從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置製造方法
2023-12-05 15:05:56
從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，它包括預處理單元、分子篩吸附單元、主換熱器、低溫精餾塔、氮製冷循環單元以及控制器。這種從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置,具有以下優點：充分利用了能源，可以防止垃圾填埋氣直接排入大氣導致的環境汙染和溫室效應，淨化後的垃圾填埋氣進行低溫精餾提取液態甲烷過程中所需的冷源和熱源均由氮製冷循環單元提供，是一種簡單、經濟、實用的創新，各工段的能量可實現冷、熱能量交換，能量利用率高，回收的液體甲烷純度高，達到節能減排、治理環境的效果。
【專利說明】從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及氣體低溫精餾分離【技術領域】，特別是一種從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著人口急劇增長和自然資源的不斷開發，工業垃圾、生活垃圾所產生的氣體嚴重導致全球氣候變暖、威脅人類健康的問題引起世界各國科學家重視。為使將大氣中的溫室氣體含量穩定在一個適當的水平，防止劇烈的氣候改變對人類造成傷害，在日本京都通過了《京都議定書》，規定發達國家、發展中國家承擔減少碳排放量的義務，我國開始承擔溫室氣體減排的任務。
[0003]目前，有二十多個國家的幾百個垃圾填埋場安裝了垃圾填埋氣的回收利用裝置，利用方式包括:I)直接燃燒產生蒸汽，用於生活或工業供熱；2)通過內燃機發電，作為運輸工具的動力燃料；3)用於二氧化碳工業；4)用於製造甲醇的原料；5)經深度淨化處理後用作管道煤氣等。其中發電、民用燃料和汽車燃料是三種最為普遍的利用方式。
[0004]我國出臺《中國城市垃圾垃圾填埋氣體收集利用國家行動方案》，垃圾填埋氣的回收利用繼在鞍山、杭州、南京等地起步後，得到各級領導的高度重視和支持，在全國各地廣泛開發，並已成功掌握垃圾垃圾填埋氣前處理技術，但多數以直接燃燒為主，近期也有利用TSA和PSA工藝回收二氧化碳和甲烷實例，但存在產品純度低、成本高的問題。
實用新型內容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種產品純度高的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型提供的一種從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，它包括預處理單元、分子篩吸附單元、主換熱器、低溫精餾塔、氮製冷循環單元以及控制器；其中，
[0007]預處理單元，包括依次連接的垃圾填埋氣穩壓罐和垃圾填埋氣壓縮機；
[0008]分子篩吸附單元，由多個並聯組成的吸附塔吸附垃圾填埋氣中的二氧化碳和水，吸附塔的塔底與所述預處理單元中的垃圾填埋氣壓縮機連通；
[0009]低溫精餾塔，由上冷凝蒸發器、填料型精餾塔體和下冷凝蒸發器組成；
[0010]氮製冷循環單元與主換熱器連通；
[0011]所述主換熱器的一端與分子篩吸附單元吸附塔的塔頂連通，主換熱器的另一端與低溫精餾塔中的上冷凝蒸發器、填料型精餾塔體連通。
[0012]進一步的，所述上冷凝蒸發器內設有第一換熱器，下冷凝蒸發器內設有第二換熱器以及將液態氮與液態甲烷分離的隔板；所述氮製冷循環單元由構成迴路的氮氣穩壓罐、氮氣壓縮機、冷卻器、氮換熱器和氣液分離器組成，所述氮換熱器內設有氮氣輸出管和氮氣輸入管，氮氣輸入管和氮氣輸出管之間設有膨脹機，膨脹機上連接有控制膨脹機轉速的制動器；所述主換熱器內設有輸入管道、單一氣體輸出管道以及混合氣體輸出管道，單一氣體輸出管道的輸入端與氮氣輸出管相連通，輸出端與氮氣穩壓罐連通，氣液混合物管道的輸入端與吸附塔的塔頂連通，輸出端與填料型精餾塔體連通，混合氣體輸出管道的輸入端與第一換熱器的頂端連通，輸出端與吸附塔連通；氣液分離器分別與下冷凝蒸發器的底端和上冷凝蒸發器的側部連通，下冷凝蒸發器的側部與氮氣輸入管連通。
[0013]進一步的，所述分子篩吸附單元由吸附塔以及吸附塔與管道間連接的第一程控閥門組件組成，並由控制器實現閥門的開啟和關閉。各吸附塔採用並列連接，根據時序要求安裝若干第一程控閥門，由控制器實現閥門的開啟與關閉，幾個吸附塔在時間上互相錯開，交替吸附即可實現連續分離提純的目的。
[0014]進一步的，所述下冷凝蒸發器中盛放液態甲烷處連通有液態甲烷槽。將提純之後的甲烷液體輸送到液態甲烷槽中。
[0015]進一步的，所述輸入管道的輸入端與吸附塔之間設有過濾氣液混合物中的粉塵的過濾器。
[0016]進一步的，所述混合氣體輸出管道的輸出端與吸附塔之間設有電加熱器。混合氣經電加熱器加熱之後，進入到處於飽和狀態的吸附塔中，對該吸附塔進行活化再生。
[0017]進一步的，所述主換熱器與電加熱器之間的混合氣體輸出管道、氣液分離器與氮換熱器之間的氮氣輸入管、氣液分離器與下冷凝蒸發器的底端連通的管道、氣液分離器與上冷凝蒸發器連通的管道、氮氣輸入管與下冷凝蒸發器的側部連通的管道、氮氣輸出管與單一氣體輸出管道連通的管道以及輸入管道與填料型精餾塔體連通的管道上分別設有第二程控閥門組件，並由控制器實現閥門的開啟和關閉。
[0018]採用以上結構後，本實用新型的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置與現有技術相比，具有以下優點:充分利用了能源，可以防止垃圾填埋氣直接排入大氣導致的環境汙染和溫室效應，淨化後的垃圾填埋氣進行低溫精餾提取液態甲烷過程中所需的冷源和熱源均由氮製冷循環單元提供，是一種簡單、經濟、實用的創新，各工段的能量可實現冷、熱能量交換，能量利用率高，回收的液體甲烷純度高，達到節能減排、治理環境的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的連接結構示意圖。
[0020]其中:垃圾填埋氣穩壓罐1、垃圾填埋氣壓縮機2、吸附塔3、上冷凝蒸發器4、填料型精餾塔體5、下冷凝蒸發器6、主換熱器7、第一換熱器8、第二換熱器9、隔板10、氮氣穩壓罐11、氮氣壓縮機12、冷卻器13、氮換熱器14、氣液分離器15、氮氣輸出管16、氮氣輸入管17、膨脹機18、輸入管道19、單一氣體輸出管道20、混合氣體輸出管道21、液態甲燒槽22、過濾器23、電加熱器24。
【具體實施方式】
[0021]下面通過實施例結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
[0022]如圖1所示，本實施例提供的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，它包括預處理單元、分子篩吸附單元、主換熱器、低溫精餾塔、氮製冷循環單元以及控制器；預處理單元，包括依次連接的垃圾填埋氣穩壓罐I和垃圾填埋氣壓縮機2 ;分子篩吸附單元，由兩個並聯組成的吸附塔3吸附垃圾填埋氣中的二氧化碳和水，吸附塔3的塔底與所述預處理單元中的垃圾填埋氣壓縮機2連通；低溫精餾塔，由上冷凝蒸發器4、填料型精餾塔體5和下冷凝蒸發器6組成。
[0023]所述上冷凝蒸發器4內設有第一換熱器8，下冷凝蒸發器6內設有第二換熱器9以及將液態氮與液態甲烷分離的隔板10，隔板10的上方為液體甲烷，隔板10的下方為液氮；所述氮製冷循環單元由構成迴路的氮氣穩壓罐11、氮氣壓縮機12、冷卻器13、氮換熱器14和氣液分離器15組成,所述氮換熱器14內設有氮氣輸出管16和氮氣輸入管17，氮氣輸入管17和氮氣輸出管16之間設有膨脹機18，膨脹機18上連接有控制膨脹機轉速的制動器；所述主換熱器7內設有輸入管道19、單一氣體輸出管道20以及混合氣體輸出管道21，單一氣體輸出管道20的輸入端與氮氣輸出管16相連通,輸出端與氮氣穩壓罐11連通，輸入管道19的輸入端與吸附塔3的塔頂連通，輸出端與填料型精餾塔體5連通，混合氣體輸出管道21的輸入端與第一換熱器8的頂端連通，輸出端與吸附塔3連通；氣液分離器15分別與下冷凝蒸發器6的底端和上冷凝蒸發器4的側部連通，下冷凝蒸發器6的側部與氮氣輸入管17連通。
[0024]所述分子篩吸附單元由吸附塔3以及吸附塔與管道間連接的第一程控閥門組件組成，並由控制器實現閥門的開啟和關閉。各吸附塔3採用並列連接，根據時序要求安裝若干第一程控閥門，由控制器實現閥門的開啟與關閉，幾個吸附塔3在時間上互相錯開，交替吸附即可實現連續分離提純的目的。
[0025]所述下冷凝蒸發器6中盛放液態甲烷處連通有液態甲烷槽22。提純之後的液體甲烷進入到液態甲烷槽22中。
[0026]所述輸入管道19的輸入端與吸附塔3之間設有過濾氣液混合物中的粉塵的過濾器23。
[0027]所述混合氣體輸出管道21的輸出端與吸附塔3之間設有電加熱器24。
[0028]所述主換熱器7與電加熱器24之間的混合氣體輸出管道21、氣液分離器15與氮換熱器14之間的氮氣輸入管17、氣液分離器15與下冷凝蒸發器6的底端連通的管道、氣液分離器15與上冷凝蒸發器4連通的管道、氮氣輸入管17與下冷凝蒸發器6的側部連通的管道、氮氣輸出管16與單一氣體輸出管道20連通的管道以及輸入管道19與填料型精餾塔體5連通的管道上分別設有第二程控閥門組件，並由控制器實現閥門的開啟和關閉。
[0029]將淨化後的垃圾垃圾填埋氣貯存於垃圾填埋氣穩壓罐I中，由垃圾填埋氣壓縮機2壓縮到所需壓力，然後進入到分子篩吸附單元，脫除氣體中微量的二氧化碳和水，確保純淨的氣體參與低溫精餾，當分子篩吸附單元其中一個吸附塔3吸收的二氧化碳和水即將處於飽和狀態時，通過控制器切換到另一個吸附塔3繼續工作。在常溫分子篩吸附單元除去二氧化碳和水、在過濾器23中出去粉塵顆粒的純淨氣體進入到主換熱器7並被冷卻成氣液混合物後(其中純淨氣體中部分甲烷氣體被液化)，經輸入管道19進入填料型精餾塔體5，再利用上冷凝蒸發器4中的冷源液氮和下冷凝蒸發器6中的熱源飽和氮氣進行能量的交換，此過程中，部分飽和氮氣被冷凝成液氮從下冷凝蒸發器6的隔板10的下方流入到氣液分離器15中，部分液氮被氣化成氮氣，並將液氮的蒸發溫度控制在該工藝條件下相應的甲烷液化溫度以下，確保氣液混合物中的甲烷氣體全部冷凝液化成甲烷液體，最終在下冷凝蒸發器6的隔板10的上方得到高純度的液體甲烷，經管道輸送到液態甲烷槽22中。氣液混合物中其他未被冷凝液化的氮氣、氫氣、氧氣以及部分液氮被氣化成的氮氣從第一換熱器8中排入混合氣體輸出管道21中，其中一部分放空，其餘部分流入到電加熱器24中加熱後對處於飽和狀態的吸附塔進行活化再生，以此循環實現分子篩吸附單元連續工作。
[0030]在低溫精餾提取液體甲烷過程中所需的冷源和熱源均由氮製冷循環單元提供，氮氣由氮氣穩壓罐11進入氮氣壓縮機12，被壓縮至規定壓力後依次進入到冷卻器13和氮換熱器14中，氮氣在氮換熱器14中被冷卻到規定溫度後，抽出大部分送入到膨脹機18做膨脹製冷，膨脹製冷後的氮氣按比例分成兩路，其中一路返回氮換熱器14，另一路進入主換熱器7對淨化後的純淨氣體進行冷卻；其餘部分未進入膨脹機18的氮氣一直在氮換熱器14中冷卻至飽和狀態，飽和氮氣再按比例分成兩路，其中一路作為熱源，部分熱源被冷凝成液體進入到氣液分離器15中，另一路飽和氮氣直接進入氣液分離器15與液態氮匯合，氣液分離器15中未被液化的氣相氮氣與膨脹後的氮氣混合併按比例分配，分別進入氮換熱器14和主換熱器7進行冷量回收後返回氮氣穩壓罐11中，氣液分離器15的液態氮回流到上冷凝蒸發器4中，作為上冷凝蒸發器4的冷源。系統中的氮氣雖是循環用的，但在長期運行中會有洩漏損失，虛視實際工況進行補充。裝置中氣體的比例分配都是通過控制器控制。
【權利要求】
1.一種從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，其特徵在於:它包括預處理單元、分子篩吸附單元、主換熱器、低溫精餾塔、氮製冷循環單元以及控制器；其中， 預處理單元，包括依次連接的垃圾填埋氣穩壓罐和垃圾填埋氣壓縮機； 分子篩吸附單元，由多個並聯組成的吸附塔吸附垃圾填埋氣中的二氧化碳和水，吸附塔的塔底與所述預處理單元中的垃圾填埋氣壓縮機連通； 低溫精餾塔，由上冷凝蒸發器、填料型精餾塔體和下冷凝蒸發器組成； 氮製冷循環單元與主換熱器連通； 所述主換熱器的一端與分子篩吸附單元吸附塔的塔頂連通，主換熱器的另一端與低溫精餾塔中的上冷凝蒸發器、填料型精餾塔體連通。
2.根據權利要求1所述的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，其特徵在於:所述上冷凝蒸發器內設有第一換熱器，下冷凝蒸發器內設有第二換熱器以及將液態氮與液態甲烷分離的隔板；所述氮製冷循環單元由構成迴路的氮氣穩壓罐、氮氣壓縮機、冷卻器、氮換熱器和氣液分離器組成，所述氮換熱器內設有氮氣輸出管和氮氣輸入管，氮氣輸入管和氮氣輸出管之間設有膨脹機，膨脹機上連接有控制膨脹機轉速的制動器；所述主換熱器內設有輸入管道、單一氣體輸出管道以及混合氣體輸出管道，單一氣體輸出管道的輸入端與氮氣輸出管相連通，輸出端與氮氣穩壓罐連通，輸入管道的輸入端與吸附塔的塔頂連通，輸出端與填料型精餾塔體連通，混合氣體輸出管道的輸入端與第一換熱器的頂端連通，輸出端與吸附塔連通；氣液分離器分別與下冷凝蒸發器的底端和上冷凝蒸發器的側部連通，下冷凝蒸發器的側部與氮氣輸入管連通。
3.根據權利要求1所述的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，其特徵在於:所述分子篩吸附單元由吸附塔以及吸附塔與管道間連接的第一程控閥門組件組成，並由控制器實現閥門的開啟和關閉。
4.根據權利要求2所述的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，其特徵在於:所述下冷凝蒸發器中盛放液態甲烷處連通有液態甲烷槽。
5.根據權利要求2所述的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，其特徵在於:所述輸入管道的輸入端與吸附塔之間設有過濾氣液混合物中的粉塵的過濾器。
6.根據權利要求2所述的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，其特徵在於:所述混合氣體輸出管道的輸出端與吸附塔之間設有電加熱器。
7.根據權利要求6所述的從淨化後的垃圾填埋氣中提純甲烷液體的裝置，其特徵在於:所述主換熱器與電加熱器之間的混合氣體輸出管道、氣液分離器與氮換熱器之間的氮氣輸入管、氣液分離器與下冷凝蒸發器的底端連通的管道、氣液分離器與上冷凝蒸發器連通的管道、氮氣輸入管與下冷凝蒸發器的側部連通的管道、氮氣輸出管與單一氣體輸出管道連通的管道以及輸入管道與填料型精餾塔體連通的管道上分別設有第二程控閥門組件，並由控制器實現閥門的開啟和關閉。
【文檔編號】F25J3/02GK203443264SQ201320436475
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年7月18日 優先權日:2013年7月18日
【發明者】蔡福梅, 薄達, 夏仕屔, 吳志會, 周濤, 潘翎, 孫復初, 洪英華, 吳玲珍 申請人:杭州凱德空分設備有限公司