CN104772002A - 一种沼气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种沼气净化装置，属于沼气净化领域。该装置包括：本体、净化过滤器、至少一个进风口以及至少一个出风口；本体为密封中空塔体；净化过滤器设置于本体内并与本体内壁紧密相接，净化过滤器包括至少两种吸附过滤层；进风口设置于本体上，加压后的沼气通过进风口输入本体内部；出风口设置于本体上，用于对经过净化过滤器净化后的沼气进行排出。本发明采用物理吸附方法对加压后的沼气进行净化，不需要添加化学试剂，净化过程无废弃物产生，沼气净化效果佳，操作简便，减少能耗，节省成本。

Description

一种沼气净化装置

技术领域

本发明涉及气体净化领域，尤其涉及一种沼气净化装置。

背景技术

沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物发酵生成的一种混合气体。沼气由50％-80％甲烷、20％-40％二氧化碳、0％-5％氮气、小于1％的氢气、小于0.4％的氧气与0.1％-3％硫化氢及少量水等组成。由于沼气中的硫化氢的活性较强，通常会使压缩机、管道、发动机等受到腐蚀，并造成催化剂中毒。而沼气中的二氧化碳使沼气的能量密度降低，并且减缓燃烧速度。另外，沼气中的水如果积累于导气管道会溶解二氧化碳和硫化氢等酸性气体而腐蚀管道。因此，沼气是否能够应用关键在于沼气中的水、二氧化碳和硫化氢等杂质气体是否脱除。

然而，当前能够脱除水、二氧化碳和硫化氢等杂质气体的现有沼气净化装置，往往采用脱水、脱碳、脱硫逐步分别脱除的方式，沼气净化需要经过三套净化设备，工艺结构复杂，设备较多，投资成本高，占地面积大，不适合小微型沼气工程。

一体式沼气净化装置虽然能解决传统沼气净化装置繁复的问题，但这些装置主要采用碱洗法或者冷凝法来提纯沼气。然而，碱洗法需要，在沼气集水器中加入占集水器容积50％-70％氢氧化钠溶液，利用氢氧化钠碱洗的方式提纯沼气，碱洗脱水效果较差，氢氧化钠存在回收再利用难的问题，且高浓度碱液的使用过程中有一定的安全隐患。而冷凝法往往需要将反应塔中温度降至-35～-55℃，压力升高至15-25Bar，能耗较高，且工艺流程较为复杂，同样不适合小微型沼气工程。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种沼气净化装置，针对以往的沼气净化装置沼气净化效果差，净化过程需要添加化学试剂，产生废弃物不利于环境保护；净化设备繁复，工艺流程复杂，耗能高，成本高，不适用于中小微型沼气工程的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明提供的一种沼气净化装置包括：本体、净化过滤器、至少一个进风口以及至少一个出风口；本体为密封中空塔体；净化过滤器设置于本体内并与本体内壁紧密相接，净化过滤器包括至少两种吸附过滤层；进风口设置于本体上，加压后的沼气通过进风口输入本体内部；出风口设置于本体上，用于对经过净化过滤器净化后的沼气进行排出。

优选地，装置还包括气体分流器；气体分流器设置于进风口与净化过滤器之间；气体分流器与本体的内壁紧密相接；沼气经过气体分流器的分流后，进入净化过滤器。

进一步的，气体分流器包括：通风板、过滤网以及气体分散层；过滤网设置于通风板与气体分散层之间；通风板上分布有通风孔。

进一步的，通风板的截面呈直线或曲线。

进一步的，气体分散层内设置有填充物，用于对进入的沼气进行分散。

优选地，吸附过滤层上设置有吸附材料；吸附过滤层之间设置有隔离网；隔离网用于对吸附材料进行隔离，使各吸附过滤层能够独立的完成吸附过程。

进一步的，吸附过滤层包括：脱水层、脱碳层、脱硫层、脱水脱碳层、脱水脱硫层、脱碳脱硫层或者脱水脱碳脱硫层。

进一步的，当吸附过滤层为脱水层时，吸附材料选用活性氧化铝、硅胶、活性炭或4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛以及13XAPG分子筛中的至少一种；当吸附过滤层为脱碳层时，吸附材料选用10X分子筛、13X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭、高比表面积活性炭以及扩孔碳分子筛中的至少一种；当吸附过滤层为脱硫层时，吸附材料选用5A分子筛、10X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭、高比表面积活性炭、改性活性炭、改性分子筛以及改性氧化铝中的至少一种；当吸附过滤层为脱水脱碳层时，吸附材料选用13X分子筛、13XAPG分子筛、高比表面积活性炭以及活性炭中的至少一种；当吸附过滤层为脱水脱硫层时，吸附材料选用5A分子筛、13XAPG分子筛、高比表面积活性炭以及活性炭中的至少一种；当吸附过滤层为脱碳脱硫层时，吸附材料选用10X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭以及高比表面积活性炭中的至少一种；当吸附过滤层为脱水脱碳脱硫层时，吸附材料选用改性碳分子筛或活化硅胶、13XAPG分子筛以及活性炭中的至少一种。

优选地，装置还包括：设置于本体底部的排污口，排污口用于对本体内部的废弃物进行排放。

优选地，装置还包括：设置于本体上的卸料口。

本发明的有益效果为：本发明实施例的沼气净化装置，通过在沼气净化装置的本体内设置净化过滤器，加压输入本体的沼气经过净化过滤器，与填充于净化过滤器中的吸附材料产生物理吸附作用，脱除硫化氢、二氧化碳和水等杂质。本发明采用物理吸附方法对加压后的沼气进行净化，不需要添加化学试剂，净化过程无废弃物产生，沼气净化效果佳，操作简便，减少能耗，节省成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的沼气净化装置结构剖视图；

图2为本发明优选实施例提供的沼气净化装置气体分流器结构示意图；

图3为本发明提供的一优选实施例沼气净化装置结构剖视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了方便对本实施例提供的沼气净化装置、方法和系统的理解，下面结合附图对其工作原理进行详细说明。

本发明实施例提供的一种沼气净化装置，如图1所示，图1为本发明实施例提供的沼气净化装置结构剖视图，所示该沼气净化装置包括：本体1、净化过滤器2、至少一个进风口3以及至少一个出风口4；本体1为密封中空塔体；净化过滤器2设置于本体1内并与本体1内壁紧密相接，净化过滤器2包括至少两种吸附过滤层21；进风口3设置于本体1上，加压后的沼气通过进风口3输入本体1内部；出风口4设置于本体1上，用于对经过净化过滤器2净化后的沼气进行排出。优选地，本体1的塔体类型为竖立的胶囊型塔体形状，也可为其他塔体形状。

净化过滤器2填充于本体1塔内，且设置于进风口3与出风口4之间，且净化过滤器2与本体1内壁紧密相接，防止沼气从净化过滤器2与本体1内壁之间的空隙通过而致使沼气净化装置的净化沼气的效果降低。加压输入的沼气经过净化过滤器2后从出风口4输出。净化过滤器2设置至少两种吸附过滤层21，各吸附过滤层21中填充有吸附材料，用于吸附沼气中存在的杂质。其中，沼气净化装置所需要滤除沼气中的杂质包括水、二氧化碳和硫化氢。针对沼气中可能含有的杂质种类不同，选择不同种类的吸附材料及其组合填充于吸附过滤层21中；针对沼气所含有的每种杂质的含量不同，确定各吸附过滤层21所填充的吸附材料的含量，设定吸附过滤层21的厚度。

参照图1，在本实施例中进风口3设置于本体1的底部，出风口4设置于本体1的顶部，沼气预先进行加压处理输入沼气净化装置已具有一定速度，因此不考虑沼气自身的密度大小，设置进风口3不限于本具体实施例中所示的位置，可以设置于沼气净化装置本体1上任意位置。对应的，出风口4也不限于本具体实施例中的位置，可以设置于沼气净化装置本体1上任意位置。出风口4用于对经过净化过滤器净2化后的沼气进行排出。上述进风口3与上述出风口4设置于本体1上的位置关系能够实现，从进风口3进入本体1的气体经过净化过滤器2后再从出风口4排出。

作为一种优选的实施例，本体1内部还设置有气体分流器5。气体分流器5设置于进风口3与净化过滤器2之间，实现从进风口3加压输入的沼气经过气体分流器5分流后进入净化过滤器2。气体分流器5与本体1的内壁紧密相接，防止沼气从气体分流器5与本体1内壁之间的空隙通过，影响沼气的分流效果从而导致沼气与净化过滤器2中的吸附材料接触不完全。气体分流器5对输入本体1的沼气进行分流，使分流后的沼气平缓进入净化过滤器2。

参照图2，图2为本发明优选实施例提供的沼气净化装置气体分流器结构示意图，气体分流器包括通风板51、过滤网52以及气体分散层53。过滤网52设置于通风板51与气体分散层53之间。通风板51上分布有通风孔511。通风板51的截面呈直线或曲线。气体分散层53内设置有填充物，用于对进入的沼气进行分散。

通风板51上分布有通风孔511，通风板51的截面呈直线或曲线。优选地，通风板51的截面为直线的情况下，通风板51平铺于过滤网52以及气体分散层53上，有利于节约本体1内空间。优选地，通风板51的截面为曲线的情况下，通风板51的曲面提供至少一个沼气分流方向。通风板51可以为金属材料、合成材料、陶瓷材料等具有一定支撑度的材料制成。优选地，可选用不易被酸性腐蚀的软性金属材料制作通风板51。

过滤网52设置于通风板51与气体分散层53之间，用于防止气流夹带气体分散层53内的填充物进入净化过滤器2中。过滤网52对于从进风口3进入的沼气具有初步过滤的作用，阻挡沼气中夹带固体杂质以及颗粒物，还可以阻止部分液态水进入净化过滤器2中。过滤网52可以由金属材料、不锈钢丝网、无纺棉网、玻璃棉网、化纤类等材料单独或组合制成。

气体分散层53内设置有填充物，用于对进入气体分流器的沼气进行分散。气体分流器5中的气体分散层53的填充物可以为化工填料，化工填料可选用陶瓷填料、塑料填料或金属填料中至少一种，沼气通过气体分散层53中各种填料之间的空隙达到分散流动的效果并起到初步过滤杂质的目的。优选地，上述化工填料可选用粒状填料、蜂窝状或波纹板状填料、球状轻质陶粒以及不规则多孔填料中的至少一种。

加压输入的沼气经过气体分散层53中的填充物受到阻力，改变原始流动方向，使沼气从填充物之间的空隙中穿过向至少一个方向扩散，达到分散沼气的效果。沼气通过气体分散层53后经过过滤网52，防止气流夹带填充物以及阻止部分液态水，并对固体杂质、颗粒物等杂质起到初步过滤的作用。经过过滤网52的沼气通过通风板51上的通气孔511排出进入净化过滤器2。已被气体分散层53分散的沼气通过通风板51上的通气孔511进一步实现分流沼气的效果，使沼气更加均匀进入净化过滤器2。

作为一种优选的实施例，一并参照图1与图3，净化过滤器2中包括至少两种吸附过滤层21。吸附过滤层21上设置有吸附材料。吸附过滤层之间设置有隔离网211＇，隔离网211＇用于对吸附材料进行隔离，使各吸附过滤层21能够独立的完成吸附过程。隔离网211＇还可用于防止气流夹带固体杂质以及颗粒物排出净化过滤器2，阻挡部分液态水，可以使装卸各吸附过滤层中的吸附材料的过程相互独立进行。隔离网211＇可以由金属材料、不锈钢丝网、无纺棉网、玻璃棉网、化纤类等材料单独或组合制成。

吸附过滤层21的种类包括脱水层、脱碳层、脱硫层、脱水脱碳层、脱水脱硫层、脱碳脱硫层、以及脱水脱碳脱硫层。根据吸附过滤层21种类的不同，选择填充不同的吸附材料。当吸附过滤层21为脱水层时，吸附材料选用活性氧化铝、硅胶、活性炭或4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛以及13XAPG分子筛中的至少一种；当吸附过滤层21为脱碳层时，吸附材料选用10X分子筛、13X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭、高比表面积活性炭以及扩孔碳分子筛中的至少一种；当吸附过滤层21为脱硫层时，吸附材料选用5A分子筛、10X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭、高比表面积活性炭、改性活性炭、改性分子筛以及改性氧化铝中的至少一种；当吸附过滤层21为脱水脱碳层时，吸附材料选用13X分子筛、13XAPG分子筛、高比表面积活性炭以及活性炭中的至少一种；当吸附过滤层21为脱水脱硫层时，吸附材料选用5A分子筛、13XAPG分子筛、高比表面积活性炭以及活性炭中的至少一种；当吸附过滤层21为脱碳脱硫层时，吸附材料选用10X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭以及高比表面积活性炭中的至少一种；当吸附过滤层21为脱水脱碳脱硫层时，吸附材料选用改性碳分子筛或活化硅胶、13XAPG分子筛以及活性炭中的至少一种。

该沼气净化装置由于其结构设置，加压输入本体1的沼气经过气体分流器5分流进入净化过滤器2，与净化过滤器2中所填充于各吸附过滤层21的吸附材料产生物理吸附作用，脱除硫化氢、二氧化碳和水等杂质。可实现根据不同沼气成分设置不同吸附过滤层21，节约吸附材料成本。本发明采用物理吸附方法对加压后的沼气进行净化，不需要添加化学试剂，净化过程无废弃物产生，沼气净化效果佳，操作简便，减少能耗，节省成本。

提供一种优选的实施例，如图3所示，图3为本发明提供的一优选实施例沼气净化装置结构剖视图。沼气净化装置包括本体1＇、净化过滤器2＇、一个进风口3＇以及一个出风口4＇。净化过滤器2＇设置于本体1＇内并与本体1＇内壁紧密相接。净化过滤器2＇设置四种吸附过滤层21＇，脱水层、脱碳层、脱硫层以及脱水脱碳脱硫层。进风口3＇设置于本体1＇底部，加压后的沼气通过进风口3＇输入本体1＇内部；出风口4＇设置于本体1＇顶部，用于对经过净化过滤器2＇净化后的沼气进行排出。进风口3＇与净化过滤器2＇之间还设置有气体分流器5＇。

作为一种优选的实施例，净化过滤器2＇中设置的吸附过滤层21＇的种类有脱水层、脱碳层、脱硫层以及脱水脱碳脱硫层。

其中，脱水层选用的吸附材料为活性氧化铝、硅胶、活性炭或4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛以及13XAPG分子筛中的至少一种。优选地，脱水层的体积占净化过滤器2＇体积的30％-50％。脱水吸附过滤层中填充的吸附剂对水有强吸附性，因此脱水层主要吸附沼气中的水，可脱除杂质中大部分水、部分二氧化碳以及少量的硫化氢。

脱碳层选用的吸附材料为10X分子筛、13X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭、高比表面积活性炭以及扩孔碳分子筛中的至少一种。优选地，脱硫层的体积占净化过滤器2＇体积的20％-30％。脱碳层主要吸附沼气中的二氧化碳，可脱除杂质中的大部分二氧化碳、部分水以及部分硫化氢。

脱硫层选用的吸附材料为5A分子筛、10X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭、高比表面积活性炭、改性活性炭、改性分子筛以及改性氧化铝中的至少一种。优选地，脱硫层的体积占净化过滤器2＇体积的5％-10％。脱硫层主要吸附沼气中的硫化氢，可脱除杂质中大部分硫化氢、部分水以及部分二氧化碳。

脱水脱碳脱硫层选用的吸附材料为改性碳分子筛或活化硅胶、13XAPG分子筛以及活性炭中的至少一种。脱水脱碳脱硫层对杂种的水、二氧化碳以及硫化氢都具有吸附性。优选地，脱水脱碳脱硫层的体积占净化过滤器2＇体积的10％-30％。

作为一种优选的实施例，如图3所示，气体分流器5＇的通风板51＇的截面为曲线，通风板51＇的曲面结构可提供至少一个分流方向。沼气通过图3所示的通风板51＇扩散的范围更大，有利于沼气与净化过滤器2＇中的吸附材料更为充分的接触达到更加的净化效果。

作为一种优选的实施例，如图3所示，沼气净化装置还包括排污口6＇。排污口6＇设置于本体1＇底部，用于对本体1＇内部的废弃物进行排放。沼气从进风口3＇进入本体1＇，经过气流分布器5＇以及净化过滤器2＇时，沼气中的固体杂质、颗粒物以及部分液态水被阻挡沉淀于本体1＇底部，可通过该排污口6＇排出。沼气经过吸附过滤层21＇脱除的水聚集于本体1＇底部，也可通过该排污口6＇排出。

作为一种优选的实施例，沼气净化装置还包括卸料口7＇。卸料口7＇设置于本体1＇体壁上，如图3所示，卸料口7＇的数量有2个，其中一个卸料口7＇设置于本体1＇顶部，另一个卸料口7＇设置于本体1＇底部。卸料口7＇用于替换各吸附过滤层21＇中失活的吸附材料，还可用于替换气体分流器5＇的气体分散层53＇中的填充物，以及可以作为人工探入沼气净化装置进行更换、维修本体1＇内部的各材料和结构的通道口。卸料口7＇还可以作为清洗沼气净化装置本体1＇内部的通道口。优选地，卸料口7＇可以对应各上述吸附过滤层21＇的位置于本体1＇体壁上设置，便于独立的针对不同吸附过滤层21＇的吸附材料进行更换。优选地，卸料口可以对应上述气体分流器的位置于本体1＇体壁上设置，便于替换气体分散层53＇中的填充物。

该沼气净化装置由于其结构设置，加压输入本体1＇的沼气经过气体分流器5＇分流进入净化过滤器2＇，与净化过滤器2＇中所填充于脱水层、脱碳层、脱硫层以及脱水脱碳脱硫层的吸附材料产生物理吸附作用，脱除硫化氢、二氧化碳和水等杂质。本发明采用物理吸附方法对加压后的沼气进行净化，不需要添加化学试剂，净化过程无废弃物产生，沼气净化效果佳，操作简便，减少能耗，节省成本。

提供一种优选的实施例，当沼气杂质中水含量较多，硫化氢含量次多而二氧化碳含量较少时，净化过滤器2中的吸附过滤层21设置为脱水层以及脱水脱硫层。其中，脱水层选用的吸附材料为活性氧化铝、硅胶、活性炭或4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛以及13XAPG分子筛中的至少一种。脱水脱硫层选用的吸附材料为5A分子筛、13XAPG分子筛、高比表面积活性炭以及活性炭中的至少一种。沼气经过脱水层以及脱水脱硫层后，沼气中的杂质被脱除达到净化沼气的目的。

通入该沼气净化装置的沼气通过净化过滤器2中所填充于脱水层以及脱水脱硫层的吸附材料产生物理吸附作用，脱除硫化氢、二氧化碳和水等杂质达到净化效果，节约吸附材料成本。本发明采用物理吸附方法对加压后的沼气进行净化，不需要添加化学试剂，净化过程无废弃物产生，沼气净化效果佳，操作简便，减少能耗，节省成本。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明意图也包含这些改动和变型在内。

以上参考附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围以及实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换以及改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种沼气净化装置，其特征在于，该装置包括：

本体、净化过滤器、至少一个进风口以及至少一个出风口；

所述本体为密封中空塔体；

所述净化过滤器设置于所述本体内并与所述本体内壁紧密相接，所述净化过滤器包括至少两种吸附过滤层；

所述进风口设置于所述本体上，加压后的沼气通过所述进风口输入所述本体内部；

所述出风口设置于所述本体上，用于对经过所述净化过滤器净化后的沼气进行排出。

2.根据权利要求1所述的沼气净化装置，其特征在于，所述装置还包括气体分流器；

所述气体分流器设置于所述进风口与所述净化过滤器之间；

所述气体分流器与所述本体的内壁紧密相接；

沼气经过所述气体分流器的分流后，进入所述净化过滤器。

3.根据权利要求2所述的沼气净化装置，其特征在于，所述气体分流器包括：

通风板、过滤网以及气体分散层；

所述过滤网设置于所述通风板与所述气体分散层之间；

所述通风板上分布有通风孔。

4.根据权利要求3所述的沼气净化装置，其特征在于，所述通风板的截面呈直线或曲线。

5.根据权利要求3所述的沼气净化装置，其特征在于，所述气体分散层内设置有填充物，用于对进入的沼气进行分散。

6.根据权利要求1-5任一项所述的沼气净化装置，其特征在于，所述吸附过滤层上设置有吸附材料；

所述吸附过滤层之间设置有隔离网；

所述隔离网用于对所述吸附材料进行隔离。

7.根据权利要求6所述的沼气净化装置，其特征在于，所述吸附过滤层包括：脱水层、脱碳层、脱硫层、脱水脱碳层、脱水脱硫层、脱碳脱硫层或者脱水脱碳脱硫层。

8.根据权利要求7所述的沼气净化装置，其特征在于：

当所述吸附过滤层为所述脱水层时，吸附材料选用活性氧化铝、硅胶、活性炭或4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛以及13XAPG分子筛中的至少一种；

当所述吸附过滤层为所述脱碳层时，吸附材料选用10X分子筛、13X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭、高比表面积活性炭以及扩孔碳分子筛中的至少一种；

当所述吸附过滤层为所述脱硫层时，吸附材料选用5A分子筛、10X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭、高比表面积活性炭、改性活性炭、改性分子筛以及改性氧化铝中的至少一种；

当所述吸附过滤层为所述脱水脱碳层时，吸附材料选用13X分子筛、13XAPG分子筛、高比表面积活性炭以及活性炭中的至少一种；

当所述吸附过滤层为所述脱水脱硫层时，吸附材料选用5A分子筛、13XAPG分子筛、高比表面积活性炭以及活性炭中的至少一种；

当所述吸附过滤层为所述脱碳脱硫层时，吸附材料选用10X分子筛、13XAPG分子筛、活性炭以及高比表面积活性炭中的至少一种；

当所述吸附过滤层为所述脱水脱碳脱硫层时，吸附材料选用改性碳分子筛或活化硅胶、13XAPG分子筛以及活性炭中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的沼气净化装置，其特征在于，还包括：设置于所述本体底部的排污口，所述排污口用于对所述本体内部的废弃物进行排放。

10.根据权利要求6所述的沼气净化装置，其特征在于，还包括：设置于所述本体上的卸料口。