專(zhuān)利名稱(chēng)：一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)樯镔|(zhì)能源。它是對(duì)沼氣分離純化裝置進(jìn)行的結(jié)構(gòu)與功能改進(jìn)。它主要通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器5、91、92，可控溫加熱裝置9和膜分離控制裝置10的連接轉(zhuǎn)換，從膜分離裝置的不同出口獲得不同濃度的甲烷與二氧化碳，以滿(mǎn)足不同民用與工業(yè)用途需求。該裝置整體也可以設(shè)置在可移動(dòng)的撬板上，以備方便快捷使用。
背景技術(shù)：
沼氣未經(jīng)處理時(shí)的成分主要由50% 70%甲燒和30% 50%二氧化碳等氣體組成，熱值一般在20. 16MJ/m3 28. 98MJ/m3之間，能量密度低，長(zhǎng)期以來(lái)只能作為民用能源使用。高純度甲烷(99% 100% )的熱值為38. 22MJ/m3，可作為石油替代品直接用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。若能從普通沼氣與垃圾填埋氣中獲得高純度甲烷，則可拓寬我國(guó)可再生能源沼氣的應(yīng)用領(lǐng)域，解決汽車(chē)燃油短缺等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。若獲得高純度二氧化碳，則可用于工業(yè)領(lǐng)域。該裝置將低碳理念和循環(huán)經(jīng)濟(jì)完美結(jié)合，考慮到不同純度的甲烷和二氧化碳有不同的用途，通過(guò)設(shè)計(jì)的調(diào)控裝置，可實(shí)現(xiàn)不同純度的甲烷和二氧化碳的分離純化。 本發(fā)明裝置就是針對(duì)沼氣純化利用過(guò)程中，副產(chǎn)品二氧化碳不能有效進(jìn)行利用而直接被排入大氣這一不足之處，而提供一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，它主要是利用多個(gè)單元膜組件并聯(lián)構(gòu)成單元膜組塊，膜組塊間通過(guò)串聯(lián)組成多級(jí)膜組塊，再通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器、可控溫加熱裝置和，對(duì)進(jìn)入膜組件氣體的壓力、溫度與流量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)從膜分離器的不同出口獲得沼氣中甲烷與二氧化碳的不同純度高品質(zhì)分別分離純化與回收的目的，它主要是由氣體壓縮系統(tǒng)、精密過(guò)濾系統(tǒng)、可控溫加熱裝置、膜分離控制裝置等部分組成，其主要技術(shù)特點(diǎn)是膜分離裝置中的膜塊分離組件可根據(jù)氣體流量與氣體回收率，進(jìn)行多個(gè)單元膜組件的多級(jí)串聯(lián)與并聯(lián)，配以壓力調(diào)節(jié)器和可控溫加熱裝置和氣體管路控制轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)不同純度的甲烷和二氧化碳的同步分離純化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)并提供一種沼氣純化處理關(guān)鍵部件裝置，通過(guò)分級(jí)復(fù)合設(shè)計(jì)，利用多個(gè)單元膜組件并聯(lián)構(gòu)成單元膜組塊，膜組塊間通過(guò)串聯(lián)組成多級(jí)膜組塊，再通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器、可控溫加熱裝置和氣體管路控制轉(zhuǎn)換器，對(duì)進(jìn)入膜組件氣體的壓力、溫度與流量進(jìn)行控制，兼顧回收效率與分離效率，考慮多級(jí)滲余氣與滲透氣中甲烷和二氧化碳的百分含量適宜比，進(jìn)行多級(jí)膜回流重脫工藝方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)沼氣中甲烷與二氧化碳的不同純度高品質(zhì)分別分離純化與回收。利用本裝置可以將甲烷含量最高提高至98%，二氧化碳含量也可提高至95%以上。該裝置整體也可以設(shè)置在可移動(dòng)的撬板上，以備方便快捷使用。本發(fā)明用于大中型沼氣工程、垃圾填埋氣中甲烷與二氧化碳提純用，具有如下的有益效果、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)I、合理的單元膜組件并聯(lián)與串聯(lián)設(shè)計(jì)，可以滿(mǎn)足不同氣流量和不同氣體回收純度的需要。2、用此部件進(jìn)行純化前，氣體只需要簡(jiǎn)單除雜、脫水、脫硫；3、可根據(jù)需要，進(jìn)行不同純度的甲烷與二氧化碳的分離與回收；4、可以實(shí)現(xiàn)甲烷高純度回收用以做車(chē)用燃料；
5、清潔衛(wèi)生，無(wú)環(huán)境污染。


圖I :本發(fā)明裝置的工作流程圖；圖2 :本發(fā)明裝置的膜單元組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 :本發(fā)明裝置的膜分離控制組件工作示意說(shuō)明圖。I壓縮機(jī)2氣水分離器3油霧分離器4氣體緩沖罐5前壓力調(diào)節(jié)器6流量計(jì)7精吸附器AS精吸附器B 9可控溫加熱裝置10膜分離裝置21 —級(jí)膜滲透氣或滲余氣出口 22二級(jí)膜滲透氣出口 23 二級(jí)膜滲余氣出口 24 —級(jí)膜滲余氣或滲透氣出口 25 —級(jí)膜滲余氣或滲透氣流量計(jì)26 二級(jí)膜滲透氣流量計(jì)27 二級(jí)膜滲余氣流量計(jì)28 —級(jí)膜滲余氣或滲透 氣流量計(jì)31 —級(jí)膜進(jìn)氣口取樣器32 —級(jí)膜滲余氣取樣器33 —級(jí)膜滲透氣取樣器34 二級(jí)膜滲透氣取樣器35 二級(jí)膜滲余氣取樣器41 一級(jí)膜滲透氣或滲余氣進(jìn)入二級(jí)膜入口或回流氣管路換接器42 二級(jí)膜氣體入口與一級(jí)膜成品氣管路換接器43 —級(jí)膜滲透或滲余氣回流與一級(jí)膜滲透或滲余產(chǎn)品氣管路換接器44 二級(jí)膜滲透產(chǎn)品氣與回流氣管路換接器45 二級(jí)膜滲余產(chǎn)品氣與回流氣管路換接器51 —級(jí)模塊組件中的第I個(gè)單元膜組件52 —級(jí)模塊組件中的第2個(gè)單元膜組件5i —級(jí)模塊組件中的第i個(gè)單元膜組件61 二級(jí)模塊組件中的第I個(gè)單元膜組件62 二級(jí)模塊組件中的第2個(gè)單元膜組件6i 二級(jí)模塊組件中的第i個(gè)單元膜組件71原料氣72凈化原料氣73 —級(jí)滲余氣74 —級(jí)滲透氣75 二級(jí)滲透氣76 二級(jí)滲余氣81 —級(jí)回流氣單向止回閥82 二級(jí)滲透回流氣單向止回閥83 二級(jí)滲余回流氣單向止回閥91 一級(jí)膜滲透氣壓力調(diào)節(jié)器92 二級(jí)膜滲透氣壓力調(diào)節(jié)器
具體實(shí)施例方式處理沼氣以500Nm3/hr，溫度為45°C，壓力為O. 8MPa為例，用該裝置進(jìn)行其中2種工況的物料平衡分析。I.若是該裝置不使用二級(jí)膜塊分離組件，只使用一級(jí)膜塊分離組件，處理沼氣以500Nm3/hr，溫度為45°C，壓力為O. 8MPa時(shí)，其中工況之一的一級(jí)分離物料平衡計(jì)算分析見(jiàn)表I，這時(shí)若是調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器5，可控溫加熱裝9，使進(jìn)入膜分離膜塊組件的氣體壓力和溫度發(fā)生改變，再配以壓力調(diào)節(jié)器91和氣體管路轉(zhuǎn)換器41、43，則出氣口 21、24中的氣體73、74的組分濃度會(huì)相應(yīng)改變。表I 一級(jí)膜分離沼氣的物料平衡計(jì)算Tab. I The materiel balance computing of one level membrane separationbiogas
權(quán)利要求
1.一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，主要是由氣體壓縮系統(tǒng)、精密過(guò)濾系統(tǒng)、可控溫加熱裝置9和膜分離控制裝置10五個(gè)部分組成，其中氣體壓縮系統(tǒng)是由壓縮機(jī)I、氣水分離器2、油霧分離器3、氣體緩沖罐4、前壓力調(diào)節(jié)器5、流量計(jì)6組成；精密過(guò)濾系統(tǒng)由精密吸附器7和精密吸附器8組成；其特征是所有零部件及系統(tǒng)整體可設(shè)置在移動(dòng)的撬塊上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是所述的膜分離控制裝置10中的單元膜組件，是根據(jù)客戶(hù)的要求進(jìn)行物料平衡計(jì)算和成本預(yù)算后，自行設(shè)計(jì)的適于該工況下的一個(gè)獨(dú)立分離膜組件，不同的工況，膜組件的參數(shù)是不同的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是所述的膜分離控制裝置10由二級(jí)膜塊組件組成，每級(jí)膜塊組件根據(jù)氣體流量需要又由多個(gè)單元膜組件并聯(lián)而成，各級(jí)膜塊組件是串聯(lián)而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是所述的膜分離控制裝置10，可根據(jù)實(shí)際處理氣體量，在一級(jí)膜組塊與二級(jí)膜組塊內(nèi)，進(jìn)行單元膜組件的增加，而且支撐單元膜組件的框架長(zhǎng)度與寬度隨單元膜組件的數(shù)量可以設(shè)計(jì)成分段可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是所述的膜分離控制裝置10，是由四個(gè)出氣口 一級(jí)滲余氣與滲透氣出口 21、24，二級(jí)滲透氣出口 23、二級(jí)滲余氣出口 24 ;四個(gè)流量計(jì)一級(jí)滲余氣或滲透氣流量計(jì)25、28，二級(jí)滲透氣流量計(jì)26、二級(jí)滲余流量計(jì)27 ;五個(gè)取樣器一級(jí)膜進(jìn)氣口取樣器31、32、一級(jí)滲余氣取樣器33、二級(jí)滲透氣取樣器34、二級(jí)滲余氣取樣器35 ;四個(gè)管路換接器一級(jí)膜滲透氣與滲余氣進(jìn)入二級(jí)膜入口或回流氣管路換接器41、二級(jí)膜氣體入口與一級(jí)成品氣管路換接器42、一級(jí)滲透或滲余氣回流與一級(jí)產(chǎn)品氣管路換接器43、二級(jí)滲余氣產(chǎn)品氣與回流氣管路換接器44 ;二個(gè)單向止回閥一級(jí)回流氣單向止回閥81、二級(jí)回流氣單向止回閥82和2個(gè)壓力調(diào)節(jié)器一級(jí)膜滲透氣壓力調(diào)節(jié)器91、二級(jí)膜滲透氣壓力調(diào)節(jié)器92組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是通過(guò)5、9、15、16、41、42、43、44，控制進(jìn)氣端氣體的溫度、壓力和流量，控制出氣端的氣體純度與流量，從而可獲得不同純度的甲烷與二氧化碳，以滿(mǎn)足不同民用及工業(yè)需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是只是一級(jí)膜塊組件工作，73、74可以直接作為產(chǎn)品氣，或者73作為產(chǎn)品氣，74作回流氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是二級(jí)膜塊組件都工作，73可以直接作為產(chǎn)品氣，74作為二級(jí)膜原料氣，則75、76可直接作為產(chǎn)品氣，或者75直接作為產(chǎn)品氣，76作為回流氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是二級(jí)膜塊組件都工作，74可以直接作為產(chǎn)品氣，73作為二級(jí)膜原料氣，則75、76可直接作為產(chǎn)品氣，或者76直接作為產(chǎn)品氣，75作為回流氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，其特征是原料沼氣中氨的含量彡lOOppm。
全文摘要
本發(fā)明名稱(chēng)是一種同步分離純化沼氣中甲烷與二氧化碳的膜裝置，所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)樯镔|(zhì)能源。該裝置是一種沼氣純化處理設(shè)備，其創(chuàng)新之處在于，利用多個(gè)單元膜組件并聯(lián)構(gòu)成單元膜組塊，膜組塊間通過(guò)串聯(lián)組成多級(jí)膜組塊，再通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器、可控溫加熱裝置和氣體管路控制轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)進(jìn)入膜組件氣體的壓力、溫度與流量進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)沼氣中甲烷與二氧化碳的不同純度高品質(zhì)分別分離純化與回收。利用本裝置可以將甲烷含量最高提高至98％，二氧化碳含量也可提高至95％以上。該裝置整體也可以設(shè)置在可移動(dòng)的撬板上，以備方便快捷使用。
文檔編號(hào)B01D53/22GK102872684SQ201110366049
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者梁素鈺, 劉濱凡, 田松巖, 劉鐵男, 李二平, 王文帆, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開(kāi)姓名 申請(qǐng)人:黑龍江省森林工程與環(huán)境研究所