一種沼氣提純和二氧化碳回收裝置的製作方法

2023-06-12 18:56:51

本實用新型涉及沼氣處理的技術領域，特別涉及一種沼氣提純和二氧化碳回收裝置。

背景技術：

沼氣中甲烷的含量一般在55％～65％，二氧化碳的含量一般在35％～45％。以沼氣製取生物天然氣時，需要通過各種方法將沼氣中影響熱值及使用安全的二氧化碳等雜質除去，得到甲烷含量在97％以上的生物天然氣。但現有的各種系統與工藝存在如下問題：如甲烷損失大、二氧化碳難以回收利用、吸收劑再生不徹底、吸收劑再生過程中會引入空氣雜質等問題。

通常採用沼氣壓力水洗提純技術，沼氣原料通過沼氣壓縮機升壓至1.2兆帕，經過穩壓罐穩壓進入吸收塔的底部，向上流動與塔頂淋下的水進行逆流傳質，完成氣體提純過程。溶解有大量二氧化碳氣體和部分甲烷氣體的水進入閃蒸塔內減壓，然後進入解吸塔，通過解吸塔底部的空氣吹脫進行解吸，之後輸出的水通過高壓水泵再次打入吸收塔循環使用。

由上可知，水在吸收塔內完成傳質後直接進入閃蒸塔，閃蒸塔無法將水中溶解的部分甲烷完全釋放出來，從而造成甲烷的損失；二氧化碳解吸是利用空氣吹脫，大量空氣將水中溶解的二氧化碳吹脫出來，雖然起到解吸作用，但也會造成了空氣和二氧化碳的混合，因此無法對二氧化碳進行完全回收利用，而且這種技術也不能使吸收劑(水)完全再生。

技術實現要素：

為解決的二氧化碳解吸不徹底、甲烷損失大、吸收劑再生不徹底的技術問題，本實用新型提出一種沼氣提純和二氧化碳回收裝置，二氧化碳可以完全從水中釋放出來，減少了甲烷損失，吸收劑可以徹底再生。

本實用新型提出一種沼氣提純和二氧化碳回收裝置，所述沼氣提純和二氧化碳回收裝置包括通過輸氣管線依次串接的用於緩衝外界沼氣的沼氣緩衝罐、沼氣壓縮機、用於分離出沼氣中的甲烷的吸收塔、出氣穩壓凝水罐和脫水器，所述吸收塔具有進水口和出水口；

所述沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括用於分離出水中的甲烷的甲烷回收塔、用於分離出水中的二氧化碳的二氧化碳回收塔、真空泵和二氧化碳收集罐，所述甲烷回收塔和所述二氧化碳回收塔通過輸水管線依次串接在所述吸收塔的出水口與所述吸收塔的進水口之間；

所述甲烷回收塔和所述二氧化碳回收塔均具有出氣口，所述甲烷回收塔的出氣口與所述沼氣壓縮機的進氣口通過輸氣管線連接，所述二氧化碳回收塔的出氣口依次連接所述真空泵和所述二氧化碳收集罐。

進一步地，所述沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括設置在所述甲烷回收塔內的離心解吸機構，且所述離心解吸機構設置在所述甲烷回收塔的進水口處；

所述離心解吸機構包括能旋轉的轉子，所述轉子的內部設置填料，通過所述轉子的旋轉霧化所述吸收塔的出水口輸出的水，所述吸收塔的出水口輸出的水中溶解的甲烷分離。

進一步地，所述吸收塔的進氣口位於其下部，所述吸收塔的進水口位於其上部；所述吸收塔的出氣口位於其頂部，所述吸收塔的出水口位於其底部。

作為一種可實施的方式，所述二氧化碳回收塔內的壓強為0.087兆帕～0.097兆帕。

進一步地，所述沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括連接在所述沼氣壓縮機的出氣口與所述吸收塔的進氣口之間的用於冷卻的進氣換熱器。

更進一步地，所述吸收塔的出水口與所述甲烷回收塔的進水口之間的輸水管線與所述進氣換熱器的冷卻水管連通。

更進一步地，所述沼氣壓縮機具有冷卻系統，所述吸收塔的出水口與所述甲烷回收塔的進水口之間的輸水管線還與所述冷卻系統的冷卻水管連通。

作為一種可實施的方式，所述沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括通過輸氣管線連接在所述沼氣緩衝罐的出氣口與所述沼氣壓縮機的進氣口之間的增壓引風機。

進一步地，所述沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括通過輸水管線連接在所述二氧化碳回收塔的出水口與所述吸收塔的進水口之間的水泵。

進一步地，所述沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括設置在所述二氧化碳回收塔的出水口處的用於控制水溫的工業冷水機。

本實用新型相比於現有技術的有益效果在於：本實用新型的沼氣提純和二氧化碳回收裝置，用真空泵使二氧化碳回收塔內成為負壓狀態，二氧化碳可以從水中完全釋放出來，從而使二氧化碳解吸得更徹底，且不會引入其他雜質。通過二氧化碳收集罐可以回收二氧化碳，做到二氧化碳零排放，同時也使作為吸收劑的水中溶解的二氧化碳完全釋放，實現吸收劑的徹底再生，可以循環使用。

甲烷回收塔將吸收塔的出水口輸出的水中溶解的甲烷回收，甲烷回收塔中設置離心解吸機構可以使損失的甲烷完全從水中脫出，使甲烷回收塔輸出的氣體回流到沼氣壓縮機的進氣口處，從而使甲烷損失率降低為零。在吸收塔中水和沼氣均為逆流傳質，當沼氣上升到吸收塔的頂部的過程中，沼氣中的二氧化碳基本全部溶解到水中，從而完成沼氣的淨化。

沼氣壓縮機和進氣換熱器的冷卻水均由吸收塔提供，省去了沼氣壓縮機和進氣換熱器自身所需的冷卻環節，無需外加冷水塔。冷卻進氣的同時也使出水溫度提高，充分利用沼氣壓縮過程產生的熱量提升解吸水的溫度，換熱過程節能、環保，而且水溫升高有利於水中的二氧化碳釋放，從而使吸收劑再生，強化了後續的解吸過程。另外，進氣溫度的降低，在吸收塔內使二氧化碳能更好地溶解到水中，從而提高了吸收塔對二氧化碳的吸收效率，縮短了系統的穩定時間，提高了吸收塔的出氣口輸出的氣體中甲烷的純度。

附圖說明

圖1為本實用新型的沼氣提純和二氧化碳回收裝置的結構示意圖。

附圖標記：

10-沼氣緩衝罐；

20-沼氣壓縮機；22-冷卻系統；

30-吸收塔；32-吸收塔的進水口；34-吸收塔的出水口；

40-出氣穩壓凝水罐；50-脫水器；

60-甲烷回收塔；62-離心解吸機構；

64-甲烷回收塔的出氣口；66-甲烷回收塔的出水口；

70-二氧化碳回收塔；

72-二氧化碳回收塔的出氣口；74-二氧化碳回收塔的出水口；

80-真空泵；90-進氣換熱器；

110-增壓引風機；120-水泵；

130-工業冷水機。

具體實施方式

以下結合附圖，對本實用新型上述的技術特徵和優點進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的部分實施例，而不是全部實施例。

請參閱圖1所示，本實用新型提出一種沼氣提純和二氧化碳回收裝置，沼氣提純和二氧化碳回收裝置包括通過輸氣管線依次串接的沼氣緩衝罐10、沼氣壓縮機20、吸收塔30、出氣穩壓凝水罐40和脫水器50。沼氣緩衝罐10用於緩衝外界沼氣，吸收塔30用於分離出沼氣中的甲烷，吸收塔30具有進水口和出水口，即為吸收塔的進水口32和吸收塔的出水口34。

沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括甲烷回收塔60、二氧化碳回收塔70、真空泵80和二氧化碳收集罐，甲烷回收塔60用於分離出水中的甲烷，二氧化碳回收塔70用於分離出水中的二氧化碳；甲烷回收塔60和二氧化碳回收塔70通過輸水管線依次串接在吸收塔的出水口34與吸收塔的進水口32之間。

甲烷回收塔60和二氧化碳回收塔70均具有出氣口，即為甲烷回收塔的出氣口64和二氧化碳回收塔的出氣口72。甲烷回收塔的出氣口64與沼氣壓縮機20的進氣口通過輸氣管線連接，甲烷回收塔60將吸收塔的出水口34輸出的水中溶解的甲烷回收並輸送出去，二氧化碳回收塔的出氣口72依次連接真空泵80和二氧化碳收集罐(未示出)，二氧化碳收集罐將二氧化碳回收塔70分離出的二氧化碳回收。

也就是說，圖1中實線所示為輸氣管線，虛線所示為輸水管線。沼氣緩衝罐10、沼氣壓縮機20、吸收塔30、出氣穩壓凝水罐40和脫水器50單向串連：沼氣緩衝罐10的出氣口與沼氣壓縮機20的進氣口連接，沼氣壓縮機20的出氣口與吸收塔30的進氣口連接，吸收塔30的出氣口與出氣穩壓凝水罐40的進氣口連接，出氣穩壓凝水罐40的出氣口與脫水器50的進氣口連接，吸收塔30的出氣口輸出從沼氣中分離出的甲烷。

吸收塔的出水口34與甲烷回收塔60的進水口連接，甲烷回收塔的出水口66與二氧化碳回收塔70的進水口連接，二氧化碳回收塔的出水口74與吸收塔的進水口32連接，吸收塔30輸出的水經甲烷回收塔60和二氧化碳回收塔70的再生處理，分別解吸出水中殘留的甲烷和二氧化碳，將處理過的水由吸收塔的進水口32輸入，新鮮的水作為吸收劑再次用於逆流傳質，吸收沼氣中的二氧化碳，從而循環使用再生後的吸收劑(水)。

本實用新型的沼氣提純和二氧化碳回收裝置，用真空泵80使二氧化碳回收塔70內成為負壓狀態，二氧化碳可以從水中完全釋放出來，從而使二氧化碳解吸得更徹底，並且通過二氧化碳收集罐可以回收二氧化碳。另外，通過真空泵80使二氧化碳回收塔70內成為負壓狀態，不會引入其他雜質，可以得到純度在95％以上的二氧化碳氣體，從而使原料沼氣中的二氧化碳可以回收利用，在二氧化碳回收塔70中得到高純度的二氧化碳氣體，做到二氧化碳零排放，同時也使作為吸收劑的水中溶解的二氧化碳完全釋放，實現吸收劑的徹底再生。

綜上所述，本實用新型解決了高壓水洗提純沼氣技術中吸收劑再生不徹底、甲烷損失大、二氧化碳無法回收利用的問題。本實用新型中沼氣提純後，甲烷純度在97％以上。

進一步地，沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括設置在甲烷回收塔60內的離心解吸機構62，且離心解吸機構62設置在甲烷回收塔60的進水口處。離心解吸機構62包括能旋轉的轉子，轉子的內部設置填料，通過轉子的旋轉霧化吸收塔的出水口34輸出的水，吸收塔的出水口34輸出的水中溶解的甲烷分離。離心解吸機構62即為一種超重力設備。

較優地，轉子為高速旋轉，從而形成比重力場大數十到數百倍的離心力場，使吸收塔的出水口34輸出的水成為霧狀，使吸收塔的出水口34輸出的水中溶解的甲烷迅速釋放。

較優地，甲烷回收塔60的塔頂設置電動調節閥，電動調節閥用於控制甲烷回收塔60內的壓力，調節電動調節閥以控制甲烷回收塔60內的壓力，壓力越高，甲烷回收塔的出氣口64輸出的氣體中的甲烷含量越高。離心解吸機構62可以使損失的甲烷完全從水中脫出，再調節甲烷回收塔60的壓力，使甲烷回收塔60輸出的氣體回流到沼氣壓縮機20的進氣口處，從而使甲烷損失率低，可以降低為零。

進一步地，吸收塔30的進氣口位於其下部，吸收塔的進水口32位於其上部；吸收塔30的出氣口位於其頂部，吸收塔的出水口34位於其底部。

吸收塔30的工作目的就是完成沼氣的淨化，在高壓下，二氧化碳易溶於水，甲烷相對較難溶於水，較優地，吸收塔的工作壓力在1.0兆帕～1.2兆帕。在吸收塔30內，使液態的水從吸收塔30的上部流向底部，氣態的沼氣從下部流向頂部，在吸收塔30中水和沼氣均為逆流(與流動方向相反地)傳質。

由於二氧化碳容易溶解到水中，當沼氣上升到吸收塔30的頂部的過程中，沼氣中的二氧化碳基本全部溶解到水中，從而完成沼氣的淨化。吸收塔30的內部結構主要為：位於塔頂的水分布器，位於塔中間的填料，填料為孔板波紋填料，填料設置一定的高度，在填料的下方再設置水分布器。

作為一種可實施的方式，二氧化碳回收塔70內的壓強為0.087兆帕～0.097兆帕。甲烷回收塔的出水口66輸出的水在壓力差的作用下進入二氧化碳回收塔70，真空泵80使二氧化碳回收塔70形成負壓狀態，為0.087兆帕～0.097兆帕，在負壓狀態下，二氧化碳在水中的溶解度微乎其微，因此，二氧化碳可以完全從水中釋放出來。與傳統的空氣吹脫再生水的方法相比，本實用新型不會引入空氣雜質，在徹底再生水的同時，可以回收到純度在95％以上的二氧化碳氣體。徹底再生的水通過水泵120再次進入吸收塔30進行吸收傳質。

進一步地，沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括連接在沼氣壓縮機20的出氣口與吸收塔30的進氣口之間的進氣換熱器90，進氣換熱器90用於冷卻。

更進一步地，吸收塔的出水口34與甲烷回收塔60的進水口之間的輸水管線與進氣換熱器90的冷卻水管連通。

更進一步地，沼氣壓縮機20具有冷卻系統22，吸收塔的出水口34與甲烷回收塔60的進水口之間的輸水管線還與冷卻系統22的冷卻水管連通。吸收塔的出水口34輸出的水依次經過與沼氣壓縮機20內置的冷卻系統22和進氣換熱器90的換熱，充分利用沼氣壓縮過程產生的熱量提升解吸水的溫度，強化了後續的解吸，同時省去了沼氣壓縮機20自身所需的冷卻環節。

較優地，吸收塔的出水口34輸出的水溫為10℃～20℃，吸收塔30的進氣口進入的沼氣溫度為20℃～25℃，即原料沼氣的進氣溫度在冷卻系統22、進氣換熱器90的作用下可以降至20℃～25℃左右。

本實用新型中，在沼氣壓縮機20對沼氣進行壓縮的過程中，沼氣溫度會升到130℃左右，而吸收塔的出水口34輸出的水的溫度為20℃左右，吸收塔的出水口34輸出的水為原料沼氣提供冷卻水，無需外加冷水塔。除此之外，沼氣壓縮機20的冷卻水由吸收塔30提供，冷卻進氣的同時也使出水溫度提高，換熱過程節能、環保，而且水溫升高有利於水中的二氧化碳釋放，從而使吸收劑再生，強化了後續的解吸過程。

從吸收塔的出水口34輸出的水中含有大量的二氧化碳以及部分損失的甲烷，依次經過進氣換熱器90和沼氣壓縮機20內置的冷卻氣缸22後進入甲烷回收塔60。水溫在進氣換熱器90的換熱過程裡得到了提升，更有利於溶解的二氧化碳的脫出。

吸收塔的出水口34輸出的水進入甲烷回收塔60後，在離心解吸機構62的離心填料的作用下，甲烷氣體可以快速而完全從水中脫出，通過對甲烷回收塔60壓力的調節，可以使甲烷回收塔60輸出的氣體回流到沼氣壓縮機20的進氣口，完成對損失甲烷的回收。

同時，原料沼氣經過換熱後，在吸收塔30內與作為吸收劑的水逆流傳質，吸收塔30輸出的氣體依次經過出氣穩壓凝水罐40和脫水器50(通常為分子篩脫水器)，吸收塔30輸出的氣體經過脫水後成為甲烷含量在97％以上的生物天然氣，可以直接用作車用燃氣。

作為一種可實施的方式，沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括增壓引風機110，增壓引風機110通過輸氣管線連接在沼氣緩衝罐10的出氣口與沼氣壓縮機20的進氣口之間。

通過增壓引風機110將原料沼氣增壓至10千帕～50千帕後，再將增壓後的沼氣輸送到沼氣壓縮機20，進一步增壓到0.8兆帕～1.2兆帕，然後進入到進氣換熱器90中。增壓引風機110對原料沼氣初步加壓，大大減輕了沼氣壓縮機20的使用負擔，保證了穩定的進氣量，並在一定程度上降低了沼氣壓縮機20的出氣溫度。

進一步地，沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括水泵120，水泵120通過輸水管線連接在二氧化碳回收塔的出水口74與吸收塔的進水口32之間，水泵120持續將徹底再生的水作為吸收劑再次注入吸收塔30內。

進一步地，沼氣提純和二氧化碳回收裝置還包括設置在二氧化碳回收塔的出水口74處的工業冷水機130，工業冷水機130用於控制水溫。如果水的溫度過高，會影響吸收塔30內水對二氧化碳的吸收效果，也就是影響吸收塔30的出氣口輸出的氣體質量。正常情況下，吸收塔30的出氣口輸出的氣體的甲烷含量在97％以上，二氧化碳在3％以下。如果水的溫度過高，吸收塔30的出氣口輸出的氣體的甲烷含量會降低，二氧化碳含量會升高。工業冷水機130降低了水溫，提高了二氧化碳吸收效率，提高了產品氣甲烷的純度。

另外，進氣換熱器90和沼氣壓縮機20內置的冷卻氣缸22對壓縮後的原料沼氣進行冷卻，使進氣溫度降低，在吸收塔30內使沼氣中的二氧化碳能更好地溶解到水中，從而提高了吸收塔30對二氧化碳的吸收效率，縮短了系統的穩定時間，提高了吸收塔30的出氣口輸出的氣體中甲烷的純度。沼氣壓縮機20的冷卻系統22、進氣換熱器90均與吸收塔30的出水管路連接，也就是說，冷卻系統22和進氣換熱器90的製冷水均由吸收塔30出水提供，使吸收塔30輸出的水的溫度升高，有利於後續的二氧化碳解吸，而吸收塔30的進水溫度(即二氧化碳回收塔的出水口74輸出的水)經工業冷水機130控制在10℃～20℃。

由上可知，本實用新型為一種強化解吸式沼氣提純及回收二氧化碳的裝置，其包括沼氣緩衝罐10，在沼氣緩衝罐10上連接有增壓引風機110，為原料沼氣增壓，在增壓引風機110上連接有沼氣壓縮機20，從而原料沼氣進一步增壓，在沼氣壓縮機20上連接有進氣換熱器90，為增壓後的沼氣降溫冷卻，在進氣換熱器90上連接有吸收塔30。

在吸收塔30內分離出沼氣中的大部分甲烷，沼氣中的二氧化碳被水充分吸收，同時水也吸收了小部分甲烷，吸收塔30的出氣口與出氣穩壓凝水罐40連接，出氣穩壓凝水罐40上連接有脫水裝置50，吸收塔30分離出的甲烷通過吸收塔30的出氣口被輸出，完成了沼氣提純。

吸收塔的出水口34輸出的水依次經過進氣換熱器90和沼氣壓縮機20的冷卻系統22，用於增壓後的沼氣降溫冷卻。吸收塔的出水口34與甲烷回收塔60連接，甲烷回收塔的出氣口64與沼氣壓縮機10的進氣口連接，甲烷回收塔60的進水口處裝有離心解吸機構62，甲烷回收塔的出水口66與二氧化碳回收塔70的進水口連接，二氧化碳回收塔的出氣口72上連接有真空泵80，真空泵80為二氧化碳回收塔70抽真空，以便二氧化碳能完全從水中釋放出來。

二氧化碳回收塔的出水口74上連接有水泵120，水泵120將水經吸收塔的進水口32再次輸入吸收塔30進行吸收傳質。二氧化碳回收塔70上連接有工業冷水機130，工業冷水機130用於控制輸入吸收塔30的水溫。

本實用新型使沼氣提純過程中不再有甲烷損失，而且有效回收到了高純度二氧化碳，同時使作為吸收劑的水徹底再生，也減少了水的損失。

以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步的詳細說明，應當理解，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並不用於限定本實用新型的保護範圍。特別指出，對於本領域技術人員來說，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。