平, 王文帆, 其他发明人请求不公开姓名 申请人:黑龙江省森林工程与环境研究所