[发明专利]一种沼气膜分离甲烷提纯技术

说明书

技术领域

本发明属于沼气提纯再利用技术领域，具体是一种沼气膜分离甲烷提纯技术。

背景技术

膜分离沼气提纯技术具有分离效率高、能耗低、设备简单、工艺适应性强等特点。近年来，该项技术获得了广泛应用。膜分离沼气提纯装置在国外已有不少成功案例。在国内，此装置多处于为小型试验阶段，少见工业案例。在膜分离沼气提纯技术中，膜组产生的渗透气(少量甲烷和多量二氧化碳气体)一般排放至大气。对于沼气池的加热保温方法，一般采用锅炉、电加热、太阳能等，需要外界大量的能源热量。对于膜分离沼气提纯中如何提高甲烷的回收率，同时如何综合利用系统能源的研究，在现阶段还没有相关技术。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种沼气膜分离甲烷提纯技术。

本发明包括压缩设备、膜分离甲烷提纯设备、气源热泵设备、中央控制设备，所述的中央控制设备分别控制压缩设备、膜分离甲烷提纯设备、气源热泵设备的运转。

其中，所述的压缩设备是压缩机。

优选的，沼气膜分离甲烷提纯技术的步骤如下：

A、经预处理后的沼气进入压缩机，压缩后的沼气经冷却器冷却，冷干机除水后进入过滤器；

B、加热后，进入膜分离甲烷提纯设备，根据工况不同，可采用单级膜组分离或双级膜组分离，膜组产生的剩余气即为车用天然气；

C、采用气源热泵设备将渗透气(少量甲烷和多量二氧化碳气体)冷凝，渗透气中二氧化碳被冷凝成液态二氧化碳产品排出，冷凝后的渗透气作为冷介质和系统中的换热器进行热交换，换热后的渗透气从膜分离甲烷提纯设备的前端再次进入提纯系统。

气源热泵设备的冷凝器与水换热，水吸收热量被加热，输送到沼气池中，供沼气发酵保温使用。

本装置可实现一机多用的功能，在采用膜分离法提纯沼气，得到车用天然气的同时，将膜组产生的渗透气冷凝液化，得到另一产品液化二氧化碳。气源热泵产生的热水可输送到沼气池中，供沼气发酵使用。根据原料沼气中气体的组分及产品气纯度的要求，膜分离系统可选择单级膜分离和双级膜分离工艺，并通过增加或减少膜组根数，来适应沼气气量的波动，工艺适应性强。本装置可将系统产生的冷热能源充分利用，从而达到了节约能源的目的。

附图说明

图1是本发明提纯技术的流程框图；

图2是本发明提纯技术的具体流程框图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和特点更加清楚，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明。在此，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，该提纯系统包括：压缩设备100、膜分离甲烷提纯设备200、后压缩设备300、气源热泵设备400。

如图2所示，压缩设备100包括压缩机101、冷却器102；膜分离甲烷提纯设备200包括冷干机201、过滤器202、加热器203、膜组204；后压缩设备300包括压缩机301、冷却器302、脱水设备303；气源热泵设备400包括蒸发器401、CO2压缩机402、冷凝器403、膨胀阀404。

经预处理后的沼气进入压缩机101，压缩后的沼气经后冷却器102冷却，冷干机201除水后进入过滤器202，然后被加热器203加热至适合温度，进入膜组204。根据工况不同，可采用单级膜组分离或双级膜组分离。膜组产生的渗余气即车用天然气。气源热泵系统是以二氧化碳为工质，经二氧化碳压缩机402压缩后，高温高压的二氧化碳进入冷凝器403与水换热，水吸收热量被加热，输送到沼气池中，供沼气发酵保温使用；然后二氧化碳经膨胀阀404膨胀成为低温低压的二氧化碳，经蒸发器401与膜组排放的渗透气换热，渗透气(少量甲烷和多量二氧化碳气体)被冷却，渗透气中二氧化碳被冷凝成液态二氧化碳产品排出，冷凝后的渗透气作为冷介质系统中的换热器进行热交换，换热后的渗透气从膜分离前端再次进入提纯系统。

本发明的沼气提纯后产品气中甲烷的浓度不小于96％；由于膜组渗透气经气源热泵液化后再回流到了系统中，使得甲烷回收率可达到99％；气源热泵中冷凝器中的水可被加热到90℃，为沼气池的发酵保温提供热量。

整套系统实现了能源的综合利用。其一，压缩机润滑油产生的热量可以作为膜组前加热器的热源；其二，膜组渗透气经冷凝后的温度达到-30℃左右，可作为冷介质与系统中冷干机，压缩机后冷却器的进行换热；其三，气源热泵系统冷凝器产生的热水可达到90℃，能为系统前端沼气池的发酵保温提供热量。