一种循环式生物天然气脱碳系统及方法

本发明涉及天然气脱碳，特别是涉及一种循环式生物天然气脱碳系统及方法。

背景技术：

1、生物质能作为一种环境友好的可再生能源，其高效开发利用是缓解当前环境与能源问题的有效途径。生物天然气技术是实现生物质能高效利用的重要方式，是常规生物天然气的重要替代能源。生物天然气是以农作物秸秆、畜禽粪污、餐厨垃圾、农副产品加工废水等各类城乡有机废弃物为原料，经厌氧发酵和净化提纯产生的绿色低碳清洁可再生的天然气，其主要成分为ch4(60%～80%)、co2(20%～40%)、h2s(0.5%～2.5%)以及一些微量气体。生物天然气的高效开发和规模化利用将为发展低碳经济、实现能源转型和可持续发展发挥重要作用。然而，生物天然气的净化和提纯是实现生物天然气高效利用的关键问题。

2、目前，生物天然气常用的净化和提纯工艺及方法主要包括化学吸收法、物理吸收法、膜分离法以及低温分离法等。然而，传统的生物天然气提纯和净化方法存在工艺复杂、成本高、分离效果不理想、不便于工业化规模化等问题，开发新型的生物天然气高效净化和提纯技术迫在眉睫。气体水合物法从生物天然气获得高纯甲烷是一种非常有前途的生物天然气分离和提纯方法，能够实现生物天然气的高效净化。

3、现有的生物天然气脱碳方式有吸附法、低温分离法等多种技术及方法，但这些技术存在成本高、能耗大、分离效率低、速度慢等缺点，且水合物法二级分离法效率有待提高，因此，亟待开发一种安全性好、适应性强的生物天然气高效净化提纯系统，进一步提高生物天然气的利用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种循环式生物天然气脱碳系统及方法，提高了生物天然气的脱碳效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种循环式生物天然气脱碳系统，包括：

4、气源预处理单元，用于对生物天然气源依次进行增压处理和预冷处理，得到预处理后的气源；

5、水合反应单元，用于对预处理后的气源与水合剂进行水合反应以生成气相和水合物相；

6、水合物分解收集单元，用于收集所述水合物相，并分解所述水合物相生成水合剂；

7、水合剂回收单元，用于回收所述水合物分解收集单元生成的水合剂，并将回收的水合剂输送到所述水合反应单元；

8、气体分析仪，用于检测所述水合反应单元生成的气相中甲烷浓度；

9、甲烷收集单元，用于当所述气体分析仪检测的所述甲烷浓度大于设定浓度值时，收集所述水合反应单元生成的气相产物；当所述气体分析仪检测的所述甲烷浓度小于或者等于设定浓度值时，将所述水合反应单元生成的气相输送至所述气源预处理单元。

10、可选地，所述气源预处理单元包括依次连接的第一增压泵、第二增压泵和气体预冷装置；所述第一增压泵用于对所述生物天然气源进行一次增压，所述第二增压泵用于对所述第一增压泵输出的生物天然气源进行二次增压，所述气体预冷装置用于对所述第二增压泵输出的生物天然气源进行预冷处理；

11、在当所述气体分析仪检测的所述甲烷浓度小于或者等于设定浓度值时，将所述水合反应单元生成的气相输送至所述气源预处理单元方面，所述甲烷收集单元具体用于当所述气体分析仪检测的所述甲烷浓度小于或者等于设定浓度值时，将所述水合反应单元生成的气相输送至所述第二增压泵。

12、可选地，所述水合反应单元包括高压反应釜和恒温冷浴装置，所述高压反应釜和所述气源预处理单元连接，所述高压反应釜置于所述恒温冷浴装置内，所述高压反应釜用于对预处理后的气源与水合剂进行水合反应以生成气相和水合物相。

13、可选地，所述高压反应釜内设置有温度传感器，所述高压反应釜的气体入口设置有第一压力传感器，所述高压反应釜的气体出口设置有第二压力传感器；

14、所述循环式生物天然气脱碳系统还包括数据采集单元，所述数据采集单元用于采集所述温度传感器、所述第一压力传感器和所述第二压力传感器的监测数据。

15、可选地，所述水合物分解收集单元包括依次连接的第一泥浆泵、水合物分解器和二氧化碳储气罐；所述第一泥浆泵用于将所述水合反应单元生成的水合物相输送到所述水合物分解器，所述水合物分解器用于对水合物相进行分解生成杂质气体和水合剂，所述杂质气体包括二氧化碳，所述二氧化碳储气罐用于收集所述杂质气体。

16、可选地，所述水合剂回收单元包括依次连接的水合剂回收罐和第二泥浆泵，所述水合剂回收罐用于回收所述水合物分解收集单元生成的水合剂，所述第二泥浆泵用于将所述水合剂回收罐回收的水合剂输送到所述水合反应单元。

17、可选地，所述甲烷收集单元包括背压阀、缓冲罐、手摇泵、二氧化碳吸收装置、甲烷储气罐，所述背压阀的一端与所述水合反应单元连接，所述背压阀的另一端分别与所述缓冲罐的一端和所述二氧化碳吸收装置连接，所述缓冲罐的另一端与所述手摇泵连接，所述二氧化碳吸收装置还与所述甲烷储气罐连接，所述二氧化碳吸收装置用于脱除气相产物中的二氧化碳。

18、可选地，所述水合剂为水。

19、可选地，所述设定浓度值为97%。

20、本发明还公开了一种循环式生物天然气脱碳方法，包括：

21、气源预处理单元对生物天然气源依次进行增压处理和预冷处理，得到预处理后的气源；

22、水合反应单元对预处理后的气源与水合剂进行水合反应以生成气相和水合物相；

23、水合物分解收集单元收集所述水合物相，并分解所述水合物相生成水合剂；

24、水合剂回收单元回收所述水合物分解收集单元生成的水合剂，并将回收的水合剂输送到所述水合反应单元；

25、气体分析仪检测所述水合反应单元生成的气相中甲烷浓度；

26、甲烷收集单元在所述气体分析仪检测的所述甲烷浓度大于设定浓度值时，收集所述水合反应单元生成的气相产物；当所述气体分析仪检测的所述甲烷浓度小于或者等于设定浓度值时，将所述水合反应单元生成的气相输送至所述气源预处理单元。

27、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

28、本发明通过对生物天然气源经过增压和预冷预处理，能进一步提高生物天然气的水合反应效率，进而实现生物天然气的脱碳效率，水合物分解后的水合剂可进行循环利用，提高了生物天然气脱碳的经济性，对水合分离后的残余气体进行多级循环分离，进一步节省了增压成本，且可以将生物天然气提纯至指定浓度。

技术特征：

1.一种循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，所述气源预处理单元包括依次连接的第一增压泵、第二增压泵和气体预冷装置；所述第一增压泵用于对所述生物天然气源进行一次增压，所述第二增压泵用于对所述第一增压泵输出的生物天然气源进行二次增压，所述气体预冷装置用于对所述第二增压泵输出的生物天然气源进行预冷处理；

3.根据权利要求1所述的循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，所述水合反应单元包括高压反应釜和恒温冷浴装置，所述高压反应釜和所述气源预处理单元连接，所述高压反应釜置于所述恒温冷浴装置内，所述高压反应釜用于对预处理后的气源与水合剂进行水合反应以生成气相和水合物相。

4.根据权利要求3所述的循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，所述高压反应釜内设置有温度传感器，所述高压反应釜的气体入口设置有第一压力传感器，所述高压反应釜的气体出口设置有第二压力传感器；

5.根据权利要求1所述的循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，所述水合物分解收集单元包括依次连接的第一泥浆泵、水合物分解器和二氧化碳储气罐；所述第一泥浆泵用于将所述水合反应单元生成的水合物相输送到所述水合物分解器，所述水合物分解器用于对水合物相进行分解生成杂质气体和水合剂，所述杂质气体包括二氧化碳，所述二氧化碳储气罐用于收集所述杂质气体。

6.根据权利要求1所述的循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，所述水合剂回收单元包括依次连接的水合剂回收罐和第二泥浆泵，所述水合剂回收罐用于回收所述水合物分解收集单元生成的水合剂，所述第二泥浆泵用于将所述水合剂回收罐回收的水合剂输送到所述水合反应单元。

7.根据权利要求1所述的循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，所述甲烷收集单元包括背压阀、缓冲罐、手摇泵、二氧化碳吸收装置、甲烷储气罐，所述背压阀的一端与所述水合反应单元连接，所述背压阀的另一端分别与所述缓冲罐的一端和所述二氧化碳吸收装置连接，所述缓冲罐的另一端与所述手摇泵连接，所述二氧化碳吸收装置还与所述甲烷储气罐连接，所述二氧化碳吸收装置用于脱除气相产物中的二氧化碳。

8.根据权利要求1所述的循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，所述水合剂为水。

9.根据权利要求1所述的循环式生物天然气脱碳系统，其特征在于，所述设定浓度值为97%。

10.一种循环式生物天然气脱碳方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开一种循环式生物天然气脱碳系统及方法，涉及天然气脱碳技术领域，该系统包括：气源预处理单元，用于对生物天然气源进行增压和预冷处理，得到预处理后的气源；水合反应单元，用于对预处理后的气源与水合剂进行水合反应以生成气相和水合物相；水合物分解收集单元，用于收集水合物相，分解水合物相生成水合剂；水合剂回收单元，用于回收水合物分解收集单元生成的水合剂，将回收的水合剂输送到水合反应单元；甲烷收集单元，用于当气体分析仪检测的甲烷浓度大于设定浓度值时，收集水合反应单元生成的气相产物；当甲烷浓度小于或者等于设定浓度值时，将水合反应单元生成的气相输送至气源预处理单元。本发明提高了生物天然气的脱碳效率。

技术研发人员：张学民,尹绍奇,单涛,刘清清,李金平,何佳劲,王英梅
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15