一种利用深冷分离的沼气提纯与生物天然气液化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种沼气净化提纯装置，具体涉及一种利用深冷分离的沼气提纯与生物天然气(LNG)液化装置。
【背景技术】
[0002]在我国的能源结构中，煤炭仍是主要的发电燃料。燃煤电厂排放的C02、SO2, NOx,烟尘是我国大气污染的主要来源。据不完全统计，燃煤电厂的NOx排放量占我国NOx排放总量的80%。电厂大气污染物的排放对人体健康、农作物和建筑物都产生了不同程度的影响，造成了巨大的经济损失。
[0003]沼气作为绿色可再生能源，可以大大地减少S02、NOx、烟尘的排放。同时由于沼气的生产有效地降低了有机废弃物自然堆放过程中释放的014的排放，有利于缓和温室效应。据测算，每减少I吨CH4的排放，相当于减少25吨CO 2的排放。
[0004]《中华人民共和国可再生能源法》(简称《可再生能源法》)的通过和实施推动了包括沼气在内的可再生能源的发展。国家发改委已经制订了到2020年我国可再生能源中长期发展规划和第11个五年计划发展目标。其中，治理工农业有机废水的沼气工程到2020年将达到年产能200亿m3，按热值计，超过了 2000万t煤炭，其中，用于发电的沼气约100亿m3，年发电160亿kWh，装机300万kW，年替代560万tee (约800万t煤炭)。在国家政策支持与能源需求增长的大背景下，发展沼气技术将具有良好的前景。
[0005]沼气主要成分是CH4,通常占总体积的60?70%，热值在20930?25120kJ/m3，抗爆性能好，完全燃烧时仅剩CO2和水，是一种高热值的清洁燃料，可用于替代天然气或液化气向居民集中供应，也可以作为工业原料。CH4占沼气总体积60?70%，对沼气进行提纯净化，去处其中大部分COjPH2S，可达到国家车用天然气标准替代天然气，是一种优良的可再生能源。
[0006]在我国农村，大量的小型沼气池所产的沼气主要是用于炊事和照明。由于装置的简陋分散，利用水平低下，其热力学效率极低，没有发挥出更大的经济效益。而在欧洲和北美，生产的沼气通过净化并入天然气网、用于沼气燃料电池发电、热电联产或用作汽车燃料，能产生更大的经济效益。国外很多农场甚至将玉米、大麦、黑麦和草用来发酵产沼气，因为沼气发电的利润比养殖牲畜的利润更大。由于国情原因，我国厌氧产沼技术和后续的应用工程工艺技术都比较落后，导致了我国在沼气利用上停留在一种低效率生产，低经济价值利用的阶段。如果把热值低、规模小、经济性差、后端产业链延伸性差的沼气集中、分离、提纯、加工成是生物天然气，同时利用副产品的0)2和SO2，可以极大的增大企业盈利的空间和商业运营范围。
[0007]沼气中的主要成分CH4、H2S、C02等具有差异较大的凝沸点，故可利用冷却方法将其分离。深冷分离不仅可直接将沼气制作成便于运输的液化天然气(LNG)，也可同时可除去水分、CO2, H2S等杂质并加以回收利用，不需要为脱水、脱硫环节另设装置，是实现沼气的提纯与高值利用的有效方式。【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供一种利用深冷分离的沼气提纯与生物天然气液化装置，该装置通过变压冷却脱除沼气中的水分，通过液氮冷冻脱除沼气中的硫化氢与二氧化碳并加以进一步分离回收，并利用液氮液化提纯的甲烷气体，同时制取生物LNG。
[0009]本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种利用深冷分离的沼气提纯与生物天然气液化装置，其特征在于，该装置包括由脱水干燥单元、净化提纯单元和甲烷液化单元组成；所述脱水干燥单元包括沼气压缩机、沼气-冷水换热器和气水分离器，所述沼气压缩机的进口与沼气源通过管线连接，其出口与所述沼气-冷水换热器的热流体进口通过管线连接；所述沼气-冷水换热器的热流体出口与所述气水分离器的进口通过管线连接，其冷流体进口与冷却水源通过管线连接，其冷流体出口与冷却水循环系统通过管线连接；所述气水分离器的液体出口与沼气脱除水处理装置或环境水体通过管线连接；所述净化提纯单包括沼气-冷氮换热器、回冷换热器、甲烷分离器、二氧化碳-硫化氢膨胀阀和二氧化碳-硫化氢分离器，所述沼气-冷氮换热器的热流体进口与所述气水分离器的气体出口通过管线连接，其热流体出口与所述回冷换热器的热流体进口通过管线连接，其冷流体出口与氮气回收处理装置或大气通过管线连接；所述回冷换热器的热流体出口与所述甲烷分离器的进口通过管线连接，其冷流体出口通过管线和所述二氧化碳-硫化氢膨胀阀与所述二氧化碳-硫化氢分离器的进口连接；所述二氧化碳-硫化氢分离器的液体出口与硫化氢收集利用装置通过管线连接，其固体出口与干冰收集利用装置通过传送带连接；所述甲烷分离器的液体出口与所述回冷换热器的冷流体进口通过管线连接；所述甲烷液化单元包括液氮-甲烷换热器，所述液氮-甲烷换热器的热流体进口与所述甲烷分离器的气体出口通过管线连接，其热流体出口与LNG收集利用装置通过管线连接，其冷流体进口与液氮源通过管线连接，其冷流体出口与所述沼气-冷氮换热器的冷流体进口通过管线连接。
[0010]在一个优选的实施例中，所述沼气-冷水换热器、沼气-冷氮换热器、回冷换热器和液氮-甲烷换热器为板式换热器，所述甲烷分离器为低温气液分离器，所述二氧化碳-硫化氢膨胀阀为低温膨胀阀，所述二氧化碳-硫化氢分离器为低温固液离心分离器。
[0011]本实用新型利用液氮液化分离出的甲烷气体，制取生物LNG。同时利用沼气各组分在特定压力下液化点的不同，对沼气进行脱水，并利用冷氮的剩余冷量同时脱除二氧化碳与硫化氢。本实用新型具有以下优点:
[0012](I)通过单一换热流程同时实现生物LNG的制取与二氧化碳、硫化氢的回收利用，
装置紧凑。
[0013](2)流程不涉及化学反应，不需频繁更换吸附剂、吸收剂等，运行可靠，维护简单。
[0014](3)装置利用二氧化碳与硫化氢在特定压力下三相点的区别，将二氧化碳与硫化氢混合物中的二氧化碳以干冰形式脱离，实现二氧化碳与硫化氢的高效分离利用。且分离出的产品处于易于储运的低温低压状态，附加值较高。
[0015](4)工艺中的液氮可使用LNG气化时制取的冷能空分的产品，实现能量的循环再用，从而节约宝贵的电能，具有节能减排的社会经济效益。
[0016](5)本发明适用范围广，运行可靠，可用于实现大中型沼气项目的产品的高值利用。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的结构示意图。
[0018]图中标记如下:
[0019]I脱水干燥单元，11沼气压缩机，12沼气-冷水换热器，13气水分离器，2净化提纯单元，21沼气-冷氮换热器，22回冷换热器，23甲烷分离器，24 二氧化碳-硫化氢膨胀阀，25 二氧化碳-硫化氢分离器，3甲烷液化单元，31液氮-甲烷换热器，B1GAS沼气入口，WI冷却水入口，WO冷却水出口，WATER脱除水出口，H2