从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，它包括预处理单元、分子筛吸附单元、主换热器、低温精馏塔、氮制冷循环单元以及控制器。这种从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置,具有以下优点：充分利用了能源，可以防止垃圾填埋气直接排入大气导致的环境污染和温室效应，净化后的垃圾填埋气进行低温精馏提取液态甲烷过程中所需的冷源和热源均由氮制冷循环单元提供，是一种简单、经济、实用的创新，各工段的能量可实现冷、热能量交换，能量利用率高，回收的液体甲烷纯度高，达到节能减排、治理环境的效果。
【专利说明】从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及气体低温精馏分离【技术领域】，特别是一种从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置。
【背景技术】
[0002]随着人口急剧增长和自然资源的不断开发，工业垃圾、生活垃圾所产生的气体严重导致全球气候变暖、威胁人类健康的问题引起世界各国科学家重视。为使将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平，防止剧烈的气候改变对人类造成伤害，在日本京都通过了《京都议定书》，规定发达国家、发展中国家承担减少碳排放量的义务，我国开始承担温室气体减排的任务。
[0003]目前，有二十多个国家的几百个垃圾填埋场安装了垃圾填埋气的回收利用装置，利用方式包括:I)直接燃烧产生蒸汽，用于生活或工业供热；2)通过内燃机发电，作为运输工具的动力燃料；3)用于二氧化碳工业；4)用于制造甲醇的原料；5)经深度净化处理后用作管道煤气等。其中发电、民用燃料和汽车燃料是三种最为普遍的利用方式。
[0004]我国出台《中国城市垃圾垃圾填埋气体收集利用国家行动方案》，垃圾填埋气的回收利用继在鞍山、杭州、南京等地起步后，得到各级领导的高度重视和支持，在全国各地广泛开发，并已成功掌握垃圾垃圾填埋气前处理技术，但多数以直接燃烧为主，近期也有利用TSA和PSA工艺回收二氧化碳和甲烷实例，但存在产品纯度低、成本高的问题。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种产品纯度高的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，它包括预处理单元、分子筛吸附单元、主换热器、低温精馏塔、氮制冷循环单元以及控制器；其中，
[0007]预处理单元，包括依次连接的垃圾填埋气稳压罐和垃圾填埋气压缩机；
[0008]分子筛吸附单元，由多个并联组成的吸附塔吸附垃圾填埋气中的二氧化碳和水，吸附塔的塔底与所述预处理单元中的垃圾填埋气压缩机连通；
[0009]低温精馏塔，由上冷凝蒸发器、填料型精馏塔体和下冷凝蒸发器组成；
[0010]氮制冷循环单元与主换热器连通；
[0011]所述主换热器的一端与分子筛吸附单元吸附塔的塔顶连通，主换热器的另一端与低温精馏塔中的上冷凝蒸发器、填料型精馏塔体连通。
[0012]进一步的，所述上冷凝蒸发器内设有第一换热器，下冷凝蒸发器内设有第二换热器以及将液态氮与液态甲烷分离的隔板；所述氮制冷循环单元由构成回路的氮气稳压罐、氮气压缩机、冷却器、氮换热器和气液分离器组成，所述氮换热器内设有氮气输出管和氮气输入管，氮气输入管和氮气输出管之间设有膨胀机，膨胀机上连接有控制膨胀机转速的制动器；所述主换热器内设有输入管道、单一气体输出管道以及混合气体输出管道，单一气体输出管道的输入端与氮气输出管相连通，输出端与氮气稳压罐连通，气液混合物管道的输入端与吸附塔的塔顶连通，输出端与填料型精馏塔体连通，混合气体输出管道的输入端与第一换热器的顶端连通，输出端与吸附塔连通；气液分离器分别与下冷凝蒸发器的底端和上冷凝蒸发器的侧部连通，下冷凝蒸发器的侧部与氮气输入管连通。
[0013]进一步的，所述分子筛吸附单元由吸附塔以及吸附塔与管道间连接的第一程控阀门组件组成，并由控制器实现阀门的开启和关闭。各吸附塔采用并列连接，根据时序要求安装若干第一程控阀门，由控制器实现阀门的开启与关闭，几个吸附塔在时间上互相错开，交替吸附即可实现连续分离提纯的目的。
[0014]进一步的，所述下冷凝蒸发器中盛放液态甲烷处连通有液态甲烷槽。将提纯之后的甲烷液体输送到液态甲烷槽中。
[0015]进一步的，所述输入管道的输入端与吸附塔之间设有过滤气液混合物中的粉尘的过滤器。
[0016]进一步的，所述混合气体输出管道的输出端与吸附塔之间设有电加热器。混合气经电加热器加热之后，进入到处于饱和状态的吸附塔中，对该吸附塔进行活化再生。
[0017]进一步的，所述主换热器与电加热器之间的混合气体输出管道、气液分离器与氮换热器之间的氮气输入管、气液分离器与下冷凝蒸发器的底端连通的管道、气液分离器与上冷凝蒸发器连通的管道、氮气输入管与下冷凝蒸发器的侧部连通的管道、氮气输出管与单一气体输出管道连通的管道以及输入管道与填料型精馏塔体连通的管道上分别设有第二程控阀门组件，并由控制器实现阀门的开启和关闭。
[0018]采用以上结构后，本实用新型的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置与现有技术相比，具有以下优点:充分利用了能源，可以防止垃圾填埋气直接排入大气导致的环境污染和温室效应，净化后的垃圾填埋气进行低温精馏提取液态甲烷过程中所需的冷源和热源均由氮制冷循环单元提供，是一种简单、经济、实用的创新，各工段的能量可实现冷、热能量交换，能量利用率高，回收的液体甲烷纯度高，达到节能减排、治理环境的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的连接结构示意图。
[0020]其中:垃圾填埋气稳压罐1、垃圾填埋气压缩机2、吸附塔3、上冷凝蒸发器4、填料型精馏塔体5、下冷凝蒸发器6、主换热器7、第一换热器8、第二换热器9、隔板10、氮气稳压罐11、氮气压缩机12、冷却器13、氮换热器14、气液分离器15、氮气输出管16、氮气输入管17、膨胀机18、输入管道19、单一气体输出管道20、混合气体输出管道21、液态甲烧槽22、过滤器23、电加热器24。
【具体实施方式】
[0021]下面通过实施例结合附图对本实用新型作进一步的描述。
[0022]如图1所示，本实施例提供的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，它包括预处理单元、分子筛吸附单元、主换热器、低温精馏塔、氮制冷循环单元以及控制器；预处理单元，包括依次连接的垃圾填埋气稳压罐I和垃圾填埋气压缩机2 ;分子筛吸附单元，由两个并联组成的吸附塔3吸附垃圾填埋气中的二氧化碳和水，吸附塔3的塔底与所述预处理单元中的垃圾填埋气压缩机2连通；低温精馏塔，由上冷凝蒸发器4、填料型精馏塔体5和下冷凝蒸发器6组成。
[0023]所述上冷凝蒸发器4内设有第一换热器8，下冷凝蒸发器6内设有第二换热器9以及将液态氮与液态甲烷分离的隔板10，隔板10的上方为液体甲烷，隔板10的下方为液氮；所述氮制冷循环单元由构成回路的氮气稳压罐11、氮气压缩机12、冷却器13、氮换热器14和气液分离器15组成,所述氮换热器14内设有氮气输出管16和氮气输入管17，氮气输入管17和氮气输出管16之间设有膨胀机18，膨胀机18上连接有控制膨胀机转速的制动器；所述主换热器7内设有输入管道19、单一气体输出管道20以及混合气体输出管道21，单一气体输出管道20的输入端与氮气输出管16相连通,输出端与氮气稳压罐11连通，输入管道19的输入端与吸附塔3的塔顶连通，输出端与填料型精馏塔体5连通，混合气体输出管道21的输入端与第一换热器8的顶端连通，输出端与吸附塔3连通；气液分离器15分别与下冷凝蒸发器6的底端和上冷凝蒸发器4的侧部连通，下冷凝蒸发器6的侧部与氮气输入管17连通。
[0024]所述分子筛吸附单元由吸附塔3以及吸附塔与管道间连接的第一程控阀门组件组成，并由控制器实现阀门的开启和关闭。各吸附塔3采用并列连接，根据时序要求安装若干第一程控阀门，由控制器实现阀门的开启与关闭，几个吸附塔3在时间上互相错开，交替吸附即可实现连续分离提纯的目的。
[0025]所述下冷凝蒸发器6中盛放液态甲烷处连通有液态甲烷槽22。提纯之后的液体甲烷进入到液态甲烷槽22中。
[0026]所述输入管道19的输入端与吸附塔3之间设有过滤气液混合物中的粉尘的过滤器23。
[0027]所述混合气体输出管道21的输出端与吸附塔3之间设有电加热器24。
[0028]所述主换热器7与电加热器24之间的混合气体输出管道21、气液分离器15与氮换热器14之间的氮气输入管17、气液分离器15与下冷凝蒸发器6的底端连通的管道、气液分离器15与上冷凝蒸发器4连通的管道、氮气输入管17与下冷凝蒸发器6的侧部连通的管道、氮气输出管16与单一气体输出管道20连通的管道以及输入管道19与填料型精馏塔体5连通的管道上分别设有第二程控阀门组件，并由控制器实现阀门的开启和关闭。
[0029]将净化后的垃圾垃圾填埋气贮存于垃圾填埋气稳压罐I中，由垃圾填埋气压缩机2压缩到所需压力，然后进入到分子筛吸附单元，脱除气体中微量的二氧化碳和水，确保纯净的气体参与低温精馏，当分子筛吸附单元其中一个吸附塔3吸收的二氧化碳和水即将处于饱和状态时，通过控制器切换到另一个吸附塔3继续工作。在常温分子筛吸附单元除去二氧化碳和水、在过滤器23中出去粉尘颗粒的纯净气体进入到主换热器7并被冷却成气液混合物后(其中纯净气体中部分甲烷气体被液化)，经输入管道19进入填料型精馏塔体5，再利用上冷凝蒸发器4中的冷源液氮和下冷凝蒸发器6中的热源饱和氮气进行能量的交换，此过程中，部分饱和氮气被冷凝成液氮从下冷凝蒸发器6的隔板10的下方流入到气液分离器15中，部分液氮被气化成氮气，并将液氮的蒸发温度控制在该工艺条件下相应的甲烷液化温度以下，确保气液混合物中的甲烷气体全部冷凝液化成甲烷液体，最终在下冷凝蒸发器6的隔板10的上方得到高纯度的液体甲烷，经管道输送到液态甲烷槽22中。气液混合物中其他未被冷凝液化的氮气、氢气、氧气以及部分液氮被气化成的氮气从第一换热器8中排入混合气体输出管道21中，其中一部分放空，其余部分流入到电加热器24中加热后对处于饱和状态的吸附塔进行活化再生，以此循环实现分子筛吸附单元连续工作。
[0030]在低温精馏提取液体甲烷过程中所需的冷源和热源均由氮制冷循环单元提供，氮气由氮气稳压罐11进入氮气压缩机12，被压缩至规定压力后依次进入到冷却器13和氮换热器14中，氮气在氮换热器14中被冷却到规定温度后，抽出大部分送入到膨胀机18做膨胀制冷，膨胀制冷后的氮气按比例分成两路，其中一路返回氮换热器14，另一路进入主换热器7对净化后的纯净气体进行冷却；其余部分未进入膨胀机18的氮气一直在氮换热器14中冷却至饱和状态，饱和氮气再按比例分成两路，其中一路作为热源，部分热源被冷凝成液体进入到气液分离器15中，另一路饱和氮气直接进入气液分离器15与液态氮汇合，气液分离器15中未被液化的气相氮气与膨胀后的氮气混合并按比例分配，分别进入氮换热器14和主换热器7进行冷量回收后返回氮气稳压罐11中，气液分离器15的液态氮回流到上冷凝蒸发器4中，作为上冷凝蒸发器4的冷源。系统中的氮气虽是循环用的，但在长期运行中会有泄漏损失，虚视实际工况进行补充。装置中气体的比例分配都是通过控制器控制。
【权利要求】
1.一种从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，其特征在于:它包括预处理单元、分子筛吸附单元、主换热器、低温精馏塔、氮制冷循环单元以及控制器；其中， 预处理单元，包括依次连接的垃圾填埋气稳压罐和垃圾填埋气压缩机； 分子筛吸附单元，由多个并联组成的吸附塔吸附垃圾填埋气中的二氧化碳和水，吸附塔的塔底与所述预处理单元中的垃圾填埋气压缩机连通； 低温精馏塔，由上冷凝蒸发器、填料型精馏塔体和下冷凝蒸发器组成； 氮制冷循环单元与主换热器连通； 所述主换热器的一端与分子筛吸附单元吸附塔的塔顶连通，主换热器的另一端与低温精馏塔中的上冷凝蒸发器、填料型精馏塔体连通。
2.根据权利要求1所述的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，其特征在于:所述上冷凝蒸发器内设有第一换热器，下冷凝蒸发器内设有第二换热器以及将液态氮与液态甲烷分离的隔板；所述氮制冷循环单元由构成回路的氮气稳压罐、氮气压缩机、冷却器、氮换热器和气液分离器组成，所述氮换热器内设有氮气输出管和氮气输入管，氮气输入管和氮气输出管之间设有膨胀机，膨胀机上连接有控制膨胀机转速的制动器；所述主换热器内设有输入管道、单一气体输出管道以及混合气体输出管道，单一气体输出管道的输入端与氮气输出管相连通，输出端与氮气稳压罐连通，输入管道的输入端与吸附塔的塔顶连通，输出端与填料型精馏塔体连通，混合气体输出管道的输入端与第一换热器的顶端连通，输出端与吸附塔连通；气液分离器分别与下冷凝蒸发器的底端和上冷凝蒸发器的侧部连通，下冷凝蒸发器的侧部与氮气输入管连通。
3.根据权利要求1所述的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，其特征在于:所述分子筛吸附单元由吸附塔以及吸附塔与管道间连接的第一程控阀门组件组成，并由控制器实现阀门的开启和关闭。
4.根据权利要求2所述的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，其特征在于:所述下冷凝蒸发器中盛放液态甲烷处连通有液态甲烷槽。
5.根据权利要求2所述的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，其特征在于:所述输入管道的输入端与吸附塔之间设有过滤气液混合物中的粉尘的过滤器。
6.根据权利要求2所述的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，其特征在于:所述混合气体输出管道的输出端与吸附塔之间设有电加热器。
7.根据权利要求6所述的从净化后的垃圾填埋气中提纯甲烷液体的装置，其特征在于:所述主换热器与电加热器之间的混合气体输出管道、气液分离器与氮换热器之间的氮气输入管、气液分离器与下冷凝蒸发器的底端连通的管道、气液分离器与上冷凝蒸发器连通的管道、氮气输入管与下冷凝蒸发器的侧部连通的管道、氮气输出管与单一气体输出管道连通的管道以及输入管道与填料型精馏塔体连通的管道上分别设有第二程控阀门组件，并由控制器实现阀门的开启和关闭。
【文档编号】F25J3/02GK203443264SQ201320436475
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】蔡福梅, 薄达, 夏仕屔, 吴志会, 周涛, 潘翎, 孙复初, 洪英华, 吴玲珍 申请人:杭州凯德空分设备有限公司