專利名稱：沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法。
背景技術(shù)：
以沼氣為紐帶的各類能源生態(tài)模式工程是生態(tài)家園富民計劃的主要建設(shè)內(nèi)容。目前的沼氣工程主要有農(nóng)村戶用沼氣池、養(yǎng)殖場大中小型沼氣工程和城鎮(zhèn)生活污水沼氣凈化工程。全國沼氣池總數(shù)已達(dá)到1000多萬個，其中戶用沼氣池累計達(dá)700多萬個，所占比例最大，布局上呈星星點(diǎn)點(diǎn)式分布，沒有相對集中成片，且以一家一戶利用為目的，難以形成規(guī)模效益。規(guī)模稍大一些的畜禽養(yǎng)殖場的沼氣主要是滿足自給自用，多余的氣體因沒有其它消化途徑，往往為了沼氣池與人身安全而只好向大氣排放，造成浪費(fèi)與污染。
戶用沼氣池、中小型沼氣工程所產(chǎn)生的沼氣，一般未經(jīng)過凈化處理或進(jìn)行簡單凈化處理就直接使用，由于這種沼氣中雜質(zhì)(硫化氫、二氧化碳、水汽等)含量高，使得燃燒熱值低、有異味、灶具壽命短。即使經(jīng)過簡單的脫硫、脫水處理，這種粗放的凈化方式必然導(dǎo)致雜質(zhì)脫除率低；同時由于維護(hù)技術(shù)水平的普遍不高，使得脫硫劑、脫水劑再生困難，往往在脫硫裝置、脫水裝置使用一段時間后，就要報廢更新，增加了利用成本。國內(nèi)有識之士也曾設(shè)想將分散的沼氣收集，象液化石油氣、天然氣那樣集中供氣。但是，一方面由于沼氣池出口氣壓力低，造成收集困難，另一方面因沼氣壓力低所需儲氣柜體積大，占地廣，同時高含量的酸性氣體對儲氣設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，因此國內(nèi)大規(guī)模收集、儲存沼氣尚沒有付諸實(shí)施。就目前我國沼氣利用的現(xiàn)狀來說，如果不在工藝方法層面有所突破、創(chuàng)新，顯然短期內(nèi)不會得到很好的改觀，這種自產(chǎn)自用，利用規(guī)模小、利用率不高的狀況如果持續(xù)下去，無疑將極大限制沼氣工程的大力推廣普及。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種凈化后沼氣中甲烷含量達(dá)到70％以上、工藝簡單的沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法。
具體的工藝方法如下
沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，包括下述步驟A、水洗將待凈化沼氣由水洗罐底部的進(jìn)氣口通入罐內(nèi)，由罐頂部的出氣口排出；所述水洗罐中的水量為罐容積的1/2～2/3；B、堿洗將待凈化沼氣由堿洗罐底部的進(jìn)氣口通入罐內(nèi)，由罐頂部的出氣口排出；所述堿洗罐中的堿溶液量為罐容積的1/2～2/3；C、脫水待脫水沼氣由脫水罐底部的進(jìn)氣口通入罐內(nèi)，由罐頂部的出氣口排出；所述脫水罐內(nèi)有多層吸水篩板；D、加壓儲存脫水后沼氣經(jīng)壓縮機(jī)壓入儲氣容器，儲存壓力范圍為0.1～10MPa；E、輸送儲存在容器中的沼氣經(jīng)過減壓并通過管道輸送至用戶使用。
水洗為一個或一個以上水洗罐串聯(lián)組成多級水洗凈化工藝，即前一個水洗罐的頂部出氣口連通后一個水洗罐底部的進(jìn)氣口。
篩板材料為紙或?yàn)楣枘z或?yàn)轭w粒活性炭。
加壓儲存的沼氣經(jīng)過一次或多次降壓，將儲存容器的出口氣壓力降至0.05MPa～0.4MPa進(jìn)行管道輸送，再經(jīng)過一次降壓，把沼氣壓力降至2～5KPa，即可輸送到沼氣燃具。
堿溶液為生石灰和水的混合液，生石灰與水的質(zhì)量比為1∶3～9。按每立方米未凈化沼氣需要0.6-1.2kg生石灰量計算出需要的生石灰量(以每立方米未凈化沼氣為單位，除去二氧化碳的體積占未凈化沼氣體積的20-40％及氧化鈣的利用率按80％為計算依據(jù))。
堿溶液為氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉與水的質(zhì)量比為1∶2～10。按每立方米未凈化沼氣需要0.8-1.6kg氫氧化鈉量計算出氫氧化鈉使用量(以每立方米未凈化沼氣為單位，除去二氧化碳的體積占未凈化沼氣體積的20-40％及氫氧化鈉的利用率按80％為計算依據(jù))。
堿洗為一個或一個以上堿洗罐串聯(lián)組成多級堿洗凈化工藝，即前一個堿洗罐的頂部出氣口連通后一個堿洗罐底部的進(jìn)氣口。
經(jīng)過本發(fā)明凈化后提供的沼氣純度明顯提高，硫化氫、二氧化碳、水汽等雜質(zhì)含量顯著降低，而甲烷含量大幅度提高，沼氣中甲烷含量可達(dá)到70％以上，最高可以達(dá)95％以上，由于硫化氫含量低，燃燒無異味。同時，由于CO2的去除，也提高了單位體積沼氣的燃值。未凈化或簡單凈化的沼氣每立方米發(fā)熱量僅為20800～23600焦耳，同時燃?xì)庵?0～45％的二氧化碳雜質(zhì)將帶走大量熱量，造成燃燒熱值低，火焰局部溫度低；經(jīng)過本發(fā)明凈化后的沼氣每立方米發(fā)熱量約為27200～34000焦耳，加上熱量損失小，燃燒熱值高，火焰局部溫度高。
本發(fā)明將凈化后沼氣進(jìn)行一級或多級壓縮儲存，然后經(jīng)一級或多級調(diào)壓，并通過管道輸送至用戶或?qū)嚎s儲存的沼氣先經(jīng)車載輸送至異地后再經(jīng)一級或多級調(diào)壓，并通過管道輸送至用戶，這是一種全新的技術(shù)發(fā)明。使得氣源集中、穩(wěn)定，可以建成城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)大中小型供氣工程，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、遠(yuǎn)程、規(guī)?；墓饽繕?biāo)，因而特別適合規(guī)模化、市場化、商業(yè)化運(yùn)營。
本發(fā)明如果投入運(yùn)作，將一改過去投入成本高、浪費(fèi)嚴(yán)重、收益低的缺點(diǎn)，極大推動生態(tài)家園富民計劃的實(shí)施和新農(nóng)村建設(shè)。能夠形成沼氣產(chǎn)、供、銷一體化，管理運(yùn)營商業(yè)化的新型沼氣工程。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
實(shí)施例1沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，包括下述步驟A、水洗將待凈化沼氣由水洗罐底部的進(jìn)氣口通入罐內(nèi)，由罐頂部的出氣口排出；所述水洗罐中的水量為罐容積的1/2～2/3；水洗為一個或一個以上水洗罐串聯(lián)組成多級水洗凈化工藝，即前一個水洗罐的頂部出氣口連通后一個水洗罐底部的進(jìn)氣口。
B、脫水經(jīng)過水洗凈化后的沼氣由脫水罐底部的進(jìn)氣口通入罐內(nèi)，由罐頂部的出氣口排出；所述脫水罐內(nèi)有多層吸水篩板；篩板材料為紙或?yàn)楣枘z或?yàn)轭w粒活性炭。
沼氣經(jīng)過多層篩板的作用，將使得其中的水分被吸收、被阻擋，從而達(dá)到脫水的目的。脫水罐內(nèi)篩板可以經(jīng)干燥(曬干、涼干或烘干)后重復(fù)作用。
每次脫水罐所能脫水的量可由脫水罐的可視窗觀察篩板的吸水情況而定，當(dāng)所有篩板吸足水后可停機(jī)取出篩板進(jìn)行干燥以備再次使用。
C、加壓儲存脫水后沼氣經(jīng)壓縮機(jī)罐入儲氣容器，儲存壓力范圍為0.1～10Mpa。
D、沼氣輸送加壓儲存的沼氣經(jīng)過一次或多次降壓后即可使用。儲存容器內(nèi)的沼氣首先經(jīng)過一次或多次降壓，使得儲存容器的出口氣壓力降至0.05MPa～0.4MPa范圍內(nèi)，此壓力范圍內(nèi)的沼氣經(jīng)輸送管道輸送至調(diào)壓柜(調(diào)壓箱)或調(diào)壓閥，經(jīng)過調(diào)壓柜(調(diào)壓箱)或調(diào)壓閥的再次調(diào)壓，使得壓力從輸送過程中的0.05MPa～0.4MPa范圍內(nèi)降至2KPa～5KPa，此壓力沼氣進(jìn)入各個用戶，并使每個用戶達(dá)到所需要的使用壓力。如調(diào)至燃?xì)庠?、燃?xì)鉄崴鞯氖褂脡毫?KPa。
在上述過程中，啟動壓縮機(jī)工作后，壓縮機(jī)將抽吸沼氣池中沼氣，這樣沼氣池中產(chǎn)生的沼氣從水洗罐的底部被抽吸至罐頂部出來，使得沼氣帶動水洗罐內(nèi)水翻動，促使沼氣與水充分混合，從而除去氨氣、硫化氫及沼氣中顆粒物等雜質(zhì)。經(jīng)過水洗、脫水后的沼氣中甲烷含量可達(dá)70～85％，沼氣中氨、硫化氫及沼氣中顆粒物等雜質(zhì)可去除90％以上。
因?yàn)樗垂拗械乃昧恳褯Q定能凈化沼氣的體積，再根據(jù)壓縮機(jī)的預(yù)定壓縮氣體速率(流量)或?qū)ｉT加裝在壓縮機(jī)前的氣體流量計可以計算出已凈化沼氣體積，當(dāng)已凈化沼氣體積達(dá)到所能凈化的沼氣體積時，壓縮機(jī)停機(jī)。這時可以打開水洗罐的排液閥，排出水洗罐內(nèi)已吸收了沼氣雜質(zhì)的水，重新裝入計算好用量的水，可進(jìn)行下一輪水洗。
特別要求水洗過程中各部位的管道連接、閘閥等相關(guān)部位要密封，以防止外界空氣被吸入沼氣中。
儲氣容器可以設(shè)計成圓柱形、球形或其它形狀。單個儲氣容器的最大儲氣水容積根據(jù)設(shè)計需要確定。儲氣容器根據(jù)實(shí)際情況可以設(shè)置一個或多個。儲氣容器有氣體出口與沼氣輸送管道相連。此儲氣容器中的儲存氣可直接通過輸氣管道輸送到用戶，也可以作為可移動的儲氣容器，能用車載將此儲氣容器運(yùn)送至異地后再送到用戶。儲氣容器的設(shè)計、安裝、進(jìn)出氣管道的連接及車載運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)要求均參照國家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》GB50028-2006執(zhí)行。
另外實(shí)際沼氣輸送過程中，如果沼氣產(chǎn)生地與用戶的距離較遠(yuǎn)或因河流、山川等地形阻隔或因某種特殊原因不宜將在沼氣產(chǎn)生地凈化壓縮儲存的沼氣直接通過管道輸送至用戶，可在用戶所有地另建一個儲氣容器，用車載運(yùn)輸?shù)姆椒▽⒃谡託猱a(chǎn)生地儲有凈化沼氣的儲氣容器運(yùn)至用戶所在地的儲氣容器處，通過管道將這兩個儲氣容器連接起來，這樣可將車載運(yùn)輸?shù)恼託廪D(zhuǎn)存在用戶所在地的儲氣容器中，再經(jīng)過調(diào)壓，使得用戶所在地儲氣容器的出口氣壓力降至0.05MPa～0.4MPa范圍內(nèi)輸送至調(diào)壓柜(調(diào)壓箱)或調(diào)壓閥，再經(jīng)過調(diào)壓柜(調(diào)壓箱)或調(diào)壓閥的調(diào)壓，使得壓力從輸送過程中的0.05MPa～0.4MPa范圍內(nèi)降至2KPa～5KPa，此壓力沼氣進(jìn)入各個用戶，并使每個用戶達(dá)到所需要的使用壓力，如調(diào)至天然氣灶、天然氣熱水器的使用壓力為2KPa。
輸送過程中的輸氣管道、調(diào)壓柜(調(diào)壓箱)、調(diào)壓閥等的選擇、連接、安裝及車載運(yùn)輸儲氣容器的各項(xiàng)要求均參照國家標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》GB50028-2006執(zhí)行。
實(shí)施例2沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，包括下述步驟A、水洗水洗工藝同實(shí)施例1。
水洗后的沼氣由堿洗罐底部的進(jìn)氣口通入堿洗罐內(nèi)堿洗。
B、堿洗水洗處理后的沼氣由堿洗罐底部的進(jìn)氣口通入堿洗罐內(nèi)，由堿洗罐頂部的排氣口排出，再進(jìn)入脫水罐；堿洗罐中的堿溶液量為罐容積的1/2～2/3；堿溶液為生石灰和水的混合液，生石灰與水的質(zhì)量比為1∶3～9。按每立方米未凈化沼氣需要0.6-1.2kg生石灰量計算出需要的生石灰量(以每立方米未凈化沼氣為單位，除去二氧化碳的體積占未凈化沼氣體積的20-40％及氧化鈣的利用率按80％為計算依據(jù))。
如果凈化沼氣時采用不止1個堿洗罐，可將若干堿洗罐串聯(lián)起來，水洗后的沼氣從第一個堿洗罐底部進(jìn)入，再從頂部出來進(jìn)入第2個堿洗罐底部，沼氣依次通過多個堿洗罐堿洗，最后一個堿洗罐出氣口與脫水罐的進(jìn)氣口相連，脫水罐出氣口再與壓縮機(jī)進(jìn)氣口相連即可。
C、脫水脫水工藝同實(shí)施例1D、加壓儲存加壓儲存工藝同實(shí)施例1。
E、沼氣輸送輸送工藝同實(shí)施例1。
在上述工藝過程中，啟動壓縮機(jī)后壓縮機(jī)將抽吸水洗罐中的沼氣，這樣水洗后的沼氣從堿洗罐底被抽吸至罐頂部出來，使得沼氣帶動石灰乳在堿洗罐內(nèi)翻動并進(jìn)一步與沼氣混合，從而除去沼氣中的二氧化碳、硫化氫等雜質(zhì)。經(jīng)水洗-堿洗-脫水工藝凈化后的沼氣中甲烷含量可達(dá)80～90％，沼氣中氨、硫化氫及沼氣中顆粒物等雜質(zhì)可去除95％以上。
因?yàn)閴A洗罐中的石灰乳用量已決定能凈化沼氣的體積，再根據(jù)壓縮機(jī)的預(yù)定壓縮氣體速率(流量)或?qū)ｉT加裝在壓縮機(jī)前的氣體流量計可以計算出已凈化沼氣體積，當(dāng)已凈化沼氣體積達(dá)到所能凈化的沼氣體積時，壓縮機(jī)停機(jī)。這時可以打開堿洗罐的排液閥，排出堿洗罐內(nèi)已吸收了沼氣雜質(zhì)的石灰乳，重新裝入新的石灰乳，可進(jìn)行下一輪堿洗。
整個堿洗過程中各部位的管道連接、閘閥等相關(guān)部位均要密封，以防止空氣被吸入沼氣中。
實(shí)施例3沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，包括下述步驟A、水洗水洗工藝同實(shí)施例1。
水洗后的沼氣由堿洗罐底部的進(jìn)氣口通入堿洗罐內(nèi)堿洗。
B、堿洗水洗處理后的沼氣由堿洗罐底部的進(jìn)氣口通入堿洗罐內(nèi)，由堿洗罐頂部的排氣口排出，再進(jìn)入脫水罐；堿洗罐中的堿溶液量為罐溶積的1/2～2/3；堿溶液為氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉與水的質(zhì)量比為1∶2～10。按每立方米未凈化沼氣需要0.8-1.6kg氫氧化鈉量計算出氫氧化鈉使用量(以每立方米未凈化沼氣為單位，除去二氧化碳的體積占未凈化沼氣體積的20-40％及氫氧化鈉的利用率按80％為計算依據(jù))。
如果凈化沼氣時采用不止1個堿洗罐，可將若干堿洗罐串聯(lián)起來，水洗后的沼氣從第一個堿洗罐底部進(jìn)入，再從頂部出來進(jìn)入第2個堿洗罐底部，沼氣依次通過多個堿洗罐堿洗，最后一個堿洗罐出氣口與脫水罐的進(jìn)氣口相連，脫水罐出氣口再與壓縮機(jī)進(jìn)氣口相連即可。
C、脫水脫水工藝同實(shí)施例1D、加壓儲存加壓儲存工藝同實(shí)施例1。
E、沼氣輸送輸送工藝同實(shí)施例1。
在上述工藝過程中，啟動壓縮機(jī)后壓縮機(jī)將抽吸水洗罐中的沼氣，這樣水洗后的沼氣從堿洗罐底被抽吸至罐頂部出來，使得沼氣帶動氫氧化鈉溶液在堿洗罐內(nèi)翻動并進(jìn)一步與沼氣混合，從而除去沼氣中的二氧化碳、硫化氫等雜質(zhì)。經(jīng)水洗-堿洗-脫水工藝凈化后的沼氣中甲烷含量可達(dá)85～95％，沼氣中氨、硫化氫及沼氣中顆粒物等雜質(zhì)可去除98％以上。
因?yàn)閴A洗罐中的氫氧化鈉溶液用量已決定能凈化沼氣的體積，再根據(jù)壓縮機(jī)的預(yù)定壓縮氣體速率(流量)或?qū)ｉT加裝在壓縮機(jī)前的氣體流量計可以計算出已凈化沼氣體積，當(dāng)已凈化沼氣體積達(dá)到所能凈化的沼氣體積時，壓縮機(jī)停機(jī)。這時可以打開堿洗罐的排液閥，排出堿洗罐內(nèi)已吸收了沼氣雜質(zhì)的氫氧化鈉溶液，重新裝入新的氫氧化鈉溶液，可進(jìn)行下一輪堿洗。
整個堿洗過程中各部位的管道連接、閘閥等相關(guān)部位均要密封，以防止空氣被吸入沼氣中。
權(quán)利要求
1.沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，其特征在于包括下述步驟A、水洗將待凈化沼氣由水洗罐底部的進(jìn)氣口通入罐內(nèi)，由罐頂部的出氣口排出；所述水洗罐中的水量為罐容積的1/2～2/3；B、堿洗將待凈化沼氣由堿洗罐底部的進(jìn)氣口通入罐內(nèi)，由罐頂部的出氣口排出；所述堿洗罐中的堿溶液量為罐容積的1/2～2/3；C、脫水待脫水沼氣由脫水罐底部的進(jìn)氣口通入罐內(nèi)，由罐頂部的出氣口排出；所述脫水罐內(nèi)有多層吸水篩板；D、加壓儲存脫水后沼氣經(jīng)壓縮機(jī)壓入儲氣容器，儲存壓力范圍為0.1～10MPa；E、輸送儲存在容器中的沼氣經(jīng)過減壓并通過管道輸送至用戶使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，其特征在于所述水洗為一個或一個以上水洗罐串聯(lián)組成多級水洗凈化工藝，即前一個水洗罐的頂部出氣口連通后一個水洗罐底部的進(jìn)氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，其特征在于所述篩板材料為紙或?yàn)楣枘z或?yàn)轭w粒活性炭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，其特征在于所述加壓儲存的沼氣經(jīng)過一次或多次降壓，將儲存容器的出口氣壓力降至0.05MPa～0.4MPa進(jìn)行管道輸送，再經(jīng)過一次降壓，把沼氣壓力降至2～5KPa，即可輸送到沼氣燃具。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，其特征在于所述堿溶液為生石灰和水的混合液，生石灰與水的質(zhì)量比為1∶3～9。按凈化每立方米沼氣需要0.6-1.2kg生石灰量計算。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，其特征在于所述堿溶液為氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉與水的質(zhì)量比為1∶2～10。按凈化每立方米沼氣需要0.8-1.6kg氫氧化鈉量計算。
7.根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法，其特征在于所述堿洗為一個或一個以上堿洗罐串聯(lián)組成多級堿洗凈化工藝，即前一個堿洗罐的頂部出氣口連通后一個堿洗罐底部的進(jìn)氣口。
全文摘要
本發(fā)明涉及沼氣凈化、加壓儲存及輸送工藝方法。本發(fā)明工藝方法包括下述步驟水洗；堿洗；堿洗用堿溶液為生石灰和水的混合液，或?yàn)闅溲趸c溶液；脫水；加壓儲存；輸送。本發(fā)明提供的沼氣純度明顯提高，硫化氫、二氧化碳、水汽等雜質(zhì)含量顯著降低，而甲烷含量大幅度提高，沼氣中甲烷含量可達(dá)到70％以上，最高可以達(dá)95％以上，由于硫化氫含量低，燃燒無異味。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、遠(yuǎn)程、規(guī)?；恼託夤饽繕?biāo)，因而特別適合規(guī)?；?、市場化、商業(yè)化運(yùn)營。
文檔編號C07C7/00GK1966692SQ200610096998
公開日2007年5月23日 申請日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者劉傳芳, 黃德釗, 常文貴, 鐘煜, 陳乃富 申請人:劉傳芳, 黃德釗