阅读说明：本技术 一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置 (Purification integrated treatment device for comprehensive purification of biogas ) 是由 张冬青 牛晓君 黄续崟 刘洋 彭绍洪 李霞 余成华 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置,包括等离子新风机、冷凝混气罐、脱硫滤床、干燥装置、稳压罐、脱碳管、压缩罐和控制器,冷凝混气罐包括两个气嘴、冷凝管、收集水槽和出气口,脱硫滤床包括多组生物填料滤层、喷淋装置、循环水槽和出气管,干燥装置包括两个平行设置的干燥剂罐和干燥剂再生器,稳压罐与两个干燥剂罐排气口连接,脱碳管包括设置在内部的中空式纤维内管,设置在纤维内管内壁上的分离膜,脱碳管外管上还连接有二氧化碳存储罐,纤维内管的排气口与压缩罐连接。(The invention provides a purification integrated treatment device for comprehensive purification of biogas, which comprises a plasma fresh air fan, a condensation gas mixing tank, a desulfurization filter bed, a drying device, a pressure stabilizing tank, a carbon-removing tube, a compression tank and a controller, wherein the condensation gas mixing tank comprises two gas nozzles, a condensation pipe, a collection water tank and a gas outlet, the desulfurization filter bed comprises a plurality of groups of biological filler filter layers, a spraying device, a circulating water tank and a gas outlet pipe, the drying device comprises two drying agent tanks and a drying agent regenerator which are arranged in parallel, the pressure stabilizing tank is connected with gas outlets of the two drying agent tanks, the carbon-removing tube comprises a hollow fiber inner tube arranged inside, a separation membrane arranged on the inner wall of the fiber inner tube, a carbon dioxide storage tank is also connected on the outer tube of the carbon-removing tube, and the gas.)

一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置

技术领域

本发明属于能源提取技术领域，具体是涉及一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置。

背景技术

沼气净化提纯就是去除沼气中的杂质组分，使之成为甲烷含量高、热值和杂质气体组分品质符合天然气标准要求的高品质CH₄。在未来，想要解决能源问题，主要的途径就是生物质能源，而这之中沼气就是一种。沼气是由一系列的专性和兼性的厌氧微生物，在缺乏氧或者是无氧的情况下，利用可以降解的生物质通过发酵而产生的，而可厌氧的发酵生物质原料更加来源广泛，例如能源作物、市政污水、污泥、牛粪等等。其中CH₄所占有的比例多少决定了沼气热值高低程度，其中H₂O和CO₂的存在，都会减少沼气的热值，当沼气热值低到一般介于22～25MJ/m³时，沼气利用将会受到限制，而经过净化和提纯处理之后，其热值则可以达到39.8MJ/m³，甚至完全可以达到至压缩天然气的基本标准，这时可以作为车用燃料来使用。

目前沼气的净化提纯技术包括四种方法，分别是吸收法、变压吸附法、低温冷凝法和膜分离方法，但是现有技术普遍存在处理较为复杂，净化提纯成本高且净化提纯效率较低，所以，设计一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置十分有必要。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置。

本发明的技术方案是：一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置，主要包括用于沼气除臭的等离子新风机，用于沼气脱水的冷凝混气罐，用于沼气脱硫的脱硫滤床，用于沼气二次脱水的干燥装置，用于暂存脱硫沼气并提供稳定压力的稳压罐，用于分离沼气中二氧化碳的脱碳管，存储净化提纯后沼气的压缩罐和控制器，

冷凝混气罐包括分别与等离子新风机出风口、厌氧消化罐沼气出气口连通的两个气嘴，分布在冷凝混气罐内壁上的冷凝管，连接在冷凝混气罐底端的收集水槽和连接在冷凝混气罐顶端的出气口，

脱硫滤床包括间隔设置的多组生物填料滤层，生物填料滤层上方的脱硫滤床内顶部设有用于向生物填料滤层喷水的喷淋装置，设置在脱硫滤床底部用于收集生物填料滤层掉落水的循环水槽，循环水槽中部还设有与出气口连通的出气管，

干燥装置包括两个平行设置的干燥剂罐，两个干燥剂罐分别与脱硫滤床的排气口通过三通球阀一连通，干燥装置还包括分别与两个干燥剂罐通过三通球阀二连通的干燥剂再生器，用于在一个干燥剂罐使用时对另一个干燥剂罐内干燥剂进行再生处理，

稳压罐通过三通球阀三分别与两个干燥剂罐排气口连接，稳压罐排气口与脱碳管连接，脱碳管包括设置在内部的中空式纤维内管，设置在纤维内管内壁上的分离膜，脱碳管外管上还连接有二氧化碳存储罐，纤维内管的排气口与压缩罐连接，

控制器分别通过继电器与新风机、营养液罐、三通球阀一、三通球阀二、干燥剂再生器、三通球阀三连接。

进一步地，等离子新风机包括设置在等离子新风机进风口用于过滤空气中粉尘的过滤器，用于提供吸力的风机和设置在送风管道内用于生成等离子电离空气的等离子发生器，等离子电离空气中的正、负离子将沼气中的臭气降解转化，达到除臭的目的。

进一步地，两个气嘴的开口相对设置，用于使等离子空气与沼气充分结合反应，提高了除臭效率。

进一步地，冷凝管通过换热器与循环水槽连接，将沼气冷凝吸收的热量用于脱硫滤床内温度的调节，实现了能源循环利用，环保节能。

进一步地，喷淋装置上还连接有用于向生物填料滤层上微生物补充营养成分的营养液罐，可以使微生物保持在最佳状态，提高脱硫效率。

进一步地，循环水槽与喷淋装置连通，用于将收集到的水循环利用，既可以形成资源循环，又可以调节脱硫滤床的温度，使微生物保持在最佳温度下。

进一步地，干燥剂再生器包括存储干燥气体的储气罐和将干燥气体压缩通入干燥剂罐的压缩机，干燥气体使用完毕后还可以通过压缩机重新回到储气罐中。

进一步地，稳压罐与干燥装置连接处设有用于实时监测干燥后沼气中硫化氢、二氧化碳和水分含量的气体分析仪，可以根据监测数据准确了解沼气净化提纯效果，及时调整装置运行状况。

本发明的工作原理是：将厌氧消化罐产生的沼气通入冷凝混气罐，同时通过等离子新风机向冷凝混气罐中通入沼气体积4-6％的等离子电离空气，等离子电离空气中的正、负离子将沼气中的臭气降解转化，达到除臭的目的，同时沼气通过接触冷凝管脱去水分，除臭脱水后的沼气通过出气管进入脱硫滤床内，沼气上升经过生物填料滤层，喷淋装置持续向生物填料滤层喷洒水，生物填料滤层上的微生物将沼气中的硫化氢氧化为硫酸盐并吸附，微生物处理过程中可通过营养液罐向微生物添加营养物质，脱硫后的沼气通过干燥装置中的一个干燥剂罐中进行干燥脱水，一个干燥剂罐使用6h后通过三通球阀一将沼气转移至通过另一个干燥剂罐，然后通过干燥剂再生器对闲置干燥剂罐中的干燥剂进行脱水再生，干燥后的沼气进入稳压罐中暂存，然后通过压力形式进入脱碳管的纤维内管中，在压力作用下，沼气中的二氧化碳通过分离膜进入二氧化碳存储罐中，净化提纯后的沼气进入压缩罐中保存。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置，通过向沼气中通入少量等离子电离空气对沼气中的臭气进行降解处理，然后通过设置冷凝管将沼气中所含的水分和热量分离，热量通过换热器为脱硫滤床微生物提供温度，并且在脱硫滤床内设置多组生物填料滤层，沼气向上通过，喷淋装置向下淋水，使微生物充分与沼气接触，提高了脱硫效率，并且将通入沼气中的少量空气消耗尽，并且设置两个干燥剂罐，可以在一个干燥剂罐使用时对另一个干燥剂罐进行再生处理，可以使干燥装置持续进行干燥处理，同时设置脱碳管，通过压力作用使二氧化碳通过分离膜，提纯沼气。总之，本发明具有结构新颖、使用方便、净化提纯效果好等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

其中,1-等离子新风机、11-过滤器、12-风机、13-等离子发生器、2-冷凝混气罐、21-气嘴、22-冷凝管、23-收集水槽、24-出气口、3-脱硫滤床、31-生物填料滤层、32-喷淋装置、33-营养液罐、34-循环水槽、35-出气管、4-干燥装置、41-干燥剂罐、42-三通球阀一、43-三通球阀二、44-干燥剂再生器、441-储气罐、442-压缩机、5-稳压罐、51-三通球阀三、6-脱碳管、61-纤维内管、62-分离膜、63-二氧化碳存储罐、7-压缩罐、8-控制器。

具体实施方式

为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对发明保护范围的限定。

实施例：如图1所示，一种用于沼气综合净化的提纯一体化处理装置，主要包括用于沼气除臭的等离子新风机1，用于沼气脱水的冷凝混气罐2，用于沼气脱硫的脱硫滤床3，用于沼气二次脱水的干燥装置4，用于暂存脱硫沼气并提供稳定压力的稳压罐5，用于分离沼气中二氧化碳的脱碳管6，存储净化提纯后沼气的压缩罐7和控制器8，

等离子新风机1包括设置在等离子新风机1进风口用于过滤空气中粉尘的过滤器11，用于提供吸力的风机12和设置在送风管道内用于生成等离子电离空气的等离子发生器13，

冷凝混气罐2包括分别与等离子新风机1出风口、厌氧消化罐(图中未示出)沼气出气口连通的两个气嘴21，两个气嘴21的开口相对设置，用于使等离子空气与沼气充分结合反应，分布在冷凝混气罐2内壁上的冷凝管22，连接在冷凝混气罐2底端的收集水槽23和连接在冷凝混气罐2顶端的出气口24，

脱硫滤床3包括间隔设置的多组生物填料滤层31，生物填料滤层31上方的脱硫滤床3内顶部设有用于向生物填料滤层31喷水的喷淋装置32，喷淋装置32上还连接有用于向生物填料滤层31上微生物补充营养成分的营养液罐33，设置在脱硫滤床3底部用于收集生物填料滤层31掉落水的循环水槽34，循环水槽34中部还设有与出气口24连通的出气管35，冷凝管22通过换热器与循环水槽34连接，将沼气冷凝吸收的热量用于脱硫滤床3内温度的调节，循环水槽34与喷淋装置32连通，用于将收集到的水循环利用，

干燥装置4包括两个平行设置的干燥剂罐41，两个干燥剂罐41分别与脱硫滤床3的排气口通过三通球阀一42连通，干燥装置4还包括分别与两个干燥剂罐41通过三通球阀二43连通的干燥剂再生器44，用于在一个干燥剂罐41使用时对另一个干燥剂罐41内干燥剂进行再生处理，干燥剂再生器44包括存储干燥气体的储气罐441和将干燥气体压缩通入干燥剂罐41的压缩机442，

稳压罐5通过三通球阀三51分别与两个干燥剂罐41排气口连接，稳压罐5与干燥装置4连接处设有用于实时监测干燥后沼气中硫化氢、二氧化碳和水分含量的气体分析仪52，稳压罐5排气口与脱碳管6连接，脱碳管6包括设置在内部的中空式纤维内管61，设置在纤维内管61内壁上的分离膜62，脱碳管6外管上还连接有二氧化碳存储罐63，纤维内管61的排气口与压缩罐7连接，

控制器8分别通过继电器与新风机1、营养液罐33、三通球阀一42、三通球阀二43、干燥剂再生器44、三通球阀三51连接。

上述实施例的工作原理是：将厌氧消化罐产生的沼气通入冷凝混气罐2，同时通过等离子新风机1向冷凝混气罐2中通入沼气体积4％的等离子电离空气，等离子电离空气中的正、负离子将沼气中的臭气降解转化，达到除臭的目的，同时沼气通过接触冷凝管22脱去水分，除臭脱水后的沼气通过出气管35进入脱硫滤床3内，沼气上升经过生物填料滤层31，喷淋装置32持续向生物填料滤层31喷洒水，生物填料滤层31上的微生物将沼气中的硫化氢氧化为硫酸盐并吸附，微生物处理过程中可通过营养液罐33向微生物添加营养物质，脱硫后的沼气通过干燥装置4中的一个干燥剂罐41中进行干燥脱水，一个干燥剂罐41使用6h后通过三通球阀一42将沼气转移至通过另一个干燥剂罐41，然后通过干燥剂再生器44对闲置干燥剂罐41中的干燥剂进行脱水再生，干燥后的沼气进入稳压罐5中暂存，然后通过压力形式进入脱碳管6的纤维内管61中，在压力作用下，沼气中的二氧化碳通过分离膜62进入二氧化碳存储罐63中，净化提纯后的沼气进入压缩罐7中保存。

实验例：利用气体分析仪分析实施例所提供处理装置对于沼气的净化提纯效果。

实验设备：Gasboard-3500气体分析仪。

实验条件：在厌氧发酵罐排气口和实施例所述处理装置的脱碳管排气口分别用Gasboard-3500气体分析仪分析处理前、后沼气组成成分与含量的变化。

实验结果：处理前沼气成分含量如表1所示，处理后沼气成分含量如表2所示。

表1处理前沼气成分含量表

表2处理后沼气成分含量表

对比例：选用两种市售的常规沼气净化提纯装置：浙江合坤生物能源科技有限公司的沼气净化提纯制天然气系统装置，简称装置A；济宁市弘景环保设备有限公司的沼气脱硫净化提纯处理设备，简称装置B，按照实施例中所示实验条件对与实验例中厌氧发酵罐产生的沼气进行净化提纯，处理前沼气成分含量与实施例中表1相同，利用气体分析仪分别分析装置A和装置B对于沼气的净化提纯后的效果，实验结果如表3、表4所示。

表3装置A处理后沼气成分含量表

表4装置B处理后沼气成分含量表

结论：由表1、2、3、4对比可以得出，实施例提供的处理装置净化、提纯效果相较于市售的处理装置效果更好。