本发明专利技术属于气体分离领域，尤其涉及一种用于沼气燃烧脱氧的节能装置及其工艺，该装置由气源控制与气体计量部分、气固反应部分、热交换部分、数据采集与阀门控制部分以及辅助装置五部分组成。采用催化碳燃烧脱氧剂低温脱除沼气中的微量氧气。采用换热设备吸收尾气预热，通过温度检测对原料气进行选择性加热，实现反应器内部的间歇性升温，合理利用反应器中的余热，以降低工艺能耗。利用本发明专利技术装置，可在较低温度下实现低能耗沼气脱氧。
【技术实现步骤摘要】
一种用于沼气低温燃烧脱氧的节能装置及其工艺
本专利技术属于气体分离领域，尤其涉及一种用于沼气低温燃烧脱氧的节能装置及其工艺。
技术介绍
沼气多种气体的混合物，属于可再生清洁能源。沼气中主要成分是甲烷，约占50%~70%，其余为二氧化碳、氮气、氢气、氧气、硫化氢等，其特性与天然气相似，净化后可直接作为燃气使用。虽然沼气中只含有微量的氧气，但是甲烷容易发生爆炸，导致沼气在压缩液化以及管道运输过程中存在极大的安全隐患。目前国内沼气大多直接用于燃烧，利用价值较低，不适于储存与运输，因而无法实现产业化。只有脱除沼气中的微量氧气，沼气才能得到进一步的加工与利用。现有的气体脱氧专利技术可以分为物理脱氧法、化学脱氧法、生物脱氧法。其中物理脱氧包括变压吸附、低温精馏、膜分离以及分子筛吸附等，生物脱氧法通过微生物的呼吸作用实现氧含量的降低。由于沼气中的氧含量较低(仅为2%~Ο.5%)，且沼气成分复杂，因而物理脱氧法和生物脱氧法无法实现氧气的深度安全脱除。目前，可用于沼气的化学脱氧法主要有催化加氢脱氧和燃烧脱氧。其中燃烧脱氧又分为催化甲烷燃烧脱氧以及碳燃烧脱氧。催化加氢脱氧法中的催化剂为贵族金属，因而初期投资大，且极易受到沼气中杂质的污染导致催化剂失活。此外，催化加氢法还需要稳定氢源的持续供应，并且需要保证氢气与沼气的充分混合，因而增加了净化设备的复杂程度以及净化工艺的安全隐患。中国专利CN101104825B介绍了催化甲烷燃烧的方法，设备简单，但所需反应温度较高(500°C左右)，因而增加了工艺的能耗以及甲烷裂化的风险。专利CN202968507U介绍了等离子体催化甲烷氧化的脱氧装置，脱氧可在·常温常压下进行，但是需要高压电源，因而存在安全隐患，此外该装置处理气量较小，不适宜产业化推广。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述脱氧技术的不足，提供一种能够低能耗运行，安全生产的沼气低温燃烧脱氧的节能装置及其工艺。本专利技术的技术方案是:一种用于沼气低温燃烧脱氧的节能装置，该装置利用催化碳燃烧脱氧剂实现碳的低温燃烧，从而脱除氧气，并对待脱氧气体交替供热，从而更加有效地利用反应器余热以及反应热降低能耗。该装置由气源控制与气体计量部分、气固反应部分、热交换部分、数据采集与阀门控制部分以及辅助装置五部分组成； 所述的气源控制与气体计量部分包括总阀门、气源流量计、产品气流量计组成； 所述的气固反应部分包括脱氧反应器A、脱氧反应器B、阀门Al、阀门A2、阀门BI和阀门B2 ;脱氧反应器A与脱氧反应器B构造及功能完全相同；所述的热交换部分包括换热器、蒸汽锅炉和冷凝器； 所述的数据采集与阀门控制装置包括热电偶A、温度传感器A、温度传感器B、热电偶B、压力传感器、数据采集与阀门控制电路板、上位计算机； 所述辅助装置由三通分流阀、除尘器、真空泵组成； 其中，所述阀门Al和阀门A2的一端与所述脱氧反应器A的进气口连接，所述阀门BI和阀门B2的一端与所述脱氧反应器B的进气口连接，所述阀门A2和阀门BI的另一端与所述蒸汽锅炉的一端连接，所述阀门Al和阀门B2的另一端与所述三通分流阀其中一个出气口连接，所述蒸汽锅炉的另一端与所述三通分流阀另一个出气口连接，所述三通分流阀的进气口与所述换热器的出气口连接，所述换热器的进气口通过所述气源流量计和总阀门与带脱氧沼气的气源连接；所述脱氧反应器A与脱氧反应器B的出气口通过管路与所述除尘器的一端连接，所述除尘器的另一端通过所述压力传感器和所述真空泵与所述换热器连接，所述换热器与所述冷凝器连接，所述冷凝器的出气口上设置所述产品气流量计； 所述热电偶A设置所述脱氧反应器A内，所述温度传感器A与所述热电偶A连接，所述热电偶B设置在所述脱氧反应器B内，所述温度传感器B与所述热电偶B连接，所述气源流量计、温度传感器A、温度传感器B、阀门Al、阀门A2、阀门B1、阀门B2、总阀门、压力传感器、产品气流量计通过数据线与所述数据采集与阀门控制电路板连接，所述数据采集与阀门控制电路板通过数据线与所述上位机算计连接。进一步，该装置还包括温度报警器，所述温度报警器与所述阀门控制电路板连接。进一步，所述换热器为金属板式换热器。 进一步，所述三通分流阀的两路出口开度相同，即流出气体流量相同。进一步，所述脱氧反应器A与脱氧反应器B内部填充有等量的碳基催化燃烧脱氧剂；所述脱氧反应器A与脱氧反应器B外部均设有保温层。进一步，所述热电偶A与热电偶B为K型热电偶，热电偶保护外套耐热温度应在500 0C ~1200。。。进一步，所述真空泵为油封滑片式真空泵，其绝对真空度低于0.1Pa0本专利技术的另一目的是提供上述装置的工艺，具体包括以下步骤: 步骤1:首先，将一定等量的催化碳燃烧脱氧剂置于沼气脱氧反应器A、沼气脱氧反应器B腔体内部填料区内，关闭总阀门，打开阀门Al、阀门A2、阀门B1、阀门B2，利用真空泵将装置抽真空检验气密性； 步骤2:确认装置气密性良好后，上位机计算机通过数据采集与阀门控制电路板控制关闭阀门A2、阀门B1、阀门B2，启动蒸汽锅炉，待蒸汽锅炉升温至300η80?后，上位机计算机通过数据采集与阀门控制电路板控制打开总阀门，待脱氧沼气体的以2m3/min流量流进蒸汽锅炉加热，继而通过阀门Al进入脱氧反应器A内，待脱氧沼气体中的氧气与脱氧剂发生燃烧反应，氧含量降低至标准值< 0.5%以下，同时伴随有反应热的生成，气体以及反应器内部开始升温，脱氧沼气在真空泵的作用下流经除尘器，进入换热器与待脱氧沼气进行热交换，脱氧沼气此后流入冷凝器降温后排出，继而进行下一步净化流程，与此同时，待脱氧沼气经预热后，重复上述过程，反应热不断累积，使脱氧反应器A不断上升； 步骤3:待上位机计算机17通过温度传感器A和热电偶A检测到脱氧反应器A内温度上升至400°C时，通过数据采集与阀门控制电路板控制阀门A2和阀门B2打开，阀门Al关闭，阀门BI保持关闭，同时，总阀门增大开度，进气流量为步骤2中的待脱氧沼气体进入所述蒸汽锅炉流量的二倍，待脱氧沼气经换热器预热后流经三通分流阀，一半气体通过阀门A2直接进入脱氧反应器A内进行脱氧；另一半气体流入蒸汽锅炉继续加热，然后通过阀门B2进入脱氧反应器B进行脱氧，脱氧后的沼气经除尘器除尘，此后流经真空泵，进入换热器换热，进而进入冷凝器冷凝降温后排出，开始下一步净化流程；此过程中，脱氧反应器A中入口处气体温度较低，脱氧反应器A内温度较高，且反应持续放热，因而脱氧反应器A内温度缓慢下降；而脱氧反应器B入口处气体温度较高，脱氧反应器B内热量持续累积，脱氧反应器B内温度持续上升； 步骤4:待上位机计算机通过温度传感器A和热电偶A检测到脱氧反应器A内温度低于240°C时，通过数据采集与阀门控制电路板控制阀门Al、阀门BI打开，阀门A2关闭，阀门B2关闭，此后，经预热的沼气一部分直接流入较高温度的脱氧反应器B中直接进行脱氧，一部分经蒸汽锅炉加热后流入脱氧反应器A中进行脱氧，脱氧后的沼气经除尘器、真空泵、换热器，最后进入冷凝器冷凝降温后排出，开始下一步净化流程，此过程，脱氧反应器A内温度逐渐上升，脱氧反应器B内温度缓慢下降； 步骤5:待上位机计算机通过温度传感器B和热电偶B检测到脱氧反应器B内温度低于24本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于沼气低温燃烧脱氧的节能装置,其特征在于，该装置由气源控制与气体计量部分、气固反应部分、热交换部分、数据采集与阀门控制部分以及辅助装置五部分组成；所述的气源控制与气体计量部分包括总阀门（19）、气源流量计（1）、产品气流量计（15）组成；?所述的气固反应部分包括脱氧反应器A（5）、脱氧反应器B（10）、阀门A1（20）、阀门A2（21）、阀门B1（22）和阀门B2（23）；脱氧反应器A（5）与脱氧反应器B（10）构造及功能完全相同；所述的热交换部分包括换热器（2）、蒸汽锅炉（4）和冷凝器（14）；所述的数据采集与阀门控制装置包括热电偶A（6）、温度传感器A（7）、温度传感器B（8）、热电偶B（9）、压力传感器（12）、数据采集与阀门控制电路板（16）、上位计算机（17）；所述辅助装置由三通分流阀（3）、除尘器（11）、真空泵（13）组成；其中，所述阀门A1和阀门A2的一端与所述脱氧反应器A（5）的进气口连接，所述阀门B1和阀门B2的一端与所述脱氧反应器B（10）的进气口连接，所述阀门A2和阀门B1的另一端与所述蒸汽锅炉（4）的一端连接，所述阀门A1和阀门B2的另一端与所述三通分流阀（3）其中一个出气口连接，所述蒸汽锅炉（4）的另一端与所述三通分流阀（3）另一个出气口连接，所述三通分流阀（3）的进气口与所述换热器（2）的出气口连接，所述换热器（2）的进气口通过所述气源流量计（1）和总阀门（19）与带脱氧沼气的气源连接；所述脱氧反应器A（5）与脱氧反应器B（10）的出气口通过管路与所述除尘器（11）的一端连接，所述除尘器（11）的另一端通过所述压力传感器（12）和所述真空泵（13）与所述换热器（2）连接，所述换热器（2）与所述冷凝器（14）连接，所述冷凝器（14）的出气口上设置所述产品气流量计（15）；所述热电偶A（6）设置所述脱氧反应器A（5）内，所述温度传感器A（7）与所述热电偶A（6）连接，所述热电偶B（9）设置在所述脱氧反应器B（10）内，所述温度传感器B（8）与所述热电偶B（9）连接，所述气源流量计（1）、温度传感器A（7）、温度传感器B（8）、阀门A1（20）、阀门A2（21）、阀门B1（22）、阀门B2（23）、总阀门（19）、压力传感器（12）、产品气流量计（15）通过数据线与所述数据采集与阀门控制电路板（16）连接，所述数据采集与阀门控制电路板（16）通过数据线与所述上位机算计（17）连接。...
【技术特征摘要】
1.一种用于沼气低温燃烧脱氧的节能装置，其特征在于，该装置由气源控制与气体计量部分、气固反应部分、热交换部分、数据采集与阀门控制部分以及辅助装置五部分组成； 所述的气源控制与气体计量部分包括总阀门(19)、气源流量计(I)、产品气流量计(15)组成； 所述的气固反应部分包括脱氧反应器A (5)、脱氧反应器B (10)、阀门Al (20)、阀门A2 (21)、阀门BI (22)和阀门B2 (23);脱氧反应器A (5)与脱氧反应器B (10)构造及功能完全相冋； 所述的热交换部分包括换热器(2)、蒸汽锅炉(4)和冷凝器(14); 所述的数据采集与阀门控制装置包括热电偶A (6)、温度传感器A (7)、温度传感器B(8)、热电偶B (9)、压力传感器(12)、数据采集与阀门控制电路板(16)、上位计算机(17); 所述辅助装置由三通分流阀(3 )、除尘器(11 )、真空泵(13 )组成； 其中，所述阀门Al和阀门A2的一端与所述脱氧反应器A (5)的进气口连接，所述阀门BI和阀门B2的一端与所述脱氧反应器B (10)的进气口连接，所述阀门A2和阀门BI的另一端与所述蒸汽锅炉(4)的一端连接，所述阀门Al和阀门B2的另一端与所述三通分流阀(3)其中一个出气口连接，所述蒸汽锅炉(4)的另一端与所述三通分流阀(3)另一个出气口连接，所述三通分流阀(3)的进气口与所述换热器(2)的出气口连接，所述换热器(2)的进气口通过所述气源流量计(I)和总阀门(19)与带脱氧沼气的气源连接；所述脱氧反应器A(5)与脱氧反应器B (10)的出气口通过管路与所述除尘器(11)的一端连接，所述除尘器(11)的另一端通过所述压力传感器(12)和所述真空泵(13)与所述换热器(2)连接，所述换热器(2)与所述冷凝器(14)连接，所述冷凝器(14)的出气口上设置所述产品气流量计(15)； 所述热电偶A (6)设置所述脱氧反应器A (5)内，所述温度传感器A (7)与所述热电偶A (6)连接，所述热电偶B (9)设置在所述脱氧反应器B (10)内，所述温度传感器B (8)与所述热电偶B (9)连接，所述气源流量计(I)、温度传感器A (7)、温度传感器B (8)、阀门Al (20)、阀门A2 (21)、阀门BI (22)、阀门B2 (23)、总阀门(19)、压力传感器(12)、产品气流量计(15)通过数据线与所述数据采集与阀门控制电路板(16)连接，所述数据采集与阀门控制电路板(16)通过数据线与所述上位机算计(17)连接。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，该装置还包括温度报警器(18)，所述温度报警器(18 )与所述阀门控制电路板(16 )连接。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述换热器(2)为金属板式换热器。4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述三通分流阀(3)的两路出口开度相同，即流出气体流量相同。5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述脱氧反应器A(5)与脱氧反应器B (10)内部填充有等量的碳基催化燃烧脱氧剂；所述脱氧反应器A (5)与脱氧反应器B(10)外部均设有绝热层，所述绝热层为石英棉。6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述热电偶A(6)与热电偶B (9)为K型热电偶，热电偶保护外套耐热温度应在500°C~1200°C。7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述真空泵(13)为油封滑片式真空泵，其绝对真空...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘应书，李皓琰，张辉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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