一种去除沼气中二氧化碳的结构及其工艺
阅读说明：本技术 一种去除沼气中二氧化碳的结构及其工艺 (Structure and process for removing carbon dioxide in biogas ) 是由 丁飞 吴亚军 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种去除沼气中二氧化碳的结构及其工艺,包括：第一膜接触器,所述第一膜接触器一端上连接有沼气进口,所述内设有第一中空纤维膜,所述沼气进口与所述第一中空纤维膜的一外侧连通,所述第一中空纤维膜另一外侧通过吸收液传输管道与吸收液储罐连通,所述第一膜接触器通过第一中空纤维膜两外侧的气体压差选择性透过沼气中的二氧化碳气体以能够将二氧化碳气体溶解于吸收液中；这样能够有效去除沼气中的二氧化碳气体,且在常温常压条件下运行,运行成本低,安全简单,设备占地面积小。(The invention provides a structure and a process for removing carbon dioxide in biogas, comprising the following steps: the methane absorption device comprises a first membrane contactor, a second membrane contactor, a third membrane contactor, a fourth membrane contactor and a fourth membrane contactor, wherein one end of the first membrane contactor is connected with a methane inlet, a first hollow fiber membrane is arranged in the methane contactor, the methane inlet is communicated with one outer side of the first hollow fiber membrane, the other outer side of the first hollow fiber membrane is communicated with an absorption liquid storage tank through an absorption liquid transmission pipeline, and the first membrane contactor selectively penetrates carbon dioxide gas in methane through gas pressure difference between the two outer sides of the first hollow fiber membrane so as to dissolve the carbon dioxide gas in absorption liquid; therefore, the carbon dioxide gas in the biogas can be effectively removed, the biogas digester can be operated under the conditions of normal temperature and normal pressure, the operation cost is low, the biogas digester is safe and simple, and the floor area of equipment is small.)
技术领域
本发明涉及气体处理技术领域，具体涉及一种去除沼气中二氧化碳的结构及其工艺。
背景技术
畜产粪尿以及餐饮废水等有机性废弃物可以通过在消化池中的厌氧消化过程生成由大约65％的甲烷、35％的二氧化碳以及少量的硫化氢等杂质构成的沼气。
如上所述的沼气在目前主要作为发电或低级燃料使用，但是因为一般的沼气如上所述，包含较高含量的二氧化碳而具有电力生产效率低且热量调节困难的问题，从而在作为替代燃料使用时会受到诸多限制。沼气作为发电或低级燃料使用，要求沼气脱碳后二氧化碳含量CO2≤3﹪。现有的工艺是用有机胺溶液进行吸收沼气中的二氧化碳，但是用有机胺吸收的运行成本较高，且需要塔类设备，需要高温高压运行，危险程度高，投资成本高，占地面积大；因此，亟待一种去除沼气中二氧化碳的结构及其工艺的出现。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种去除沼气中二氧化碳的结构及其工艺，能够有效去除沼气中的二氧化碳气体，且在常温常压条件下运行，运行成本低，安全简单，设备占地面积小。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种去除沼气中二氧化碳的结构，包括：第一膜接触器，所述第一膜接触器一端上连接有沼气进口，所述第一膜接触器内设有第一中空纤维膜，所述沼气进口与所述第一中空纤维膜的一外侧连通，所述第一中空纤维膜另一外侧通过吸收液传输管道与吸收液储罐连通，所述第一膜接触器通过第一中空纤维膜两外侧的气体压差选择性透过沼气中的二氧化碳气体以能够将二氧化碳气体溶解于吸收液中。
本发明提供一种去除沼气中二氧化碳的结构及其工艺，能够有效去除沼气中的二氧化碳气体，且在常温常压条件下运行，运行成本低，安全简单，设备占地面积小。
作为优选技术方案，所述第一膜接触器另一端上连接有沼气出口，去除二氧化碳气体的沼气通过沼气出口排出。
作为优选技术方案，所述第一膜接触器上还设有富含二氧化碳的吸收液出口，所述富含二氧化碳的吸收液出口通过富含二氧化碳的吸收液的传输管道与解析液储罐连通。
作为优选技术方案，包括：第二膜接触器，所述第二膜接触器上设有解析液进口，所述解析液进口通过解析液输送管道与所述解析液储罐连通，所述解析液输送管道上设有第二增压泵。
作为优选技术方案，所述第二膜接触器包括：第二中空纤维膜和第二膜接触器外管，所述第二中空纤维膜的内腔与解析液进口连通，所述第二膜接触器外管套设于所述第二中空纤维膜外侧，所述第二中空纤维膜与所述第二膜接触器外管之间形成解析液流动腔。
作为优选技术方案，所述解析液进口与所述解析液流动腔连通，所述第二膜接触器上设有吹扫气体进口，所述吹扫气体进口与所述第二中空纤维膜内腔连通，所述第二中空纤维膜的内腔上设有多个第二可选择性透气微孔，所述第二可选择性透气微孔用于可选择性透过解析液中的二氧化碳气体。
作为优选技术方案，所述第二膜接触器一端设有二氧化碳气体排出口，所述二氧化碳气体排出口通过二氧化碳气体传输管道与所述第二中空纤维膜的内腔连通，所述二氧化碳气体传输管道上连接有真空泵。
作为优选技术方案，所述第二膜接触器另一端设有吸收液回收排出口，所述吸收液排出口通过吸收液回收输送管道与吸收液储罐连通。
本发明还提供一种去除沼气中二氧化碳的工艺，包括以下步骤：沼气从沼气进口进入第一中空纤维膜一外侧，吸收液储罐中的吸收溶液通过第一增压泵传输进入第一中空纤维膜另一外侧，第一膜接触器通过第一中空纤维膜两外侧的气体压差可选择性透过沼气中的二氧化碳气体，吸收溶液通过第一膜接触器传质吸收沼气中的二氧化碳气体得到富含二氧化碳的吸收液。
作为优选技术方案，还包括以下步骤：富含二氧化碳的吸收液依次通过富含二氧化碳的吸收液出口、富含二氧化碳吸收液的传输管道传输进入解析液储罐中解析得到解析液，解析液储罐中解析液通过解析液输送管道传输进入解析液流动腔内，吹扫气体通过吹扫气体进口进入第二中空纤维膜的内腔内并对其进行吹扫以能够加快将解析液中二氧化碳气体可选择性的透过第二中空纤维膜上的多个第二可选择性透气微孔进入第二中空纤维膜的内腔中，通过真空泵吸出第二中空纤维膜的内腔中的二氧化碳气体并通过二氧化碳气体排出管道排出，去除二氧化碳气体后的吸收液经过吸收液回收排出口并通过吸收液回收输送管道回收输送进吸收液储罐中。
附图说明
图1为本发明提供的一种去除沼气中二氧化碳的结构的结构图。
其中：1-沼气进口；2-沼气出口；3-第一膜接触器；4-吸收液传输管道；5-吸收液储罐；6-第一增压泵；7-富含二氧化碳的吸收液出口；8-富含二氧化碳吸收液的传输管道；9-解析液储罐；10-第二膜接触器；101-第二膜接触器外管；11-解析液进口；12-解析液输送管道；13-第二增压泵；14-吹扫气体进口；15-二氧化碳气体排出口；16-真空泵；17-二氧化碳气体排出管道；18-吸收液回收排出口；19-吸收液回收输送管道。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
可以理解，本发明是通过一些实施例达到本发明的目的。
如图1所示，本发明提供一种去除沼气中二氧化碳的结构，包括：第一膜接触器3，所述第一膜接触器3一端上连接有沼气进口1，所述第一膜接触器3内设有第一中空纤维膜，所述沼气进口1与所述第一中空纤维膜的一外侧连通，所述第一中空纤维膜另一外侧通过吸收液传输管道4与吸收液储罐5连通，所述第一膜接触器3通过第一中空纤维膜两外侧的气体压差选择性透过沼气中的二氧化碳气体以能够将二氧化碳气体溶解于吸收液中；所述第一膜接触器3另一端上连接有沼气出口2，去除二氧化碳气体的沼气通过沼气出口2排出，吸收液传输管道4上连接有第一增压泵6。
第一膜接触器3内的第一中空纤维膜是一种气体传输膜，其选择性在于只有气体能够透过，液体无法透过，因此，能够在第一中空纤维膜两侧形成气液接触；第一中空纤维膜本身对气体种类没有选择性，对气体种类的选择性在于膜两侧气体压差产生工艺，与其它膜不同，气体传输膜不是过滤过程，而是传质过程，遵循传质方程M＝KA(ΔP)，和传统的塔器相比，第一膜接触器3为在中心管外侧从里到外依次设有编织结构和中空纤维结构，第一膜接触器3传质系数(KA值)能够做到塔器的10倍，只需要极低的推动力(ΔP)就可以形成传质，因此，第一中空纤维膜两侧的气体浓度差能够小到1ppb以下，因此，解析时气体浓度能够做到1ppb以下，而吸收二氧化碳气体时吸收液的浓度能够做到最高平衡点。
如图1所示，所述第一膜接触器3上还设有富含二氧化碳的吸收液出口7，所述富含二氧化碳的吸收液出口7通过富含二氧化碳吸收液的传输管道8与解析液储罐9连通；所述第二膜接触器10上设有解析液进口11，所述解析液进口11通过解析液输送管道12与所述解析液储罐9连通，所述解析液输送管道12上设有第二增压泵13；所述第二膜接触器10包括：第二中空纤维膜和第二膜接触器外管101，所述第二膜接触器外管101套设于所述第二中空纤维膜外侧，所述第二中空纤维膜与所述第二膜接触器外管101之间形成解析液流动腔，所述第二膜接触器10上设有吹扫气体进口14，所述吹扫气体进口14与所述第二中空纤维膜内腔连通，所述第二中空纤维膜内腔设有多个第二可选择性透气微孔，所述第二可选择性透气微孔用于可选择透过解析液中的二氧化碳气体并进入第二中空纤维膜的内腔中；所述第二膜接触器10一端设有二氧化碳气体排出口15，所述二氧化碳气体排出口15通过二氧化碳气体排出管道17与所述第二中空纤维膜的内腔连通，所述二氧化碳气体排出管道17上连接有真空泵16；所述第二膜接触器10另一端设有吸收液回收排出口18，所述吸收液回收排出口18与所述第二膜接触器10连通，所述吸收液排出口18通过吸收液回收输送管道19与吸收液储罐5连通。
第二中空纤维膜是一种气体传输膜，其选择性在于只有气体可以通过，液体无法透过，第二中空纤维膜能够用于液体中添加或去除气体。
经过疏水化处理的第二中空纤维膜表面上有多个第二可选择性透气微孔，这些第二可选择性透气微孔允许气体分子穿过，却能阻挡液体分子的穿透，当解析液在第二中空纤维膜外侧流动，同时第二中空纤维膜的内腔通过真空泵16抽真空并且施加吹扫气体进行吹扫，在真空泵16抽真空或者吹扫气体吹扫的负压下，解析液中溶解的二氧化碳气体通过第二可选择性透气微孔不断向第二中空纤维膜的内腔移动，并被抽真空或者吹扫气体带走，从而达到脱除解析液中溶解气体的目的。
本发明还提供一种去除沼气中二氧化碳的工艺，沼气从沼气进口1进入第一中空纤维膜一外侧，吸收液储罐5中的吸收溶液通过第一增压泵6传输进入第一中空纤维膜另一外侧，第一膜接触器3通过第一中空纤维膜两侧的气体压差可选择性透过沼气中的二氧化碳气体，吸收溶液通过第一膜接触器3传质吸收沼气中的二氧化碳气体得到富含二氧化碳的吸收液；
富含二氧化碳的吸收液依次通过富含二氧化碳的吸收液出口7、富含二氧化碳吸收液的传输管道8传输进入解析液储罐5中解析得到解析液，解析液储罐5中解析液通过解析液输送管道8传输进入解析液流动腔内，吹扫气体通过吹扫气体进口14进入第二中空纤维膜的内腔内并对其进行吹扫以能够加快将解析液中二氧化碳气体可选择性的透过第二中空纤维膜上的多个第二可选择性透气微孔进入第二中空纤维膜内腔中，通过真空泵16吸出第二中空纤维膜内腔中的二氧化碳气体并通过二氧化碳气体排出管道17排出，去除二氧化碳气体后的吸收液经过吸收液回收排出口18并通过吸收液回收输送管道19回收输送进吸收液储罐5中进行再次利用，有效节约了能耗。
第一增压泵6和第二增压泵13的运行压力优选0.2Mpa,吸收液优选水溶液，吸收液的温度优选15-25℃。
本发明提供一种去除沼气中二氧化碳的结构及其工艺，能够有效去除沼气中的二氧化碳气体，且在常温常压条件下运行，运行成本低，安全简单，设备占地面积小。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
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