一種利用深冷分離的沼氣提純與生物天然氣液化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種沼氣凈化提純裝置，具體涉及一種利用深冷分離的沼氣提純與生物天然氣(LNG)液化裝置。
【背景技術】
[0002]在我國的能源結構中，煤炭仍是主要的發(fā)電燃料。燃煤電廠排放的C02、SO2, NOx,煙塵是我國大氣污染的主要來源。據(jù)不完全統(tǒng)計，燃煤電廠的NOx排放量占我國NOx排放總量的80%。電廠大氣污染物的排放對人體健康、農(nóng)作物和建筑物都產(chǎn)生了不同程度的影響，造成了巨大的經(jīng)濟損失。
[0003]沼氣作為綠色可再生能源，可以大大地減少S02、NOx、煙塵的排放。同時由于沼氣的生產(chǎn)有效地降低了有機廢棄物自然堆放過程中釋放的014的排放，有利于緩和溫室效應。據(jù)測算，每減少I噸CH4的排放，相當于減少25噸CO 2的排放。
[0004]《中華人民共和國可再生能源法》(簡稱《可再生能源法》)的通過和實施推動了包括沼氣在內(nèi)的可再生能源的發(fā)展。國家發(fā)改委已經(jīng)制訂了到2020年我國可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃和第11個五年計劃發(fā)展目標。其中，治理工農(nóng)業(yè)有機廢水的沼氣工程到2020年將達到年產(chǎn)能200億m3，按熱值計，超過了 2000萬t煤炭，其中，用于發(fā)電的沼氣約100億m3，年發(fā)電160億kWh，裝機300萬kW，年替代560萬tee (約800萬t煤炭)。在國家政策支持與能源需求增長的大背景下，發(fā)展沼氣技術將具有良好的前景。
[0005]沼氣主要成分是CH4,通常占總體積的60?70%，熱值在20930?25120kJ/m3，抗爆性能好，完全燃燒時僅剩CO2和水，是一種高熱值的清潔燃料，可用于替代天然氣或液化氣向居民集中供應，也可以作為工業(yè)原料。CH4占沼氣總體積60?70%，對沼氣進行提純凈化，去處其中大部分COjPH2S，可達到國家車用天然氣標準替代天然氣，是一種優(yōu)良的可再生能源。
[0006]在我國農(nóng)村，大量的小型沼氣池所產(chǎn)的沼氣主要是用于炊事和照明。由于裝置的簡陋分散，利用水平低下，其熱力學效率極低，沒有發(fā)揮出更大的經(jīng)濟效益。而在歐洲和北美，生產(chǎn)的沼氣通過凈化并入天然氣網(wǎng)、用于沼氣燃料電池發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)或用作汽車燃料，能產(chǎn)生更大的經(jīng)濟效益。國外很多農(nóng)場甚至將玉米、大麥、黑麥和草用來發(fā)酵產(chǎn)沼氣，因為沼氣發(fā)電的利潤比養(yǎng)殖牲畜的利潤更大。由于國情原因，我國厭氧產(chǎn)沼技術和后續(xù)的應用工程工藝技術都比較落后，導致了我國在沼氣利用上停留在一種低效率生產(chǎn)，低經(jīng)濟價值利用的階段。如果把熱值低、規(guī)模小、經(jīng)濟性差、后端產(chǎn)業(yè)鏈延伸性差的沼氣集中、分離、提純、加工成是生物天然氣，同時利用副產(chǎn)品的0)2和SO2，可以極大的增大企業(yè)盈利的空間和商業(yè)運營范圍。
[0007]沼氣中的主要成分CH4、H2S、C02等具有差異較大的凝沸點，故可利用冷卻方法將其分離。深冷分離不僅可直接將沼氣制作成便于運輸?shù)囊夯烊粴?LNG)，也可同時可除去水分、CO2, H2S等雜質(zhì)并加以回收利用，不需要為脫水、脫硫環(huán)節(jié)另設裝置，是實現(xiàn)沼氣的提純與高值利用的有效方式?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0008]本實用新型的目的在于提供一種利用深冷分離的沼氣提純與生物天然氣液化裝置，該裝置通過變壓冷卻脫除沼氣中的水分，通過液氮冷凍脫除沼氣中的硫化氫與二氧化碳并加以進一步分離回收，并利用液氮液化提純的甲烷氣體，同時制取生物LNG。
[0009]本實用新型是通過以下技術方案實現(xiàn)的:一種利用深冷分離的沼氣提純與生物天然氣液化裝置，其特征在于，該裝置包括由脫水干燥單元、凈化提純單元和甲烷液化單元組成；所述脫水干燥單元包括沼氣壓縮機、沼氣-冷水換熱器和氣水分離器，所述沼氣壓縮機的進口與沼氣源通過管線連接，其出口與所述沼氣-冷水換熱器的熱流體進口通過管線連接；所述沼氣-冷水換熱器的熱流體出口與所述氣水分離器的進口通過管線連接，其冷流體進口與冷卻水源通過管線連接，其冷流體出口與冷卻水循環(huán)系統(tǒng)通過管線連接；所述氣水分離器的液體出口與沼氣脫除水處理裝置或環(huán)境水體通過管線連接；所述凈化提純單包括沼氣-冷氮換熱器、回冷換熱器、甲烷分離器、二氧化碳-硫化氫膨脹閥和二氧化碳-硫化氫分離器，所述沼氣-冷氮換熱器的熱流體進口與所述氣水分離器的氣體出口通過管線連接，其熱流體出口與所述回冷換熱器的熱流體進口通過管線連接，其冷流體出口與氮氣回收處理裝置或大氣通過管線連接；所述回冷換熱器的熱流體出口與所述甲烷分離器的進口通過管線連接，其冷流體出口通過管線和所述二氧化碳-硫化氫膨脹閥與所述二氧化碳-硫化氫分離器的進口連接；所述二氧化碳-硫化氫分離器的液體出口與硫化氫收集利用裝置通過管線連接，其固體出口與干冰收集利用裝置通過傳送帶連接；所述甲烷分離器的液體出口與所述回冷換熱器的冷流體進口通過管線連接；所述甲烷液化單元包括液氮-甲烷換熱器，所述液氮-甲烷換熱器的熱流體進口與所述甲烷分離器的氣體出口通過管線連接，其熱流體出口與LNG收集利用裝置通過管線連接，其冷流體進口與液氮源通過管線連接，其冷流體出口與所述沼氣-冷氮換熱器的冷流體進口通過管線連接。
[0010]在一個優(yōu)選的實施例中，所述沼氣-冷水換熱器、沼氣-冷氮換熱器、回冷換熱器和液氮-甲烷換熱器為板式換熱器，所述甲烷分離器為低溫氣液分離器，所述二氧化碳-硫化氫膨脹閥為低溫膨脹閥，所述二氧化碳-硫化氫分離器為低溫固液離心分離器。
[0011]本實用新型利用液氮液化分離出的甲烷氣體，制取生物LNG。同時利用沼氣各組分在特定壓力下液化點的不同，對沼氣進行脫水，并利用冷氮的剩余冷量同時脫除二氧化碳與硫化氫。本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0012](I)通過單一換熱流程同時實現(xiàn)生物LNG的制取與二氧化碳、硫化氫的回收利用，
裝置緊湊。
[0013](2)流程不涉及化學反應，不需頻繁更換吸附劑、吸收劑等，運行可靠，維護簡單。
[0014](3)裝置利用二氧化碳與硫化氫在特定壓力下三相點的區(qū)別，將二氧化碳與硫化氫混合物中的二氧化碳以干冰形式脫離，實現(xiàn)二氧化碳與硫化氫的高效分離利用。且分離出的產(chǎn)品處于易于儲運的低溫低壓狀態(tài)，附加值較高。
[0015](4)工藝中的液氮可使用LNG氣化時制取的冷能空分的產(chǎn)品，實現(xiàn)能量的循環(huán)再用，從而節(jié)約寶貴的電能，具有節(jié)能減排的社會經(jīng)濟效益。
[0016](5)本發(fā)明適用范圍廣，運行可靠，可用于實現(xiàn)大中型沼氣項目的產(chǎn)品的高值利用。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0018]圖中標記如下:
[0019]I脫水干燥單元，11沼氣壓縮機，12沼氣-冷水換熱器，13氣水分離器，2凈化提純單元，21沼氣-冷氮換熱器，22回冷換熱器，23甲烷分離器，24 二氧化碳-硫化氫膨脹閥，25 二氧化碳-硫化氫分離器，3甲烷液化單元，31液氮-甲烷換熱器，B1GAS沼氣入口，WI冷卻水入口，WO冷卻水出口，WATER脫除水出口，H2