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Title:
VEHICLE-BORNE TYPE APPARATUS FOR FREEZING, LIQUEFYING, AND SEPARATING METHANE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/034513
Kind Code:
A1
Abstract:
A vehicle-borne type apparatus for freezing, liquefying, and separating methane is disclosed. The apparatus comprises a nitrogen compressor (5), a condenser (6), a compressed nitrogen tank (7), and a nitrogen expansion and freezing separation bin (8), all of which are mounted on a truck (1.1-1.3). The nitrogen expansion and freezing separation bin (8) is provided with both a methane inlet (8-9) and a water outlet. The nitrogen expansion and freezing separation bin (8) is connected to an atmospheric pressure nitrogen bag (13), the compressed nitrogen tank (7), a liquefied hydrogen sulfide tank (12.1), a liquid methane tank (12.2), and a liquid carbon dioxide tank (12.3). The atmospheric pressure nitrogen bag (13) is connected to the compressed nitrogen tank (7) through the nitrogen compressor (5) and the condenser (6). The nitrogen compressor (5) is connected to a methane generator (2) through a gear box (4). The vehicle-borne type apparatus for freezing, liquefying, and separating methane of the present invention has the advantages of flexibility, convenience, and mobility; reduces the transportation costs and labor costs of the straw raw material and transporting methane dregs; and is able to recover the carbon dioxide, thus increasing income in methane processing byproducts.

Inventors:
ZHANG, Yongbei (No.59, Kaifang RoadYancheng, Jiangsu 2, 224002, CN)
张永北 (中国江苏省盐城市开放大道59号, Jiangsu 2, 224002, CN)
ZHANG, Aicheng (No.59, Kaifang RoadYancheng, Jiangsu 2, 224002, CN)
Application Number:
CN2011/079606
Publication Date:
March 22, 2012
Filing Date:
September 14, 2011
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Assignee:
ZHANG, Yongbei (No.59, Kaifang RoadYancheng, Jiangsu 2, 224002, CN)
张永北 (中国江苏省盐城市开放大道59号, Jiangsu 2, 224002, CN)
ZHANG, Aicheng (No.59, Kaifang RoadYancheng, Jiangsu 2, 224002, CN)
International Classes:
F25J3/00; C02F11/04; C10L3/08
Foreign References:
CN101949633A
CN201803571U
CN101724659A
CN101649234A
US20060248921A1
JP2005255700A
Attorney, Agent or Firm:
BEI JING WAN KE YUAN INTELLECTUAL PROPERTY LTD. (ZHANG, YajunNo.77, Beisanhuanzhonglu Road,Haidian, Beijing 8, 100088, CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1、 一种车载型沼气冷冻液化分离装置, 包括: 氮气压缩机(5)、 冷凝 液器(6)、 压缩氮气储气罐(7), 氮气膨胀冷冻分离仓(8), 其特征在于: 所述的装置均设置在卡车上, 所述的氮气膨胀冷冻分离仓(8)分别设置沼 气进口 (8-9)、水出口,氮气膨胀冷冻分离仓 ( 8 )分别连通常压氮气储袋( 13 )、 压缩氮气储气罐 (7)、 二氧化碳液化储罐 (12.3)、 液态甲垸储罐 (12.2)、 液态硫化氢储罐(12.1);所述的常压氮气储袋(13)通过氮气压缩装置(5) 经冷却器 (6) 连通压缩氮气储气罐 (7), 所述的氮气压缩机 (5) 通过变 速箱 (4) 连接沼气发电机 (2)。

2、 如权利要求 1所述的车载型沼气冷冻液化分离装置, 其特征在于: 所述的氮气膨胀冷冻分离仓(8) 由常温冷冻气液分离仓(8.1)、 耐压冷冻 气液分离仓(8.2)、低温冷冻气液分离仓(8.3)、超低温冷冻气液分离仓(8.4) 构成, 所述的常温冷冻气液分离仓(8.1)分别设置沼气进口 (8-9)、水出口, 常温冷冻气液分离仓(8.1)分两路:一路:通过风机连通常压氮气储袋(13); 二路: 连通耐压冷冻气液分离仓 (8.2), 耐压冷冻气液分离仓 (8.2) 分三 路: 一路: 通过风机连通常压氮气储袋(13); 二路: 连通液态硫化氢储罐

(12.1);三路:连通低温冷冻气液分离仓(8.3);低温冷冻气液分离仓(8.3) 分三路: 一路: 通过风机连通常压氮气储袋(13); 二路: 连通液化二氧化 碳储罐 (12.3); 三路: 连通超低温冷冻气液分离仓 (8.4), 超低温冷冻气 液分离仓 (8.4) 分三路: 一路: 通过风机连通常压氮气储袋 (13); 二路: 连通液态甲垸储罐(12.2), 所述的超低温冷冻气液分离仓(8.4)的净化燃 料气管连通超低温冷冻气液分离仓(8.4)与低温冷冻气液分离仓(8.3)之 间的连管; 所述的常压氮气储袋 (13) 通过压缩装置连通压缩氮气储气罐

(7), 压缩氮气储气罐 (7)分别连通常温冷冻气液分离仓 (8.1)、 耐压冷 冻气液分离仓(8.2)、 低温冷冻气液分离仓(8.3)、 超低温冷冻气液分离仓

(8.4)。

3、 如权利要求 1所述的车载型沼气冷冻液化分离装置, 其特征在于 : 所述的常温冷冻气液分离仓 (8.1)、 耐压冷冻气液分离仓 (8.2)、 低温冷冻 气液分离仓 (8.3)、 超低温冷冻气液分离仓 (8.4) 内部结构相同统称为卧 式氮气膨胀冷冻分离仓 (8), 所述的卧式氮气膨胀冷冻分离仓 (8) 由长筒 形的壳体, 壳体设置隔热层 (8-4), 在壳体内中上部设置纵向排列的 U型 换热管 (8-2), 并由上下至少一个 U型管固定板 (8-3) 固定, 所述的 U型 管固定板 (8-3) 上均匀交替设置压缩氮气通过孔和 U型换热管 (8-2), 该 区为氮气膨胀仓 (8-1); 所述的在氮气膨胀仓 (8-1) 下部连接纵向排列的 储积仓隔板 (8-7), 与储积仓隔板 (8-7) 下部筒壁设置间隙, 该区为液体 储积仓 (8-6); 所述的氮气膨胀仓 (8-1) 的分别连通沼气管道 (8-9)、 压 缩氮气进气口 (8-10)、 液体出口常压氮气出气口 (8-11 ), 其常压氮气出气 口 (8-11 ) 设置在壳体上部; 液体出口设置在壳体底部。

4、 如权利要求 1所述的车载型沼气冷冻液化分离装置, 其特征在于 : 所述的管道之间设置阀门。

5、 如权利要求 2所述的车载型沼气冷冻液化分离装置, 其特征在于 : 所述的常温冷冻气液分离仓 (8.1 )、 耐压冷冻气液分离仓 (8.2)、 低温冷冻 气液分离仓 (8.3 )、 超低温冷冻气液分离仓 (8.4 ) 分别设置压力计和温度 计。

Description:
说 明 书

车载型沼气冷冻液化分离装 ί

技术领域 本发明涉及一种车载型沼气冷冻液化分离装置 , 具体是能够随车移动 到沼气产地, 就地将沼气冷冻、 净化、 分离, 产出液态二氧化碳和液化甲 垸 (LNG)的装置。 背景技术 当前, 生物质能源发展热潮高涨, 形成了生物柴油、 醇类燃料、 沼气 等几大重要发展方向。 生物柴油和醇类主要是利用植物种子油脂或者 茎杆 糖分提取, 最终都要遭遇原料种植缺乏土地这一不可逾越 的困境。 若大规 模发展, 势必出现与现有产业争地的局面。 而秸杆焚烧发电、 秸杆裂解和 纤维素乙醇等能源转化方法, 要求农林废弃物大规模集中处理。 在实际生 产中, 存在秸杆资源分散、 收集难度大、 运输效率低、 季节过于集中、 投 入资金大、 运行成本高等难题。 因此, 充分利用资源量巨大的农林秸杆废 弃物, 转化为沼气, 发展车用沼气, 可直接用于汽车燃料, 技术成熟, 操 作简便, 成本较低, 燃烧热值较高, 效果较好, 更有希望大规模发展。 沼 气净化提纯后, 主要成分为甲垸, 与天然气完全相同。 沼气开车的原理与 天然气完全一致。 而目前的秸杆沼气转化技术已相当成熟。 国际上采用沼 气开汽车已在北欧一些国家如瑞典普及。 我国天然气汽车已在许多地区推 广、 普及, 为沼气开车奠定了良好基础。

但是, 农林秸杆废弃物转化车用沼气, 同样也要面对秸杆资源分散所 带来的规模化转化系列难题。 大规模集中处理农林废弃物, 发展大型集约 化工厂生产, 存在诸多局限性。 因此, "一种植物茎叶大型产业化综合处理 和利用方法及装置 (CN101724695A) "的发明, 转变了大规模集约化的方 式, 以分散就地处理的原则, 将农林废弃物原地转化沼气, 采用管网系统, 收集、 输送需要的沼气至加工厂, 沼渣则作为有机肥就地还田, 改变大批 量低效率的运输原料和废料形式, 采用方便高效易行的管道输送半成品气 体, 从而实现低成本高效率大规模生产车用沼气的 方法。 在实践中, 建立 管网系统虽投入成本比组建机车运输队成本低 , 但管网维护仍是难题。 如 果进一步转变思路, 开发出一种车载型沼气液化分离装置, 能够随车移动, 在产地就地冷冻、 液化、 分离、 提纯、 灌装, 则上述系列难题可迎刃而解。 发明内容 本发明的目的在于: 为了克服大范围规模化利用农林秸杆废弃物转 化 为车用沼气, 所面临的资源分散、 收集难度大、 运输效率低、 季节过于集 中、 投入资金大、 运行成本高等系列难题, 提供一种车载型沼气冷冻液化 分离装置, 它将农林废弃物原地转化的沼气, 就地处理加工为车用沼气的 方法及其装置。 它具有能够随车转移, 灵活轻便, 不受场地限制, 可随地 运转, 低成本高效率地就地将沼气冷冻、 净化、 分离, 产出车用沼气的优 点。 同时, 还能够回收沼气提纯过程中, 产生的液态二氧化碳副产品, 增 加产业收入, 为广阔的田野上, 将分散的农林废弃物转化为车用沼气, 创 造有利的技术支撑和高效的设备条件。

本发明的技术方案是: 一种车载型沼气冷冻液化分离装置, 包括: 氮 气压缩机、 冷凝液器、 压缩氮气储气罐, 氮气膨胀冷冻分离仓, 所述的装 置均设置在卡车上, 所述的氮气膨胀冷冻分离仓分别设置沼气进口 、 水出 口, 氮气膨胀冷冻分离仓分别连通常压氮气储袋、 压缩氮气储气罐、 二氧 化碳液化储罐、 液态甲垸储罐、 液态硫化氢储罐; 所述的常压氮气储袋通 过氮气压缩装置经冷却器连通压缩氮气储气罐 , 所述的氮气压缩机通过变 速箱连接沼气发电机。

所述的氮气膨胀冷冻分离仓由常温冷冻气液分 离仓、 耐压冷冻气液分 离仓、 低温冷冻气液分离仓、 超低温冷冻气液分离仓构成, 所述的常温冷 冻气液分离仓分别设置沼气进口、 水出口, 常温冷冻气液分离仓分两路: 一路: 通过风机连通常压氮气储袋; 二路: 连通耐压冷冻气液分离仓, 耐 压冷冻气液分离仓分三路: 一路: 通过风机连通常压氮气储袋; 二路: 连 通液态硫化氢储罐; 三路: 连通低温冷冻气液分离仓; 低温冷冻气液分离 仓分三路: 一路: 通过风机连通常压氮气储袋; 二路: 连通液化二氧化碳 储罐; 三路: 连通超低温冷冻气液分离仓, 超低温冷冻气液分离仓分三路: 一路: 通过风机连通常压氮气储袋; 二路: 连通液态甲垸储罐, 所述的超 低温冷冻气液分离仓的净化燃料气管连通超低 温冷冻气液分离仓与低温冷 冻气液分离仓之间的连管; 所述的常压氮气储袋通过压缩装置连通压缩氮 气储气罐, 压缩氮气储气罐分别连通常温冷冻气液分离仓 、 耐压冷冻气液 分离仓、 低温冷冻气液分离仓、 超低温冷冻气液分离仓。

所述的常温冷冻气液分离仓、 耐压冷冻气液分离仓、 低温冷冻气液分 离仓、 超低温冷冻气液分离仓内部结构相同统称为卧 式氮气膨胀冷冻分离 仓, 所述的卧式氮气膨胀冷冻分离仓由长筒形的壳 体, 壳体设置隔热层, 在壳体内中上部设置纵向排列的 u型换热管, 并由上下至少一个 U型管固 定板固定, 所述的 u型管固定板上均匀交替设置压缩氮气通过孔 U型换 热管, 该区为氮气膨胀仓; 所述的在氮气膨胀仓下部连接纵向排列的储积 仓隔板, 与储积仓隔板下部筒壁设置间隙, 该区为液体储积仓; 所述的氮 气膨胀仓的分别连通沼气管道、 压缩氮气进气口、 液体出口常压氮气出气 口, 其常压氮气出气口设置在壳体上部; 液体出口设置在壳体底部。

所述的管道之间设置阀门。

所述的常温冷冻气液分离仓、 耐压冷冻气液分离仓、 低温冷冻气液分 离仓、 超低温冷冻气液分离仓分别设置压力计和温度 计。

本发明借用氮气膨胀制冷技术;采用"递进冷 法",将沼气冷冻、液化、 净化、 分离; 将立式冷冻设备, 改为卧式, 并整装或者分装在卡车上; 机 组采用沼气发电驱动。 所述的车载型沼气液化分离装置, 具体特征如下:

①、 采用氮气膨胀冷冻技术, 在氮气膨胀仓, 对沼气实行冷冻、 液化、 净化、 分离处理。

②、 采用一管串联膨胀仓。 原料沼气在数个膨胀仓内, 一管贯通, 并 在各仓内分段递进冷冻, 将水蒸气、 硫化氢、 二氧化碳等杂质在递进冷冻 过程中, 逐步液化、 分离。

③、 将膨胀仓、 换热器与气液分离器一体化设计, 降低 U形管高度, 增加 U形管数量, 使立式气液分离装置变为卧式, 以利于车载。

④、 将上述装置整装或分装在卡车上, 实行装置随车移动, 就地运行。 本发明提出的车载型沼气冷冻气液分离装置, 其优点如下:

1、 氮气膨胀冷冻仓、 换热器和气液分离器一体化设置, 极大程度地压 缩设备占地空间, 为装置实现车载创造条件。

2、 换热器 U型管, 压低高度, 增加数量, 保证了沼气在氮气膨胀冷冻 仓的停留时间, 又压低了设备高度, 使设备从立式变为卧式。 为设备实现 车载, 建立基础前提。

3、 采用沼气发电为动力驱动, 实现装置即使在远离电网线路走廊的偏 远地带, 只要道路通畅, 不需外界动力, 也可随时随地运行。

4、 结构简单, 造价低廉, 操作简捷, 节省能耗, 效率较高。

5、 设备随车移动, 就地运行, 使沼气加工可在广阔田野上, 任何地点 运行, 使得车用沼气产业开发, 避免农林秸杆废弃物收集、 运输、 加工等 系列难题, 不受运输半径的限制, 极大扩展秸杆原料的利用范围。

6、 车载型设备, 避免了原料输入和废渣输出的巨大运量, 只需运输成 品, 运输效率极高; 从而避免了秸杆运输效率低, 收集难度大等系列难题, 极大地减少了运输成本, 提高了产业效益。

7、 沼气电力, 降低能耗成本; 避免长途运输原料和废渣, 可节省车 队投入, 降低运费成本。 这些降低成本的优点, 使得沼气低效益行业成为 能够盈利的可行产业。

综上所述它具有灵活、 轻便、 可移动、 便运行有点。 减少了秸杆原料 和运输沼渣废物的运输成本和动力成本。 并且, 回收二氧化碳, 实现低碳 农业发展, 还增加了沼气加工副产品收入, 总之增收、 节能又环保。 附图说明 图 1车载型沼气冷冻分离装置构造总图;

图 2车载型沼气液化分离装置的工艺流程图;

图 3卧式氮气膨胀冷冻分离仓构造图;

图 4卧式氮气膨胀冷冻分离仓纵向 A_A剖面示意图;

图 5是图 4 A-A剖面示意图;

图 6是图 4 B-B剖面示意图;

图 7是图 4 C向示意图:

图 8是卧式氮气膨胀冷冻气液分离仓横截面 D_D横截面示意图; 图 9氮气膨胀冷冻分离仓车载整装图及沼气分离 作流程图。 具体实施方式

实施例

一种车载型沼气冷冻液化分离装置, 如图 1所示, 包括: 氮气压缩机 5、 沼气发电机 2常压氮气储袋 13、 冷凝液器 6、 压缩氮气储气罐 7, 氮气 膨胀冷冻分离仓 8, 氮气膨胀冷冻分离仓 8为沼气发电机 2通过变速箱 4 带动氮气压缩机 5,氮气压缩机 5经冷却器 6连通压缩氮气储气罐 7;所述 的常压氮气储袋 13通过氮气压缩机 5经冷却器 6连通压缩氮气储气罐 7。 上述的装置均设置在汽车上, 所述的汽车采用载重汽车 1。 这样便于流动 作业。

所述的氮气膨胀冷冻分离仓 8由常温冷冻气液分离仓 8.1、耐压冷冻气 液分离仓 8.2、 低温冷冻气液分离仓 8.3、 超低温冷冻气液分离仓 8.4构成, 所述的常温冷冻气液分离仓 8.1分别设置沼气进口 8-9、水出口, 常温冷冻 气液分离仓 8.1分两路: 一路: 通过风机连通常压氮气储袋 13 ; 二路: 连 通耐压冷冻气液分离仓 8.2, 耐压冷冻气液分离仓 8.2分三路: 一路: 通过 风机连通常压氮气储袋 13 ; 二路: 连通液态硫化氢储罐 12.1 ; 三路: 连通 低温冷冻气液分离仓 8.3; 低温冷冻气液分离仓 8.3分三路: 一路: 通过风 机连通常压氮气储袋 13; 二路: 连通液化二氧化碳储罐 12.3; 三路: 连通 超低温冷冻气液分离仓 8.4, 超低温冷冻气液分离仓 8.4分三路: 一路: 通 过风机连通常压氮气储袋 13; 二路: 连通液态甲垸储罐 12.2, 所述的超低 温冷冻气液分离仓 8.4的净化燃料气管连通超低温冷冻气液分离仓 8.4与低 温冷冻气液分离仓 8.3之间的连管, 尾气回收循环冷冻, 当净化后的尾气 一氧化碳、氧气浓度超标时排出仓外;所述的 常压氮气储袋 13通过压缩装 置连通压缩氮气储气罐 7, 压缩氮气储气罐 7分别连通常温冷冻气液分离 仓 8.1、耐压冷冻气液分离仓 8.2、低温冷冻气液分离仓 8.3、超低温冷冻气 液分离仓 8.4。

所述的常温冷冻气液分离仓 8.1、 耐压冷冻气液分离仓 8.2、 低温冷冻 气液分离仓 8.3、 超低温冷冻气液分离仓 8.4内部结构相同, 统称为卧式氮 气膨胀冷冻分离仓, 如图 3至图 8所示: 由球头长筒形的壳体, 壳体设置 隔热层 8-4, 在壳体内中上部设置纵向排列的 U型换热管 8-2, 并由上下至 两个 U型管固定板 8-3固定, 所述的上 U型管固定板 8-3a上均匀交替设置 压缩氮气通过孔和 U型换热管 8-2, 该区为氮气膨胀仓 8-1, 这样可以提高 热交换效率; 所述的在氮气膨胀仓 8-1 与下部连接纵向排列的储积仓隔板 8-7, 被下 U型管固定板 8-3b隔开; 储积仓隔板 8-7下部筒壁设置间隙 8.8, 该区为液体储积仓 8-6, 这样便于液体流动; 所述的氮气膨胀仓 8-1的分别 连通沼气管道 8-9、压缩氮气进气口 8-10、 液体出口 8-13、 常压氮气出气口 8-11, 其常压氮气出气口 8-11设置在壳体上部; 液体出口 8-13设置在壳体 底部。

所述的卧式氮气膨胀冷冻分离仓是将冷冻液化 与气液分离合为一体设 计的, 如图 3所示。 其工作流程简述如下: 压缩氮气从进气口 8-10进卧式 氮气膨胀冷冻分离仓 8, 在膨胀仓 8-1内膨胀过程中, 从常压氮气出口 8-12 流出, 带走膨胀仓内 U型管内的热量, 冷却 U形管内气体。 当沼气从沼气 进口 8-9流入后, 通过管道直接流入下固定板 8-3下方隔板仓 8-7, 在隔板 仓内, 受到液面限制, 如图 4、 图 8所示, 只能通过隔板仓下固定板的另一 个圆孔流出, 进入另一个 U型换热管 8-2, 流进下一个隔板仓。 如此延续, 逐个通过 U型换热管和隔板仓, 最后从沼气出气口 8-12流出。 沼气出气口 8-12通过压缩机 10进入下一个卧式氮气膨胀冷冻分离仓。

所述的沼气在隔板仓和 U型管之间的穿越路线如图 3至图 8所示 (其 中的虚线和箭头代表沼气的流经路径和方向) 。冷凝气体在 U型换热管中流 动过程中, 被充填在膨胀仓 8-1的膨胀气体冷却, 部分气体冷凝成液体, 随 气体或向下流入隔板仓,液体被留在隔板仓 8-7,气体继续流进下一个 U型 换热管, 如此延续, 液体不断被分离, 并停积在下固定板下方的储液仓中。 储液仓隔板下端是联通的, 当液体积累到足够量时, 即可打开阀门排出。

所述的管道之间设置阀门 15.1-15.4、 16.1-16.4。

所述的常温冷冻气液分离仓 8.1、 耐压冷冻气液分离仓 8.2、 低温冷冻 气液分离仓 8.3、 超低温冷冻气液分离仓 8.4分别设置压力计和温度计。

以日处理 5000Nm 3 沼气的车载型沼气液化分离装置为例, 日产车用沼 气 3000Nm 3 ,合 2151千克,约每小时 184升 LNG (24小时 3班倒工作制), 回收液体二氧化碳 3954千克。所述沼气液化分离装置分为氮气压 冷却系 统、 氮气膨胀冷冻气液分离仓、 槽车等三大主体部分, 分别装载在三辆卡 车上, 如图 1所示。

氮气压缩冷却系统, 组装于第一辆卡车 1.1上,包括一套沼气发电机组 2、 4台马达 3, 4台变速箱 4; 4套 4L-20活塞式压缩机 5 ; 4台冷却器 6、 压缩氮气储气罐 7、 常压氮气储袋 13、 耐压管道等。 氮气膨胀冷冻分离仓 8, 整装在第二辆卡车 1.2上, 卧式水平放置, 共 分四个仓位, 分别用于冷凝水分离用的常温冷冻气液分离仓 8.1、 液态硫化 氢分离用的耐压冷冻气液分离仓 8.2、 液态二氧化碳分离用的低温冷冻气液 分离仓 8.3和液态甲垸分离用的超低温冷冻气液分离仓 8.4。 每个氮气膨胀 冷冻气液分离仓的原料气进气口、 出气口, 由一管串联, 如图 9所示。 其 中, 常温冷冻气液分离仓 8.1与耐压冷冻气液分离仓之间 8.2, 管道通过一 台压缩机 10相连。 而压缩氮气进气口, 分别由四条管道通过阀门 11.1、 阀 门 11.2 、阀门 11.3、阀门 11.4与压缩氮气储气罐出气口并联,如图 2所示。 常压氮气出气口, 则分别由四条管道, 通过风机 9.1风机 9.2、 风机 9.3、 风 机 9.4与常压氮气储气袋 13并联。

其工作流程, 如图 2、 图 9所示(其中虚线及箭头代表膨胀氮气的流经 路线和方向, 实现代表沼气及其产物的流经路线和方向), 简述如下: 以热 导性能好的管道连续输送沼气, 控制流量, 先后进入温度逐个降低的用于 冷凝水分离用的常温冷冻气液分离仓 8.1、 液态硫化氢分离用的耐压冷冻气 液分离仓 8.2、 液态二氧化碳分离用的低温冷冻气液分离仓 8.3和液态甲垸 分离用的超低温冷冻气液分离仓 8.4。管道在仓内 U型管回转, 以延长管道 长度, 增加沼气在仓内停留时间和换热面积。 当沼气进入常温冷冻气液分 离仓 8.1时, 温度在 0°C左右, 水蒸气凝结成液态水, 从仓侧端管道排除; 去除了水蒸气的沼气进入压缩机 10, 使气压提升到 1.5MPa至 3MPa, 然后 进入耐压冷冻气液分离器 8.2, 温度为保持 -0°C, 将硫化氢冷凝液化从侧端 管道阀门排出, 回收; 去除硫化氢的沼气, 继续前进, 进入低温冷冻气液 分离仓 8.3, 保持压力 1.5MPa至 3MPa, 温度为 -10°C至 -30°C, 将二氧化碳 液化从侧端管道排出, 回收; 净化后的沼气, 主要成分为甲垸, 达到国家 天然气标准, 继续流入超低温冷冻气液分离仓 8.4, 温度降为 -82.6°C至 -162°C, 经压缩机 17压力调整为 OMPa至 4.60MPa甲垸液化, 装入绝热甲 垸 (LNG) 储罐, 生产 LNG。

所述的第三辆为槽车 1.3, 为沼气液化分离产品储存和转运装置。 其中 的液态硫化氢储液罐 12.1、 液体甲垸 (LNG) 储罐 12.2、 液态二氧化碳储 液罐 12.3为抗高压绝热罐, 液态硫化氢储液罐 12.1、 液体甲垸 (LNG) 储 罐 12.2、 液态二氧化碳储液罐 12.3分别由绝热管道与第二辆卡车 1.2的低 温输液泵 11.1、 低温输液泵 11.3、 低温输液泵 11.2连接。

工作过程如下:

1、 检查压缩氮气储气罐, 应储满压缩氮气;

2、 三台承载设备车辆, 在沼气产地, 选择平整空地, 就地停稳, 调整 水平姿态, 连通各个管道, 确保管道连接牢固可靠, 打开常压氮气储气袋。

3、 将原料沼气储气罐, 与沼气发电机组和第二台车常温冷冻气液分离 仓 8.1的原料沼气进气口连通;

4、 调节各个氮气膨胀冷冻气液分离仓, 控制压缩氮气流量, 调节上述 各个氮气膨胀冷冻气液分离仓的工作温度;

5、 点火启动发电机组 2, 启动电机 3, 4台 L-20活塞式压缩机 5, 风

6、 打开压缩氮气储气罐的总阀门 14和常压氮气抽气泵;

7、 开通原料沼气管道, 调整流量 15, 启动压缩机 10;

8、 沼气先后进入温度逐个降低的用于冷凝水分离 用的常温冷冻气液分 离仓 8.1、 液态硫化氢分离用的耐压冷冻气液分离仓 8.2、 液态二氧化碳分 离用的低温冷冻气液分离仓 8.3 和液态甲垸分离用的超低温冷冻气液分离 仓 8.4, 如图 9所示。 管道在仓内 U型管回转, 以增加管道长度, 延长沼气 在仓内停留时间, 扩大换热面积。 当沼气进入常温冷冻气液分离仓 8.1时, 温度在 0°C左右, 水蒸气凝结成液态水, 从仓侧端管道排除; 去除了水蒸气 的沼气进入压缩机 10, 使气压提升到 1.5Mpa至 3MPa, 然后进入耐压冷冻 气液分离器 8.2, 温度为保持 -0°C, 将硫化氢冷凝液化从侧端液体出口, 经 低温输液泵 11.1, 通过管道送入储液罐 12.1, 回收; 去除硫化氢的沼气, 继续前进, 进入低温冷冻气液分离器 8.3, 保持 1.5Mpa至 3MPa压力, 温 度为 -10°C至 -30°C, 将二氧化碳液化从侧端液体出口, 经低温输液泵 11.2, 通过管道输入储液罐 12.3, 回收; 净化后的沼气, 主要成分为甲垸, 达到 国家天然气标准, 继续流入超低温冷冻气液分离器 8.4, 温度降为 -82.6°C至 -162°C甲垸液化, 压力经压缩机 17调整为 OMPa至 4.60MPa, 经低温输液 泵 11.3, 经管道输入液化甲垸 (LNG) 储罐 12.2, 生产 LNG。

9、常温冷冻气液分离仓 8.1的冷凝水直接排出, 可用于预冷原料沼气; 当耐压冷冻气液分离仓 8.2、液态二氧化碳分离用的低温冷冻气液分离 仓 8.3 和液态甲垸分离用的超低温冷冻液体超过预定 液位时, 自动排出, 并由低 温输液泵送入槽车, 进入相应的液态硫化氢储液罐 12.1、 液体甲垸(LNG) 储罐 12.2、 液态二氧化碳储液罐 12.3。

10、 常压氮气抽气泵将膨胀后的氮气送入常压氮气 储气袋 13储存, 为 氮气压缩机的制冷气体使用。

11、 当沼气冷冻、 分离、 生产完成后, 继续开动氮气压缩机, 将储气 袋的氮气全部压入压缩氮气储气罐, 以备下次生产使用。

本发明采用"卧式氮气膨胀冷冻气液分离装置" 实现了沼气液化分离装 置的车载模式;利用"递进冷冻法"实现了沼气 化产品多样化,增加产品收 入, 提高了沼气加工的经济效益; 采用沼气发电驱动力, 实现了广阔田野 上任何一地, 即使远离高压线路走廊, 均可实施沼气加工。 以上原理建造 的车载型沼气冷冻分离装置, 具有以下优点:

( 1 )、沼气冷冻分离装置车载化,实现了沼气加 在田间地头流动作业, 避免了分散在广阔农田上的农林废弃物, 收集、 转运、 加工等系列难题, 大幅度减少组建运输车队投资和农林废弃物运 输成本。 (2) 沼气加工在产地就地处理的生产方式, 改变了大批量运输废弃物 原料和废渣的低效方式, 转变成为运输成品的高效模式, 按秸杆沼气转化 率为 420L/kg.TS计算, 其成品运输成本仅为运输秸杆干物质的 30.114%, 可减少运输成本 70%。

(3 )、 采用沼气发电驱动, 不仅避免沼气加工生产受电线走廊的制约, 还可以大幅度减少动力成本, 按每 1.6kvI/Nm 3 沼气发电率, 每 Nm 3 沼气收 购价格 0.5元, 电网价格按 0.6元 /度计算, 1.6kvl的电费为 0.96元。相当于 每度电费仅为 0.3125元, 可节省 0.2875元。 按递进冷冻法每加工 INm 3 沼 气, 产 60%甲垸气和 40%二氧化碳计算:用电.5x60%+0.22x40%=0.388kvl, 加工电费仅为 0.151 元 /Nm 3 , 可节省电费 0.112 元 /Nm 3 , 动力成本节省 47.91%。 日处理 5000吨的装置, 年节省电费 27万元。 消耗 INm 3 的沼气, 可加工 4.12Nm 3 的沼气, 生产 LNG 2.47Nm 3 , 回收二氧化碳 1.65Nm 3

(4)、 采用"递进冷冻法"分离沼气, 除了生产占 60%的甲垸 (LNG) 外, 还回收占 40%的二氧化碳。 其产品收入: 甲垸气为 0.6Nm 3 , 按 2.5元 /Nm 3 批发价计算, 为 1.5元; 二氧化碳为 0.4Nm 3 , 按 500元 /吨批发价, 为 0.3954元。回收二氧化碳收入增加 26.36%,大幅度增加沼气加工经济效益。

总之, 本发明的车载型沼气冷冻分离装置主要先进性 如下:

1、 灵活、 轻便、 可移动、 不需外界动力即可运行。 从而为沼气加工 在生产地就地实施, 奠定了装备条件。 以此为基础, 在广袤的田野上, 只 要道路畅通, 即便原料电网线路走廊, 农林废弃物的资源均可利用, 最大 限度扩大了农林废弃物开发利用空间范围。

2、 沼气冷冻分离装置车载化, 改变了农林废弃物生产沼气集约化方 式, 避免大规模运输秸杆所需组建车队的投资, 减少了大批量运输秸杆原 料和运输沼渣废物的运输成本和动力成本。

3、 车载型沼气冷冻分离装置, 改变现有工艺仅回收甲垸的思路, 同 时回收二氧化碳, 不仅实现低碳农业发展, 还增加了沼气加工的副产品收 入, 使沼气加工产业经济效益大幅度增加。

4、 以上先进性, 按甲垸 2.5元 /Nm 3 、 二氧化碳 500元 /吨价格计算, 一方面增加沼气加工销售收入 26.36% , 另一方面减少产业运行动力成本 47.91%和运输成本 70%, 使沼气加工利润从 0.03 元/ Nm 3 增加到 0.544 元 /Nm 3 , 扭转了该产业以往经济效益不可行的状况。

5、 回收二氧化碳, 应用于现代设施农业气体肥料, 不仅可增加农作物 产量 70%至 90%, 还化解了农业低碳方式生产要求减少二氧化碳 排放与人 口增长需要农产品增产的矛盾。 所述的车载型沼气液化分离装置构造总图 如图 1所示, 可根据实际生产需要, 具体设计装置的规模。 大型者需要分 装设计; 小型者可整装设计。