[发明专利]变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及沼气净化综合利用、尤其是一种变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法。

背景技术

能源是世界各国经济发展的战略资源，也是社会生产力的核心和动力源泉。当前中国能源形势相当严峻：资源贫乏、结构失衡、需求剧增、缺口很大、能效不高和减排困难。有关统计表明：2005年中国化石能源的剩余可采储总量相当于882亿吨标煤，若按2005年的19亿吨标煤开采量计，仅仅只够开采46年。据预测，2000-2020年间化石能源消费的年均增长率达到4.3％～4.6％，年需求量将上升到30～32亿吨标煤，如不考虑进出口且无重大资源发现，那么中国的化石能源大约只够用30年。目前我国石油进口依赖度约为45％，预计到2050年将高达75％左右。由此可见，我国石油资源相当紧缺，因而研究开发替代化石能源(主要是可再生无污染的新能源)显得尤为迫切。沼气是一种性能优良的清洁燃料，不仅原料来源丰富，而且具有燃烧热效率高、成本低、绿色、零污染、可再生、抗爆性好的特点，是一种优质生物质能源。

沼气含有60％左右的甲烷和40％左右的二氧化碳、硫化氢和水等少量杂质，因此，将沼气净化分离二氧化碳并将其收集净化，从而提高沼气中甲烷纯度以提高其热值，实现沼气的高品质利用；同时，还可以将分离出来的二氧化碳气体通过提纯，净化富集供工业使用。这不仅对可再生的清洁生物质能源的利用、而且对改善生态环境都具有重要的战略意义，在世界上受到了越来越多的关注。

但是，有研究表明：在厌氧消化过程中，沼气池内的发酵温度是影响沼气产生和产气率高低的关键因素。厌氧发酵的最适合温度是在中温(28℃～38℃)或高温(46℃～60℃)阶段，并且不同发酵物质的最适宜的发酵温度不同，沼气的产量会随着季节和温度的变化而有较大变化。因此，必须寻求一种适合随沼气产量变化的沼气净化综合利用技术，在分离沼气中二氧化碳的同时制取高纯度二氧化碳的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是运用变频变压吸附技术分离和提纯沼气中的二氧化碳气体及其它杂质，应用变频变压技术实现压力和流量的高精度控制，不会因沼气产量和压力等参数的变化而发生变化，从而使沼气中二氧化碳的利用率高达99％以上。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

一种变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法，从沼气池出来的沼气，经气、水分离及沼气压缩机压缩后进入缓冲罐，再匀速地从变压吸附系统的吸附塔底部进入变压吸附系统，进行变压吸附分离、净化沼气和二氧化碳，实现节能、高效、安全、稳定制取所需的气体，其特征是在气、水分离器和缓冲罐之间有压力、流量传感器及带变频器的可变频的沼气压缩机。

所述传感器把脱水后的沼气压力和流量的相关参数传输给变频沼气压缩机的变频器，然后变频器通过调节压缩机的电机从而调整压缩机的流量、转速和功率及相关参数达到与沼气压力和流量的参数相匹配，达到确保压缩机组始终运行在效率的最佳工作范围内，提高能源效率的利用，达到节能的目的；同时，也使后续的变压吸附系统在基本稳定的工况下正常工作。

所述变频沼气压缩机的变频器具有防爆功能。

所述变频器是高性能矢量控制变频器或电压型变频器或脉宽调制变频器或U/f控制变频器或转差频率控制变频器。

所述变频器的输出频率为30Hz～130Hz，输出电压140V～280V。

所述变频沼气压缩机的排气压力0.5MPa～1.5MPa，排气温度25℃～45℃。

在本发明中，沼气压缩机通过调频器自动调节压缩机组中电机的转速和功率，使之与脱水后的沼气压力和流量相匹配，进而维持吸附塔在基本稳定的工况下工作。运用变频技术的优点在于实现压力和流量的高精度控制，有利于减少开停机压力损失和流量波动过大，有利于减少沼气压缩机组频繁开停和长时间工作在低效率工况下的现象，同时避免相关设备产生较大的振动、噪声以及冲击电流和电压波动等情况，确保压缩机组的流量和压力与负荷匹配，且在低速、低压比条件下，具有良好的运行工况，使能源利用效率大大提高，最终获得高净度、高热值的沼气和高纯度的二氧化碳。本方法能使沼气压缩机始终运行在效率的最佳工作范围内，具有广阔的应用推广前景。将变频技术用于沼气变压吸附系统中脱碳、脱硫，目前国内外还没有相关报道。

附图说明

图1是变频变压吸附分离和提纯沼气及二氧化碳的方法流程图。

图中：1-气、水分离器    2-压力、流量传感器    3-变频压缩机    4——缓冲罐5-变压吸附系统

具体实施方式