一种内外能源兼顾且能源利用率高的沼气水洗提纯系统的制作方法

本发明属于沼气水洗提纯技术领域，具体涉及一种内外能源兼顾且能源利用率高的沼气水洗提纯系统。

背景技术：

沼气提纯为生物天然气，可提供一种清洁的绿色能源，在西欧（德国、丹麦、瑞典等）国家的能源总量占比10%左右。近年来，我国也频出政策推动生物天然气产业化，今年6月发布的《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》提出要实施生物天然气工程，今年7月国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》也提出，在具备资源条件的地方鼓励发展生物天然气。而发展生物天然气所涉及的沼气提纯技术，如加压水洗法、化学吸收法和变压吸附法等技术已实现商业化利用，其中加压水洗法由于具有高甲烷纯度、高甲烷回收率、工艺技术成熟等优势得到广泛使用。

现有的加压水洗法沼气提纯循环水系统的工艺流程如图1所示：任一管道内流体的输送方向定义为前，以下方向描述均遵从此定义；所述沼气水洗提纯系统包括沼气压缩机10、吸收塔20、一级解析塔30和二级解析塔40；

所述沼气压缩机10和吸收塔20之间设有沼气输送管道且沼气输送管道连通至吸收塔的20下部；

所述吸收塔20和一级解析塔30之间通过用于输送工艺水的第一工艺水管道相连通，且第一工艺水管道的后端连通至吸收塔20的下部、前端连通至一级解析塔30的上部；

所述一级解析塔30和二级解析塔40之间通过用于输送工艺水的第二工艺水管道相连通，且第二工艺水管道的后端连通至一级解析塔30的下部、前端连通至二级解析塔40的上部；

所述二级解析塔40的底部设有用于输送工艺水的第三工艺水管道，第三工艺水管道的后端连通至二级解析塔40的底部、前端连通至吸收塔20的上部，且第三工艺水管道内的工艺水经冷却后由泵50输送至吸收塔20的上部继续循环利用。

其中，沼气压缩机的能耗占整个水洗提纯系统能耗的50%以上，压缩功转换为热能后未得到利用，直接通过冷却水冷却。而与此同时，为保持沼气池的高效产气，需采取升温保温措施维持沼气池温度，目前多采用太阳能热水器水循环加热、锅炉水循环升温及电加热膜增温等技术。但这些升温保温措施均需要额外的设备投入和/或能源消耗，增加了企业生产成本，且沼气压缩机的能耗直接释放也不符合国家节能减排的政策要求。

技术实现要素：

本发明针对现有的沼气水洗提纯系统存在能耗高，能源利用率低的问题，提供一种内外能源兼顾且能源利用率高的沼气水洗提纯系统，不仅将系统内部的能耗充分利用，解决了多种问题，也巧妙了利用了外界的能量，内外能源兼用，且能源利用率高。

本发明采用如下技术方案：

一种内外能源兼顾且能源利用率高的沼气水洗提纯系统，任一管道内流体的输送方向定义为前，以下方向描述均遵从此定义；所述沼气水洗提纯系统包括沼气压缩机、吸收塔、一级解析塔和二级解析塔；

所述沼气压缩机和吸收塔之间设有沼气输送管道且沼气输送管道连通至吸收塔的下部；

所述吸收塔和一级解析塔之间通过用于输送工艺水的第一工艺水管道相连通，且第一工艺水管道的后端连通至吸收塔的下部、前端连通至一级解析塔的上部；

所述一级解析塔和二级解析塔之间通过用于输送工艺水的第二工艺水管道相连通，且第二工艺水管道的后端连通至一级解析塔的下部、前端连通至二级解析塔的上部；

所述二级解析塔的底部设有用于输送工艺水的第三工艺水管道，第三工艺水管道的后端连通至二级解析塔的底部、前端连通至吸收塔的上部，且第三工艺水管道内的工艺水经冷却后输送至吸收塔的上部继续循环利用；

所述沼气水洗提纯系统还包括集热单元，所述集热单元包括集热管道，所述集热管道的前端和后端均连通至沼气压缩机，且集热管道上依次串联有热水箱和换热器，所述换热器还连通有沼液循环管道，且所述沼液循环管道与集热管道在换热器内进行换热；

所述沼气水洗提纯系统还包括用于盛装冷却水的集水池，所述集水池设有用于输出冷却水的第一冷却水管道和用于输入余热水的余热水管道，所述第一冷却水管道的后端连通至集水池、前端连通至热水箱，所述余热水管道的后端连通至热水箱、前端连通至集水池，第一冷却水管道和余热水管道上均分别设有截止阀V12和V11。

优选地，所述第三工艺水管道设有水冷单元，所述水冷单元包括冷却塔和冷水机组，所述冷却塔位于集水池的上方且冷却塔与集水池相连通，所述集水池还设有用于循环冷却水的第二冷却水管道，第二冷却水管道的后端连通至集水池、前端连通至冷却塔的顶部；

所述二级解析塔还设有用于循环冷却工艺水的第四工艺水管道，所述第四工艺水管道的后端和前端均连通至二级解析塔的下部，第四工艺水管道的后端的连通位置低于前端的连通位置；

所述第二冷却水管道和第四工艺水管道分别经过所述冷水机组且第四工艺水管道和第二冷却水管道在冷水机组内进行换热。

优选地，所述第三工艺水管道还设有空冷单元，所述空冷单元包括第五工艺水管道和第六工艺水管道，所述第五工艺水管道和第六工艺水管道分别作为分支管道且从后至前连通至第三工艺水管道上，所述第五工艺水管道的后端连通至第三工艺水管道、前端连通至冷却塔的顶部，所述第六工艺水管道的后端连通至集水池、前端连通至第三工艺水管道，且位于第五工艺水管道和第六工艺水管道之间的第三工艺水管道部分设有截止阀V1，第五工艺水管道和第六工艺水管道上均分别设有截止阀V6和V10。

优选地，所述冷却塔位于二级解析塔的下方，从而所述第五工艺水管道内的工艺水依靠重力作用流向冷却塔。

优选地，所述冷却塔的上部设有用于鼓入冷风的风扇，所述第二冷却水管道进入冷却塔的位置处设有第一远传温度计，所述第一远传温度计与所述风扇的电机联锁以根据第二冷却水管道进入冷却塔的冷却水温度高低控制风扇的开启或关闭。

优选地，所述冷却塔的上部设有用于鼓入冷风的风扇，所述第五工艺水管道进入冷却塔的位置处设有第二远传温度计，所述第二远传温度计与所述风扇的电机联锁以根据第五工艺水管道进入冷却塔的工艺水温度高低控制风扇的开启或关闭。

优选地，所述第三工艺水管道上设有第一泵，所述第六工艺水管道的前端连通至第三工艺水管道的位置在第一泵之后。

优选地，所述第二冷却水管道上设有第二泵。

优选地，所述集水池位于热水箱的下方，且第一冷却水管道上设有第三泵。

本发明的有益效果如下：

其一，沼气压缩机的能耗占整个水洗提纯系统能耗的50%以上，压缩功转换为热能后，本发明通过沼气池循环出的沼液将热能带走，而现有技术中，通过冷却塔供应的冷却水将这部分热能带走，而升温后的冷却水还要在冷却塔内通过风扇运作来再次降温，既不能利用沼气压缩机的热能，又额外增加了冷却塔的能耗；但是通过本发明的改进，一方面无需冷却水就能够达到冷却沼气压缩机的目的，当然也无需冷却塔的额外消耗，另一方面，这部分热能被沼液带入沼气池内，从而为沼气池增温保温，经实际验证，这部分热能完全足够供应沼气池的热量需求，省去了太阳能热水器水循环加热、锅炉水循环升温及电加热膜增温等加热设备，在低能耗的基础上，保证了沼气池的高效产气，可谓一举多得！从这一点来看，本发明大幅度地削减了企业的生产成本，符合国家节能减排的政策要求。

其二，冷却塔和集水池通常不设置保温措施，因此在冬季的低温天气，集水池直接与冷空气接触，导致集水池内的冷却水温度会过低，而有部分厂家的冷水机组在冷却水温度低于18℃时，启动困难；本发明也针对该问题作出改进，具体地，在冷水机组启动之前，从热水箱引出余热水管道输送至用于盛装冷却水的集水池内，同时第一冷却岁管道输出冷却水，由此在一定程度上提高了冷却水的水温，使得冷水机组顺利启动，在启动之后，可切断截止阀V12和V11。此外，在临时停机检修时，冬季的低温天气容易使冷却塔和集水池内的冷却水结冰，结冰将严重影响再次的运行，而本发明设置的余热水管道也能够一举两得地解决该问题，使得沼气压缩机产生的热能彻底地变废为宝，实现多种用途。

其三，本发明不仅能够将系统内部的能耗降到最低，还能够巧妙地利用外界的能量。例如在冬季的低温天气，冷却塔的风扇吸入的外界冷空气就足以将冷却水降到需要的温度，达到工艺水的使用要求，而无需启动冷水机组，因此，本发明设置了第五工艺水管道和第六工艺水管道，在冬季的低温天气，由二级解析塔输出的工艺水直接由第五工艺水管道输送至冷却塔内进行冷却，冷却后通过第六工艺水管道和第三工艺水管道返回到吸收塔内循环使用，该设计巧妙地将冬季低温天气的劣势转为优势，有效地减少了冷水机组的能耗。

综上，本发明不仅将系统内部的能耗充分利用，解决了多种问题，也巧妙了利用了外界的能量，内外能源兼用，且能源利用率高。

附图说明

图1为现有技术中沼气水洗提纯系统的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明。

如图2所示，一种内外能源兼顾且能源利用率高的沼气水洗提纯系统，任一管道内流体的输送方向定义为前，以下方向描述均遵从此定义；所述沼气水洗提纯系统包括沼气压缩机10、吸收塔20、一级解析塔30和二级解析塔40；

所述沼气压缩机10和吸收塔20之间设有沼气输送管道且沼气输送管道连通至吸收塔20的下部；沼气首先经过沼气压缩机10压缩后进入吸收塔20与第三工艺水管道（见后面详述）输送的工艺水逆流接触吸收沼气中的二氧化碳，并从吸收塔20的顶部送出生物天然气；

所述吸收塔20和一级解析塔30之间设有第一工艺水管道，且第一工艺水管道的后端连通至吸收塔20的下部、前端连通至一级解析塔30的上部，第一工艺水管道用于输送吸收塔20内吸收二氧化碳后的工艺水至一级解析塔30内，吸收二氧化碳后的工艺水在一级解析塔30内闪蒸回收甲烷；

所述一级解析塔30和二级解析塔40之间设有第二工艺水管道，且第二工艺水管道的后端连通至一级解析塔30的下部、前端连通至二级解析塔40的上部；吸收二氧化碳后的工艺水在闪蒸回收甲烷后经由第二工艺水管道输送至二级解析塔40内，并解析二氧化碳后，由第三工艺水管道（见后面详述）回送至吸收塔20内循环使用；

所述二级解析塔40的底部设有用于输送工艺水的第三工艺水管道，第三工艺水管道的后端连通至二级解析塔40的底部、前端连通至吸收塔20的上部，且第三工艺水管道内的工艺水经冷却后输送至吸收塔20的上部继续循环利用，第三工艺水管道上设有泵50，以提供工艺水的输送动力。

二级解析塔40内的工艺水温度较高，不能满足吸收塔20的使用要求，因此需要冷却后再返回至吸收塔20，冷却方式根据实际情况可选择水冷或空冷，在温度较高的使用条件下，宜选用水冷，而在温度较低的使用条件下，可选择空冷，具体如下：

所述第三工艺水管道设有水冷单元，所述水冷单元包括冷却塔60和冷水机组80，所述冷却塔60的底部集成有集水池且冷却塔60与集水池相连通，所述集水池还设有用于循环冷却水的第二冷却水管道，第二冷却水管道的后端连通至集水池、前端连通至冷却塔60的顶部；第二冷却水管道上设有泵70，泵70用于提供冷却水的输送动力；

所述二级解析塔40还设有用于循环冷却工艺水的第四工艺水管道，所述第四工艺水管道的后端和前端均连通至二级解析塔40的下部，所述第二冷却水管道和第四工艺水管道分别经过所述冷水机组80且第四工艺水管道和第二冷却水管道在冷水机组80内进行换热，由此通过冷却水为二级解析塔40内使用后的工艺水降温以达到返回至吸收塔20内循环使用的温度要求。其中，第四工艺水管道的后端的连通位置低于前端的连通位置，这一设计的目的在于：第四工艺水管道的后端输出温度较高的工艺水，而第四工艺水管道的前端流入温度较低的工艺水，冷水在温水之上时，会自动向下流动，从而使得冷水和温水自动混合，从而保证了返回至吸收塔20内循环使用的工艺水保持较为稳定的温度，有利于保持吸收工序的稳定进行；此外，第四工艺水管道在进入冷水机组的部分设有截止阀V3和泵90，而在进入二级解析塔40的部分设有截止阀V2，在水冷单元停用时，则可通过截止阀V2和V3切断第四工艺水管道。同样地，第二冷却水管道在进入冷水机组80的部分设有截止阀V4，而在进入冷却塔60的部分设有截止阀V5，在水冷单元停用时，则可通过截止阀V4和V5切断第二冷却水管道。

作为一优选的实施方式，所述第三工艺水管道还设有空冷单元，所述空冷单元包括第五工艺水管道和第六工艺水管道，所述第五工艺水管道和第六工艺水管道分别作为分支管道且从后至前连通至第三工艺水管道上，所述第五工艺水管道的后端连通至第三工艺水管道、前端连通至冷却塔60的顶部，优选地，所述冷却塔60位于二级解析塔40的下方，从而所述第五工艺水管道内的工艺水依靠重力作用流向冷却塔60。所述第六工艺水管道的后端连通至集水池、前端连通至第三工艺水管道，且位于第五工艺水管道和第六工艺水管道之间的第三工艺水管道部分设有截止阀V1，当需要使用第五工艺水管道和第六工艺水管道时，则利用截止阀V1切断第三工艺水管道。而第五工艺水管道和第六工艺水管道上均分别设有截止阀V6和V10，截止阀V6和V10属于常闭状态，只有在使用第五工艺水管道和第六工艺水管道时，才打开。第六工艺水管道的前端连通至第三工艺水管道的位置在所述泵50之后，由此泵50可以同时提供第六工艺水管道和第三工艺水管道内工艺水的输送动力，因为第六工艺水管道不是常年使用，如此设置可以减少设备的增设和维护成本。

所述冷却塔60的上部设有用于鼓入冷风的风扇M，风扇M用于为冷却水降温，所述第二冷却水管道和第五工艺水管道在靠近冷却塔60的位置处合并为第一冷却水主管道，在该第一冷却水主管道上设有远传温度计T，所述远传温度计T与所述风扇M的电机联锁（可通过PLC控制来实现）以根据第一冷却水主管道进入冷却塔的冷却水温度高低控制风扇的开启或关闭，例如当检测温度高于32℃时自动启动风扇，检测温度低于20℃时自动关闭风扇。

为利用沼气压缩机10产生的热能，本发明所述沼气水洗提纯系统还包括集热单元，所述集热单元包括集热管道，所述集热管道的前端和后端均连通至沼气压缩机10，且集热管道上依次串联有热水箱110和换热器130，集热管道内一直循环这热水箱110内的水，热水箱110内的水可以来自泵70输送也可以外加管道输送，且热水箱110内的水经过换热器130换热冷却，然后再经过沼气压缩机10换热升温，由此循环往复。所述换热器130还连通有沼液循环管道，且所述沼液循环管道与集热管道在换热器130内进行换热，沼液循环管道连通至沼气池，其作用在于循环输送沼气池内的沼液至换热器130内，如此可将沼气压缩机的热能变废为宝，且省去了沼气池的增温设备，省去了用于冷却沼气压缩机的冷却水，一举多得。

所述集水池设有用于输出冷却水的第一冷却水管道和用于输入余热水的余热水管道，所述第一冷却水管道的后端连通至集水池、前端连通至热水箱110，所述余热水管道的后端连通至热水箱110、前端连通至集水池，第一冷却水管道和余热水管道上均分别设有截止阀V12和V11。优选地，所述集水池位于热水箱110的下方，且第一冷却水管道和第二冷却水管道在靠近集水池的位置处合并为第二冷却水主管道，第二冷却水主管道上设有泵70，由此泵70可以同时提供第一冷却水管道和第二冷却水管道内冷却水的输送动力，因为第一冷却水管道不是常年使用，如此设置可以减少设备的增设和维护成本。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。