一种沼气净化多阶级联膜分离装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种沼气净化多阶级联膜分离装置，包括依次通过管道连通的沼气储罐、增压风机、U型干燥器、脱硫系统、分配器和膜分离系统，所述的膜分离系统设置有两个出口，分别为渗透气出口和非渗透气出口，渗透气出口与CO2回收装置相连，非渗透气出口与产品气储罐相连，产品气储罐与环泵设备相连。先将沼气储罐中发酵富集的沼气通过增压风机加压后，进入U型干燥器脱湿除油干燥后，再经过脱硫系统脱除H2S，再由分配器将沼气分配进入膜分离系统管路中，通过环泵设备抽真空，增强传质分离效率和提高CH4的渗透率，达到有效分离净化沼气的目的，同时中空纤维膜经过多重抗塑化处理，延长膜使用寿命，降低能耗，节省投资。

A multi class membrane separation device for biogas purification

The utility model provides a multi class combination biogas purification membrane separation device, which are connected through pipes of the biogas tank, booster fan, U type dryer, desulfurization system, distributor and membrane separation system, membrane separation system is arranged in the two exports, respectively, exports and non permeable gas permeability gas outlet gas export and CO2, permeability recovery device is connected, non permeable gas storage tank connected with product export, product gas storage tank is connected with the pump device. The biogas fermentation biogas tank through the enrichment of booster fan pressure after entering U type dryer drying oil after drying, and then after removal of H2S desulfurization system, then the distributor will biogas distribution into the membrane separation system in the pipeline, through ring pump vacuum equipment, enhance the separation efficiency and improve the permeability of CH4. To achieve effective separation and purification of biogas, and hollow fiber membrane after multiple anti plasticizing treatment, prolong the service life of the membrane, reducing energy consumption, saving investment.

【技术实现步骤摘要】
一种沼气净化多阶级联膜分离装置
本技术属于沼气净化提纯
，具体涉及一种沼气净化多阶级联膜分离装置。
技术介绍
沼气是指有机物厌氧降解所产生的一种混合气体，其主要成分为甲烷(约占40～70％)和二氧化碳(约30～60％)，另外还含有少量的硫化氢、水分、氨、硅氧烷、氮气、氧气和灰尘等成分。二氧化碳在沼气中含量高，不仅降低了沼气的热值和燃烧势，而且对天然气管道腐蚀作用，因此，实现沼气中二氧化碳和甲烷的分离，是将沼气转化为生物天然气的关键。沼气提纯领域常用的CO2/CH4分离技术包括变压吸附法(PSA)、水洗法、化学吸收法、深冷分离法以及膜分离法，其中变压吸附法、水洗法、化学吸收法由于设备和技术工艺比较成熟，在沼气提纯领域的市场份额较大，但由于变压吸附法分离CO2/CH4的工艺流程较为复杂，设备投资较大；水洗法和化学吸收法以及深冷分离法对于设备耐腐蚀性等方面的技术要求高，设备技术要求和投资较高。中国专利CN101884871A公开了一种二氧化碳净化及沼气甲烷分离的设备与方法，该专利采用的是变压吸附法分离CO2/CH4，该方法是在压力下驱动二氧化碳在蜂巢状填料上被吸附，填料为经过改性的活性炭和改性的沸石，甲烷不被吸附，得到较为纯净的甲烷气体，再利用真空负压抽吸二氧化碳脱附，再生吸附剂，该方法的工艺流程较为复杂，多塔连续操作，设备投资和建设用地较大，阀门频繁关闭和开启，维修费用高，在节能和环保方面有待提高。水洗法是以水为溶剂，根据二氧化碳和甲烷在水中溶解性的差异来达到气体分离的目的，在低温、高压下二氧化碳比甲烷的溶解性更好。在吸收塔，二氧化碳溶解在水中，而甲烷在气相浓度增加，直至达到提纯产品标准后从吸收塔塔顶排出进入后续工艺，离开吸收塔的水被送到闪蒸罐，回收溶解在水中的部分甲烷后，进入解吸塔与空气逆流接触，二氧化碳被释放出来，水得以再生，再生后的水循环回吸收塔继续吸收操作。水洗工艺，大规模项目投资较少，但是需要预先脱硫和后处理干燥工艺；再生工艺增加能耗；定期会有一定量的废水排放。如中国专利CN102101001A公开了一种水溶解法脱除沼气中二氧化碳和硫化氢的设备及方法，利用二氧化碳和硫化氢在水中的溶解度高于甲烷在水中的溶解度的原理，在0.8-1.2Mpa下，进行吸收，得到甲烷；减压再生，空气吹脱，水可循环利用。该方法比较简单，甲烷收率较高，易于工程实施，但再生过程中的硫化氢气体没有得到处理，易造成二次污染。化学吸收法是采用胺液(MEA\MDEA)作为吸收剂，二氧化碳与液相中的胺发生化学反应，由于化学反应选择性很强，所以甲烷损失可低于0.1％。因二氧化碳与胺发生的是化学键合，因此要加热再生，吸收剂加热再生，能耗高；有机吸收剂由于热解或热聚合以及原料中的氧气会加速其分解等原因，有机吸收剂使用一段时间需要更换，费用较高。如中国专利CN101108988B公开了一种生物气净化设备及其净化工艺，工艺以MDEA为主溶质的多种胺为活化剂的水溶液为吸收液，采用热再生吸收液，甲烷回收率＞96％，净化气中含H2S＜5mg/m3。该法净化气纯度较高，但采用常压吸收，设备体积较大，投资较高，且采用热再生耗能较高。中国专利CN101428190A公开了一种沼气净化方法及其系统，将压力控制在低于甲烷水合物生成的压力下，使二氧化碳和硫化氢生成水合物，甲烷得到分离，再经过减压和升温，分别得到二氧化碳和硫化氢气体。该方法比较简单，但是制冷、压缩能耗较高，运行费用高。膜分离法是利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，因而在膜两侧分压差的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离。膜分离技术工艺流程简单，设备布置紧凑，节省建设用地，操作方便快捷，设备维修保养简单，无需添加化学试剂或其他对环境不友好的溶剂，不会造成环境污染，因此膜分离技术是未来大中型沼气工程中净化提纯生物天然气非常有潜力的技术。近二三十年来，国内外关于CO2/CH4分离膜的研究按照分离机理可分为气体分离膜、促进传递膜和膜吸收器，膜吸收器的分离效率和回收率很高，但需要使用水或化学试剂作为吸附剂，会对环境造成二次污染；气体膜分离技术是在压力的驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力及膜内溶解-扩散上的差异(即渗透速率差异)来对气体中的组分进行分离的过程。气体在膜两侧的压力差作用下，渗透速率相对较快的气体如水蒸气、氢气、氦气、硫化氢、二氧化碳等透过膜而在膜的渗透侧得到富集(渗透气)，而渗透速率相对较慢的气体，如甲烷、氮气、一氧化碳、氩气等则在膜的滞留侧被富集(非渗透气)，从而达到分离目的。目前，用于气体膜分离的高分子膜主要有聚烯烃、纤维素类、聚砜、聚酰亚胺、有机硅材料及聚硅酸酯等，其中聚酰亚胺中空纤维膜因具有操作压力高、通量大、分离系数高等优势而备受青睐。然而，大多数原料气中均含有一定的杂质，这些杂质在进行膜分离时会对膜的稳定性产生影响，从而使膜组件在运行一段时间后存在压降明显增大、通量显著减小、分离效率明显降低等问题，并且长期使用状态下的膜基本无法达到预期的使用寿命。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服现有技术所存在的缺陷，提供了一种沼气净化多阶级联膜分离装置，其特征在于：包括依次通过管道连通的沼气储罐、增压风机、U型干燥器、脱硫系统、分配器和膜分离系统，所述的膜分离系统设置有两个出口，分别为渗透气出口和非渗透气出口，所述的渗透气出口与CO2回收装置相连，非渗透气出口与产品气储罐相连，所述的产品气储罐与环泵设备相连。所述的环泵设备包括环泵、平衡罐和换热器，所述的环泵的输出端与平衡罐的输入端相连，平衡罐的输出端与换热器的输入端相连，换热器的输出端与环泵的输入端相连，且环泵与产品气储罐相连。所述的换热器通过管道与循环冷却水进口相连，环泵通过管道与循环冷却水出口相连。所述的膜分离系统包括多组膜分离组件，多组膜分离组件采用串联、并联或串并联多种级联组合方式设置。所述的膜分离组件由多个并联连接的中空纤维膜组成，所述的中空纤维膜采用抗塑化交联处理。所述的增压风机的出口压力不小于0.2—0.35MPa。所述的环泵的真空度为80—160mmHg或更低。所述的沼气储罐的灌顶安装有温控器、压力计，所述的压力计和流量计均连接于检测控制器上。所述的沼气储罐与增压风机之间设有流量计，所述的沼气储罐与流量计之间设有调节阀。所述的温控器连接于检测控制器上。本技术具有以下有益效果：1、本技术以聚酰亚胺中空纤维膜为例(亦可采用其他聚合膜材料)，聚酰亚胺中孔纤维膜通过高温、高压或真空等高温交联处理后，具有良好的热稳定、化学稳定性、机械性能、成膜性能外，可以选择性的降低CO2的渗透性，提高CO2/CH4的分离系数，增强膜组件的使用寿命。2、本技术膜分离组件前端采用增压风机加压，在膜分离组件后端采用环泵设备抽真空，膜分离组件在保证传质分离的效能和产品收率的同时，避免了传统的变压吸附法采用压缩机时系统压力大能耗高的问题，减少设备能耗，节省费用。3、采用多阶级联膜分离实验可得到产品气中CH4的含量不低于98vol％，收率不低于97％；同时从二阶膜分离系统侧出口得到的CO2含量不低于99.9vol％，经过低温回收处理后可以达到食品级二氧化碳标准。附图说明图1为本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沼气净化多阶级联膜分离装置，其特征在于：包括依次通过管道连通的沼气储罐(1)、增压风机(6)、U型干燥器(7)、脱硫系统(8)、分配器(9)和膜分离系统(10)，所述的膜分离系统(10)设置有两个出口，分别为渗透气出口和非渗透气出口，所述的渗透气出口与CO2回收装置(15)相连，非渗透气出口与产品气储罐(11)相连，所述的产品气储罐(11)与环泵设备相连。

【技术特征摘要】
1.一种沼气净化多阶级联膜分离装置，其特征在于：包括依次通过管道连通的沼气储罐(1)、增压风机(6)、U型干燥器(7)、脱硫系统(8)、分配器(9)和膜分离系统(10)，所述的膜分离系统(10)设置有两个出口，分别为渗透气出口和非渗透气出口，所述的渗透气出口与CO2回收装置(15)相连，非渗透气出口与产品气储罐(11)相连，所述的产品气储罐(11)与环泵设备相连。2.根据权利要求1所述的一种沼气净化多阶级联膜分离装置，其特征在于：所述的环泵设备包括环泵(12)、平衡罐(13)和换热器(14)，产品气储罐(11)与环泵(12)相连，所述的环泵(12)的输出端与平衡罐(13)的输入端相连，平衡罐(13)的输出端与换热器(14)的输入端相连，换热器(14)的输出端与环泵(12)的输入端相连。3.根据权利要求2所述的一种沼气净化多阶级联膜分离装置，其特征在于：所述的换热器(14)通过管道与循环冷却水进口(16)相连，环泵(12)通过管道与循环冷却水出口(17)相连。4.根据权利要求1所述的一种沼气净化多阶级联膜分离装置，其特征在于：所述的膜分离系统(10)包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，蒙军，张金安，杨仲林，孟凯，薛宗明，张东，谭伟，
申请(专利权)人：中国新时代国际工程公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61