[发明专利]一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺及系统

说明书

技术领域

本发明涉及沼气净化提纯技术领域，具体涉及一种高效双级膜法沼气净化提纯工 艺及系统。

背景技术

为了应对能源短缺和环境恶化，近年来世界各国都大力推动可再生能源和清洁能 源的开发与利用．沼气是有机废弃物（如城市污泥、畜禽粪便、餐厨垃圾、绿化垃圾等）经过 厌氧发酵生成的，是一种宝贵的可再生清洁能源。沼气经过净化提纯后可以与石化天然气 相媲美，被称为生物天然气。

沼气的主要成分为CH₄和CO₂，还含有少量水蒸气和硫化氢，沼气中CH₄和CO₂的分离 是沼气转生物天然气的关键，沼气提纯领域常用的CH₄和CO₂分离技术包括变压吸附法、水洗 法、化学吸收法、深冷分离法以及膜分离法。变压吸附法、水洗法和化学吸收法由于设备和 技术工艺比较成熟，在沼气提纯领域的市场份额超过９０％。气体分离膜技术最近几年中发 展迅速，目前，在沼气提纯领域的市场份额已经升至５％。与其它几种分离方法相比，气体分 离膜技术的优势包括设备紧凑，占地面积小；处理规模可大可小；操作简单灵活，可连续也 可以间断运行；维修保养容易；不使用化学试剂和水；不会造成环境污染等。因此气体分离 膜法被认为是未来大中型沼气工程中制备生物天然气的一种非常有潜力的技术。现有的膜 分离沼气提纯工艺的气体渗透性处理不够成熟；系统长期稳定性不好；膜处理后的沼气净 化效果不好。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上的不足而提供的一种设备紧凑，占地面积小；处理 规模灵活；沼气浓缩提纯效率高，甲烷气体浓度97.5%以上、操作简单，节能环保、维修保养 容易的高效双级膜法沼气净化提纯工艺及系统。

本发明的技术方案包括：一种高效双级膜法沼气净化提纯工艺，其包括以下步骤：

（1）原料在厌氧罐体内经过厌氧菌种的发酵生成沼气，通过保温和热交换系统控制厌 氧罐体内温度在35-38℃；

（2）沼气经过压缩机压缩后进入一级过滤，滤除粉尘及颗粒杂质，使过滤精度达到25μ m，经过一级过滤后的沼气进入脱水装置去除沼气中的水分，再进入脱硫装置去除沼气中的 H₂S；

（3）经过净化后的沼气先进入加热器进行加热，沼气温度控制在45-50℃，同时，控制沼 气流速为250-350Nm³/hr，压力为0.8-1mpa；

（4）经过步骤（3）处理后的沼气先进入一级膜管进行一阶膜分离，对沼气进行分离提 纯，提纯后的CH₄含量为97.5-98.5%，同时渗透气体从一级膜管中排出后经过压缩机进入二 级膜管进行二阶膜分离，经二级膜管提纯后的CH₄返回一级膜管，经二级膜管处理后的渗透 气体作为排放气从二级膜管排放；

（5）净化后的CH₄气体，储存在双层膜气柜内，双层膜气柜连接发电机进行发热，同时余 热返回到厌氧罐，控制厌氧罐内温度为35-38℃，达到系统的能量平衡，且双层膜气柜内的 CH₄气体可以通过生产车间压缩制作成为天然气产品。

一种用于高效双级膜法沼气净化提纯工艺的系统，其包括厌氧罐、一级过滤装置、 脱水装置、脱硫装置、加热器、一级膜管、二级膜管、双层膜气柜和发电机；厌氧罐和一级过 滤装置之间设有压缩机，一级过滤装置与脱水装置相连，脱水装置和脱硫装置相连，脱硫装 置和加热器相连，加热器和一级膜管的进口处相连，一级膜管的出口处和双层膜气柜均相 连，一级膜管的渗透气出口处和二级膜管的进气口相连，一级膜管和二级膜管之间设有压 缩机，二级膜管的出口处与一级膜管的进口处相连，双层膜气柜与发电机相连，所述发电机 与厌氧罐相连。

优选地，脱水装置采用冷分离法脱水系统，其压力控制在1-1.5mpa。

优选地，脱硫装置采用生物脱硫法脱硫，选用无色硫细菌。

优选地，一级膜管和二级膜管的内部均采用无机气相膜。

本发明的有益效果：

（1）设有一级过滤，滤除粉尘及颗粒杂质，使过滤精度达到25μm，避免粉尘及颗粒杂质 对后续的各系统机械造成损坏，特别是避免粉尘及颗粒杂质对一级膜管和二级膜管造成污 染，影响净化提纯的效果；