專利名稱：車載型沼氣冷凍液化分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車載型沼氣冷凍液化分離裝置，具體是能夠隨車移動(dòng)到沼氣產(chǎn) 地，就地將沼氣冷凍、凈化、分離，產(chǎn)出液態(tài)二氧化碳和液化甲烷(LNG)的裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，生物質(zhì)能源發(fā)展熱潮高漲，形成了生物柴油、醇類燃料、沼氣等幾大重要發(fā) 展方向。生物柴油和醇類主要是利用植物種子油脂或者莖稈糖分提取，最終都要遭遇原料 種植缺乏土地這一不可逾越的困境。若大規(guī)模發(fā)展，勢必出現(xiàn)與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)爭地的局面。而 秸稈焚燒發(fā)電、秸稈裂解和纖維素乙醇等能源轉(zhuǎn)化方法，要求農(nóng)林廢棄物大規(guī)模集中處理。 在實(shí)際生產(chǎn)中，存在秸稈資源分散、收集難度大、運(yùn)輸效率低、季節(jié)過于集中、投入資金大、 運(yùn)行成本高等難題。因此，充分利用資源量巨大的農(nóng)林秸稈廢棄物，轉(zhuǎn)化為沼氣，發(fā)展車用 沼氣，可直接用于汽車燃料，技術(shù)成熟，操作簡便，成本較低，燃燒熱值較高，效果較好，更有 希望大規(guī)模發(fā)展。沼氣凈化提純后，主要成分為甲烷，與天然氣完全相同。沼氣開車的原理 與天然氣完全一致。而目前的秸稈沼氣轉(zhuǎn)化技術(shù)已相當(dāng)成熟。國際上采用沼氣開汽車已在 北歐一些國家如瑞典普及。我國天然氣汽車已在許多地區(qū)推廣、普及，為沼氣開車奠定了良 好基礎(chǔ)。但是，農(nóng)林秸稈廢棄物轉(zhuǎn)化車用沼氣，同樣也要面對秸稈資源分散所帶來的規(guī)模 化轉(zhuǎn)化系列難題。大規(guī)模集中處理農(nóng)林廢棄物，發(fā)展大型集約化工廠生產(chǎn)，存在諸多局限 性。因此，“一種植物莖葉大型產(chǎn)業(yè)化綜合處理和利用方法及裝置(CN101724695A) ”的發(fā)明， 轉(zhuǎn)變了大規(guī)模集約化的方式，以分散就地處理的原則，將農(nóng)林廢棄物原地轉(zhuǎn)化沼氣，采用管 網(wǎng)系統(tǒng)，收集、輸送需要的沼氣至加工廠，沼渣則作為有機(jī)肥就地還田，改變大批量低效率 的運(yùn)輸原料和廢料形式，采用方便高效易行的管道輸送半成品氣體，從而實(shí)現(xiàn)低成本高效 率大規(guī)模生產(chǎn)車用沼氣的方法。在實(shí)踐中，建立管網(wǎng)系統(tǒng)雖投入成本比組建機(jī)車運(yùn)輸隊(duì)成 本低，但管網(wǎng)維護(hù)仍是難題。如果進(jìn)一步轉(zhuǎn)變思路，開發(fā)出一種車載型沼氣液化分離裝置， 能夠隨車移動(dòng)，在產(chǎn)地就地冷凍、液化、分離、提純、灌裝，則上述系列難題可迎刃而解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為了克服大范圍規(guī)模化利用農(nóng)林秸稈廢棄物轉(zhuǎn)化為車用沼 氣，所面臨的資源分散、收集難度大、運(yùn)輸效率低、季節(jié)過于集中、投入資金大、運(yùn)行成本高 等系列難題，提供一種車載型沼氣冷凍液化分離裝置，它將農(nóng)林廢棄物原地轉(zhuǎn)化的沼氣，就 地處理加工為車用沼氣的方法及其裝置。它具有能夠隨車轉(zhuǎn)移，靈活輕便，不受場地限制， 可隨地運(yùn)轉(zhuǎn)，低成本高效率地就地將沼氣冷凍、凈化、分離，產(chǎn)出車用沼氣的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，還 能夠回收沼氣提純過程中，產(chǎn)生的液態(tài)二氧化碳副產(chǎn)品，增加產(chǎn)業(yè)收入，為廣闊的田野上， 將分散的農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化為車用沼氣，創(chuàng)造有利的技術(shù)支撐和高效的設(shè)備條件。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種車載型沼氣冷凍液化分離裝置，包括氮?dú)鈮嚎s機(jī)、冷 凝液器、壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐，氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉，所述的裝置均設(shè)置在卡車上，所述的氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉分別設(shè)置沼氣進(jìn)口、水出口，氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉分別連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋、 壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐、二氧化碳液化儲(chǔ)罐、液態(tài)甲烷儲(chǔ)罐、液態(tài)硫化氫儲(chǔ)罐；所述的常壓氮?dú)鈨?chǔ) 袋通過氮?dú)鈮嚎s裝置經(jīng)冷卻器連通壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐，所述的氮?dú)鈮嚎s機(jī)通過變速箱連接沼 氣發(fā)電機(jī)。所述的氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉由常溫冷凍氣液分離倉、耐壓冷凍氣液分離倉、低溫 冷凍氣液分離倉、超低溫冷凍氣液分離倉構(gòu)成，所述的常溫冷凍氣液分離倉分別設(shè)置沼氣 進(jìn)口、水出口，常溫冷凍氣液分離倉分兩路一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋；二路連通 耐壓冷凍氣液分離倉，耐壓冷凍氣液分離倉分三路一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋；二 路連通液態(tài)硫化氫儲(chǔ)罐；三路連通低溫冷凍氣液分離倉；低溫冷凍氣液分離倉分三路 一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋；二路連通液化二氧化碳儲(chǔ)罐；三路連通超低溫冷凍 氣液分離倉，超低溫冷凍氣液分離倉分三路一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋；二路連 通液態(tài)甲烷儲(chǔ)罐，所述的超低溫冷凍氣液分離倉的凈化燃料氣管連通超低溫冷凍氣液分離 倉與低溫冷凍氣液分離倉之間的連管；所述的常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋通過壓縮裝置連通壓縮氮?dú)鈨?chǔ) 氣罐，壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐分別連通常溫冷凍氣液分離倉、耐壓冷凍氣液分離倉、低溫冷凍氣液 分離倉、超低溫冷凍氣液分離倉。所述的常溫冷凍氣液分離倉、耐壓冷凍氣液分離倉、低溫冷凍氣液分離倉、超低溫 冷凍氣液分離倉內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同統(tǒng)稱為臥式氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉，所述的臥式氮?dú)馀蛎浝鋬?分離倉由長筒形的殼體，殼體設(shè)置隔熱層，在殼體內(nèi)中上部設(shè)置縱向排列的U型換熱管，并 由上下至少一個(gè)U型管固定板固定，所述的U型管固定板上均勻交替設(shè)置壓縮氮?dú)馔ㄟ^孔 和U型換熱管，該區(qū)為氮?dú)馀蛎泜}；所述的在氮?dú)馀蛎泜}下部連接縱向排列的儲(chǔ)積倉隔 板，與儲(chǔ)積倉隔板下部筒壁設(shè)置間隙，該區(qū)為液體儲(chǔ)積倉；所述的氮?dú)馀蛎泜}的分別連通沼 氣管道、壓縮氮?dú)膺M(jìn)氣口、液體出口常壓氮?dú)獬鰵饪冢涑旱獨(dú)獬鰵饪谠O(shè)置在殼體上部； 液體出口設(shè)置在殼體底部。所述的管道之間設(shè)置閥門。所述的常溫冷凍氣液分離倉、耐壓冷凍氣液分離倉、低溫冷凍氣液分離倉、超低溫 冷凍氣液分離倉分別設(shè)置壓力計(jì)和溫度計(jì)。本發(fā)明借用氮?dú)馀蛎浿评浼夹g(shù)；采用“遞進(jìn)冷凍法”，將沼氣冷凍、液化、凈化、分 離；將立式冷凍設(shè)備，改為臥式，并整裝或者分裝在卡車上；機(jī)組采用沼氣發(fā)電驅(qū)動(dòng)。所述 的車載型沼氣液化分離裝置，具體特征如下①、采用氮?dú)馀蛎浝鋬黾夹g(shù)，在氮?dú)馀蛎泜}，對沼氣實(shí)行冷凍、液化、凈化、分離處理。②、采用一管串聯(lián)膨脹倉。原料沼氣在數(shù)個(gè)膨脹倉內(nèi)，一管貫通，并在各倉內(nèi)分段 遞進(jìn)冷凍，將水蒸氣、硫化氫、二氧化碳等雜質(zhì)在遞進(jìn)冷凍過程中，逐步液化、分離。③、將膨脹倉、換熱器與氣液分離器一體化設(shè)計(jì)，降低U形管高度，增加U形管數(shù) 量，使立式氣液分離裝置變?yōu)榕P式，以利于車載。④、將上述裝置整裝或分裝在卡車上，實(shí)行裝置隨車移動(dòng)，就地運(yùn)行。本發(fā)明提出的車載型沼氣冷凍氣液分離裝置，其優(yōu)點(diǎn)如下1、氮?dú)馀蛎浝鋬鰝}、換熱器和氣液分離器一體化設(shè)置，極大程度地壓縮設(shè)備占地 空間，為裝置實(shí)現(xiàn)車載創(chuàng)造條件。
2、換熱器U型管，壓低高度，增加數(shù)量，保證了沼氣在氮?dú)馀蛎浝鋬鰝}的停留時(shí) 間，又壓低了設(shè)備高度，使設(shè)備從立式變?yōu)榕P式。為設(shè)備實(shí)現(xiàn)車載，建立基礎(chǔ)前提。3、采用沼氣發(fā)電為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝置即使在遠(yuǎn)離電網(wǎng)線路走廊的偏遠(yuǎn)地帶，只 要道路通暢，不需外界動(dòng)力，也可隨時(shí)隨地運(yùn)行。4、結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，操作簡捷，節(jié)省能耗，效率較高。5、設(shè)備隨車移動(dòng)，就地運(yùn)行，使沼氣加工可在廣闊田野上，任何地點(diǎn)運(yùn)行，使得車 用沼氣產(chǎn)業(yè)開發(fā)，避免農(nóng)林秸稈廢棄物收集、運(yùn)輸、加工等系列難題，不受運(yùn)輸半徑的限制， 極大擴(kuò)展秸稈原料的利用范圍。6、車載型設(shè)備，避免了原料輸入和廢渣輸出的巨大運(yùn)量，只需運(yùn)輸成品，運(yùn)輸效率 極高；從而避免了秸稈運(yùn)輸效率低，收集難度大等系列難題，極大地減少了運(yùn)輸成本，提高 了產(chǎn)業(yè)效益。7、沼氣電力，降低能耗成本；避免長途運(yùn)輸原料和廢渣，可節(jié)省車隊(duì)投入，降低運(yùn) 費(fèi)成本。這些降低成本的優(yōu)點(diǎn)，使得沼氣低效益行業(yè)成為能夠盈利的可行產(chǎn)業(yè)。綜上所述它具有靈活、輕便、可移動(dòng)、便運(yùn)行有點(diǎn)。減少了秸稈原料和運(yùn)輸沼渣廢 物的運(yùn)輸成本和動(dòng)力成本。并且，回收二氧化碳，實(shí)現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展，還增加了沼氣加工副 產(chǎn)品收入，總之增收、節(jié)能又環(huán)保。


圖1車載型沼氣冷凍分離裝置構(gòu)造總圖2車載型沼氣液化分離裝置的工藝流程圖3臥式氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉構(gòu)造圖4臥式氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉縱向A-A剖面示意圖5是圖4A-A剖面示意圖6是圖4B-B剖面示意圖7是圖4C向示意圖
圖8是臥式氮?dú)馀蛎浝鋬鰵庖悍蛛x倉橫截面D-D橫截面示意圖
圖9氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉車載整裝圖及沼氣分離工作流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種車載型沼氣冷凍液化分離裝置，如圖1所示，包括氮?dú)鈮嚎s機(jī)5、沼氣發(fā)電機(jī) 2常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋13、冷凝液器6、壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐7，氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉8，氮?dú)馀蛎浝鋬龇?離倉8為沼氣發(fā)電機(jī)2通過變速箱4帶動(dòng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)5，氮?dú)鈮嚎s機(jī)5經(jīng)冷卻器6連通壓縮 氮?dú)鈨?chǔ)氣罐7 ；所述的常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋13通過氮?dú)鈮嚎s機(jī)5經(jīng)冷卻器6連通壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐
7。上述的裝置均設(shè)置在汽車上，所述的汽車采用載重汽車1。這樣便于流動(dòng)作業(yè)。所述的氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉8由常溫冷凍氣液分離倉8. 1、耐壓冷凍氣液分離倉
8.2、低溫冷凍氣液分離倉8. 3、超低溫冷凍氣液分離倉8. 4構(gòu)成，所述的常溫冷凍氣液分離 倉8. 1分別設(shè)置沼氣進(jìn)口 8-9、水出口，常溫冷凍氣液分離倉8. 1分兩路一路通過風(fēng)機(jī) 連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋13 ；二路連通耐壓冷凍氣液分離倉8. 2，耐壓冷凍氣液分離倉8. 2分三路一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋13 ；二路連通液態(tài)硫化氫儲(chǔ)罐12. 1 ；三路連通低 溫冷凍氣液分離倉8. 3 ；低溫冷凍氣液分離倉8. 3分三路一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ) 袋13 ；二路連通液化二氧化碳儲(chǔ)罐12. 3 ；三路連通超低溫冷凍氣液分離倉8. 4，超低溫 冷凍氣液分離倉8. 4分三路一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋13 ；二路連通液態(tài)甲烷儲(chǔ) 罐12. 2，所述的超低溫冷凍氣液分離倉8. 4的凈化燃料氣管連通超低溫冷凍氣液分離倉 8. 4與低溫冷凍氣液分離倉8. 3之間的連管，尾氣回收循環(huán)冷凍，當(dāng)凈化后的尾氣一氧化 碳、氧氣濃度超標(biāo)時(shí)排出倉外；所述的常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋13通過壓縮裝置連通壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐
7,壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐7分別連通常溫冷凍氣液分離倉8.1、耐壓冷凍氣液分離倉8. 2、低溫冷 凍氣液分離倉8. 3、超低溫冷凍氣液分離倉8. 4。所述的常溫冷凍氣液分離倉8. 1、耐壓冷凍氣液分離倉8. 2、低溫冷凍氣液分離倉
8.3、超低溫冷凍氣液分離倉8. 4內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，統(tǒng)稱為臥式氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉，如圖3至 圖8所示由球頭長筒形的殼體，殼體設(shè)置隔熱層8-4，在殼體內(nèi)中上部設(shè)置縱向排列的U 型換熱管8-2，并由上下至兩個(gè)U型管固定板8-3固定，所述的上U型管固定板8-3a上均 勻交替設(shè)置壓縮氮?dú)馔ㄟ^孔和U型換熱管8-2，該區(qū)為氮?dú)馀蛎泜}8-1，這樣可以提高熱交 換效率；所述的在氮?dú)馀蛎泜}8-1與下部連接縱向排列的儲(chǔ)積倉隔板8-7，被下U型管固定 板8-3b隔開；儲(chǔ)積倉隔板8-7下部筒壁設(shè)置間隙8. 8，該區(qū)為液體儲(chǔ)積倉8-6，這樣便于液 體流動(dòng)；所述的氮?dú)馀蛎泜}8-1的分別連通沼氣管道8-9、壓縮氮?dú)膺M(jìn)氣口 8-10、液體出口 8-13、常壓氮?dú)獬鰵饪?8-11，其常壓氮?dú)獬鰵饪?8-11設(shè)置在殼體上部；液體出口 8-13設(shè)置 在殼體底部。所述的臥式氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉是將冷凍液化與氣液分離合為一體設(shè)計(jì)的，如圖 3所示。其工作流程簡述如下壓縮氮?dú)鈴倪M(jìn)氣口 8-10進(jìn)臥式氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉8，在膨 脹倉8-1內(nèi)膨脹過程中，從常壓氮?dú)獬隹?8-12流出，帶走膨脹倉內(nèi)U型管內(nèi)的熱量，冷卻U 形管內(nèi)氣體。當(dāng)沼氣從沼氣進(jìn)口 8-9流入后，通過管道直接流入下固定板8-3下方隔板倉 8-7，在隔板倉內(nèi)，受到液面限制，如圖4、圖8所示，只能通過隔板倉下固定板的另一個(gè)圓孔 流出，進(jìn)入另一個(gè)U型換熱管8-2，流進(jìn)下一個(gè)隔板倉。如此延續(xù)，逐個(gè)通過U型換熱管和隔 板倉，最后從沼氣出氣口 8-12流出。沼氣出氣口 8-12通過壓縮機(jī)10進(jìn)入下一個(gè)臥式氮?dú)?膨脹冷凍分離倉。所述的沼氣在隔板倉和U型管之間的穿越路線如圖3至圖8所示(其中的虛線和 箭頭代表沼氣的流經(jīng)路徑和方向)。冷凝氣體在U型換熱管中流動(dòng)過程中，被充填在膨脹 倉8-1的膨脹氣體冷卻，部分氣體冷凝成液體，隨氣體或向下流入隔板倉，液體被留在隔板 倉8-7，氣體繼續(xù)流進(jìn)下一個(gè)U型換熱管，如此延續(xù)，液體不斷被分離，并停積在下固定板下 方的儲(chǔ)液倉中。儲(chǔ)液倉隔板下端是聯(lián)通的，當(dāng)液體積累到足夠量時(shí)，即可打開閥門排出。所述的管道之間設(shè)置閥門15. 1-15. 4、16. 1-16. 4。所述的常溫冷凍氣液分離倉8. 1、耐壓冷凍氣液分離倉8. 2、低溫冷凍氣液分離倉 8. 3、超低溫冷凍氣液分離倉8. 4分別設(shè)置壓力計(jì)和溫度計(jì)。以日處理5000Nm3沼氣的車載型沼氣液化分離裝置為例，日產(chǎn)車用沼氣3000Nm3， 合2151千克，約每小時(shí)184升LNG (24小時(shí)3班倒工作制)，回收液體二氧化碳3954千克。 所述沼氣液化分離裝置分為氮?dú)鈮嚎s冷卻系統(tǒng)、氮?dú)馀蛎浝鋬鰵庖悍蛛x倉、槽車等三大主 體部分，分別裝載在三輛卡車上，如圖1所示。
氮?dú)鈮嚎s冷卻系統(tǒng)，組裝于第一輛卡車1. 1上，包括一套沼氣發(fā)電機(jī)組2、4臺馬達(dá) 3,4臺變速箱4 ；4套4L-20活塞式壓縮機(jī)5 ；4臺冷卻器6、壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐7、常壓氮?dú)鈨?chǔ) 袋13、耐壓管道等。氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉8，整裝在第二輛卡車1. 2上，臥式水平放置，共分四個(gè)倉位， 分別用于冷凝水分離用的常溫冷凍氣液分離倉8. 1、液態(tài)硫化氫分離用的耐壓冷凍氣液分 離倉8. 2、液態(tài)二氧化碳分離用的低溫冷凍氣液分離倉8. 3和液態(tài)甲烷分離用的超低溫冷 凍氣液分離倉8. 4。每個(gè)氮?dú)馀蛎浝鋬鰵庖悍蛛x倉的原料氣進(jìn)氣口、出氣口，由一管串聯(lián)，如 圖9所示。其中，常溫冷凍氣液分離倉8. 1與耐壓冷凍氣液分離倉之間8. 2，管道通過一臺 壓縮機(jī)10相連。而壓縮氮?dú)膺M(jìn)氣口，分別由四條管道通過閥門11. 1、閥門11. 2、閥門11.3、 閥門11. 4與壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐出氣口并聯(lián)，如圖2所示。常壓氮?dú)獬鰵饪?，則分別由四條管 道，通過風(fēng)機(jī)9. 1風(fēng)機(jī)9. 2、風(fēng)機(jī)9. 3、風(fēng)機(jī)9. 4與常壓氮?dú)鈨?chǔ)氣袋13并聯(lián)。其工作流程，如圖2、圖9所示(其中虛線及箭頭代表膨脹氮?dú)獾牧鹘?jīng)路線和方 向，實(shí)現(xiàn)代表沼氣及其產(chǎn)物的流經(jīng)路線和方向)，簡述如下以熱導(dǎo)性能好的管道連續(xù)輸送 沼氣，控制流量，先后進(jìn)入溫度逐個(gè)降低的用于冷凝水分離用的常溫冷凍氣液分離倉8. 1、 液態(tài)硫化氫分離用的耐壓冷凍氣液分離倉8. 2、液態(tài)二氧化碳分離用的低溫冷凍氣液分離 倉8. 3和液態(tài)甲烷分離用的超低溫冷凍氣液分離倉8. 4。管道在倉內(nèi)U型管回轉(zhuǎn)，以延長管 道長度，增加沼氣在倉內(nèi)停留時(shí)間和換熱面積。當(dāng)沼氣進(jìn)入常溫冷凍氣液分離倉8. 1時(shí)，溫 度在0°C左右，水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水，從倉側(cè)端管道排除；去除了水蒸氣的沼氣進(jìn)入壓縮機(jī) 10，使氣壓提升到1. 5MPa至3MPa，然后進(jìn)入耐壓冷凍氣液分離器8. 2，溫度為保持_0°C，將 硫化氫冷凝液化從側(cè)端管道閥門排出，回收；去除硫化氫的沼氣 ，繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)入低溫冷凍 氣液分離倉8. 3，保持壓力1. 5MPa至3MPa，溫度為-10°C至-30°C，將二氧化碳液化從側(cè)端 管道排出，回收；凈化后的沼氣，主要成分為甲烷，達(dá)到國家天然氣標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)流入超低溫冷 凍氣液分離倉8. 4，溫度降為_82.6°C至_162°C，經(jīng)壓縮機(jī)17壓力調(diào)整為OMPa至4. 60MPa 甲烷液化，裝入絕熱甲烷(LNG)儲(chǔ)罐，生產(chǎn)LNG。所述的第三輛為槽車1.3，為沼氣液化分離產(chǎn)品儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)裝置。其中的液態(tài)硫化 氫儲(chǔ)液罐12. 1、液體甲烷(LNG)儲(chǔ)罐12. 2、液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液罐12. 3為抗高壓絕熱罐，液 態(tài)硫化氫儲(chǔ)液罐12. 1、液體甲烷(LNG)儲(chǔ)罐12. 2、液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液罐12. 3分別由絕熱管 道與第二輛卡車1. 2的低溫輸液泵11. 1、低溫輸液泵11. 3、低溫輸液泵11. 2連接。工作過程如下1、檢查壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐，應(yīng)儲(chǔ)滿壓縮氮?dú)猓?、三臺承載設(shè)備車輛，在沼氣產(chǎn)地，選擇平整空地，就地停穩(wěn)，調(diào)整水平姿態(tài)，連 通各個(gè)管道，確保管道連接牢固可靠，打開常壓氮?dú)鈨?chǔ)氣袋。3、將原料沼氣儲(chǔ)氣罐，與沼氣發(fā)電機(jī)組和第二臺車常溫冷凍氣液分離倉8. 1的原 料沼氣進(jìn)氣口連通；4、調(diào)節(jié)各個(gè)氮?dú)馀蛎浝鋬鰵庖悍蛛x倉，控制壓縮氮?dú)饬髁?，調(diào)節(jié)上述各個(gè)氮?dú)馀?脹冷凍氣液分離倉的工作溫度；5、點(diǎn)火啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組2，啟動(dòng)電機(jī)3，4臺L-20活塞式壓縮機(jī)5，風(fēng)機(jī)9 ；6、打開壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐的總閥門14和常壓氮?dú)獬闅獗茫?、開通原料沼氣管道，調(diào)整流量15，啟動(dòng)壓縮機(jī)10 ；
8、沼氣先后進(jìn)入溫度逐個(gè)降低的用于冷凝水分離用的常溫冷凍氣液分離倉8. 1、 液態(tài)硫化氫分離用的耐壓冷凍氣液分離倉8. 2、液態(tài)二氧化碳分離用的低溫冷凍氣液分離 倉8. 3和液態(tài)甲烷分離用的超低溫冷凍氣液分離倉8. 4，如圖9所示。管道在倉內(nèi)U型管回 轉(zhuǎn)，以增加管道長度，延長沼氣在倉內(nèi)停留時(shí)間，擴(kuò)大換熱面積。當(dāng)沼氣進(jìn)入常溫冷凍氣液 分離倉8. 1時(shí)，溫度在0°C左右，水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水，從倉側(cè)端管道排除；去除了水蒸氣的 沼氣進(jìn)入壓縮機(jī)10，使氣壓提升到1. 5Mpa至3MPa，然后進(jìn)入耐壓冷凍氣液分離器8. 2，溫 度為保持-0°C，將硫化氫冷凝液化從側(cè)端液體出口，經(jīng)低溫輸液泵11. 1，通過管道送入儲(chǔ) 液罐12. 1，回收；去除硫化氫的沼氣，繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)入低溫冷凍氣液分離器8. 3，保持1. 5Mpa 至3MPa壓力，溫度為-10°C至_30°C，將二氧化碳液化從側(cè)端液體出口，經(jīng)低溫輸液泵11. 2， 通過管道輸入儲(chǔ)液罐12. 3，回收；凈化后的沼氣，主要成分為甲烷，達(dá)到國家天然氣標(biāo)準(zhǔn)， 繼續(xù)流入超低溫冷凍氣液分離器8. 4，溫度降為-82. 6°C至-162°C甲烷液化，壓力經(jīng)壓縮機(jī) 17調(diào)整為OMPa至4. 60MPa,經(jīng)低溫輸液泵11. 3，經(jīng)管道輸入液化甲烷(LNG)儲(chǔ)罐12. 2，生 產(chǎn) LNG。9、常溫冷凍氣液分離倉8. 1的冷凝水直接排出，可用于預(yù)冷原料沼氣；當(dāng)耐壓冷 凍氣液分離倉8. 2、液態(tài)二氧化碳分離用的低溫冷凍氣液分離倉8. 3和液態(tài)甲烷分離用的 超低溫冷凍液體超過預(yù)定液位時(shí)，自動(dòng)排出，并由低溫輸液泵送入槽車，進(jìn)入相應(yīng)的液態(tài)硫 化氫儲(chǔ)液罐12. 1、液體甲烷(LNG)儲(chǔ)罐12. 2、液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)液罐12. 3。10、常壓氮?dú)獬闅獗脤⑴蛎浐蟮牡獨(dú)馑腿氤旱獨(dú)鈨?chǔ)氣袋13儲(chǔ)存，為氮?dú)鈮嚎s機(jī) 的制冷氣體使用。11、當(dāng)沼氣冷凍、分離、生產(chǎn)完成后，繼續(xù)開動(dòng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)，將儲(chǔ)氣袋的氮?dú)馊繅?入壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐，以備下次生產(chǎn)使用。本發(fā)明采用“臥式氮?dú)馀蛎浝鋬鰵庖悍蛛x裝置”，實(shí)現(xiàn)了沼氣液化分離裝置的車載 模式；利用“遞進(jìn)冷凍法”實(shí)現(xiàn)了沼氣液化產(chǎn)品多樣化，增加產(chǎn)品收入，提高了沼氣加工的經(jīng) 濟(jì)效益；采用沼氣發(fā)電驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了廣闊田野上任何一地，即使遠(yuǎn)離高壓線路走廊，均可 實(shí)施沼氣加工。以上原理建造的車載型沼氣冷凍分離裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)、沼氣冷凍分離裝置車載化，實(shí)現(xiàn)了沼氣加工在田間地頭流動(dòng)作業(yè)，避免了分 散在廣闊農(nóng)田上的農(nóng)林廢棄物，收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、加工等系列難題，大幅度減少組建運(yùn)輸車隊(duì)投 資和農(nóng)林廢棄物運(yùn)輸成本。(2)沼氣加工在產(chǎn)地就地處理的生產(chǎn)方式，改變了大批量運(yùn)輸廢棄物原料和廢渣 的低效方式，轉(zhuǎn)變成為運(yùn)輸成品的高效模式，按秸稈沼氣轉(zhuǎn)化率為420L/kg · TS計(jì)算，其成 品運(yùn)輸成本僅為運(yùn)輸秸稈干物質(zhì)的30. 114%，可減少運(yùn)輸成本70%。(3)、采用沼氣發(fā)電驅(qū)動(dòng)，不僅避免沼氣加工生產(chǎn)受電線走廊的制約，還可以大幅 度減少動(dòng)力成本，按每1. 6kvI/Nm3沼氣發(fā)電率，每Nm3沼氣收購價(jià)格0. 5元，電網(wǎng)價(jià)格按 0. 6元/度計(jì)算，1. 6kvl的電費(fèi)為0. 96元。相當(dāng)于每度電費(fèi)僅為0. 3125元，可節(jié)省0. 2875 元。按遞進(jìn)冷凍法每加工INm3沼氣，產(chǎn)60%甲烷氣和40%二氧化碳計(jì)算用電.5X60% +0. 22X40%= 0. 388kvl，加工電費(fèi)僅為0. 151元/Nm3，可節(jié)省電費(fèi)0. 112元/Nm3，動(dòng)力成 本節(jié)省47. 91%。日處理5000噸的裝置，年節(jié)省電費(fèi)27萬元。消耗INm3的沼氣，可加工 4. 12Nm3的沼氣，生產(chǎn)LNG 2. 47Nm3，回收二氧化碳1. 65Nm3。(4)、采用“遞進(jìn)冷凍法”分離沼氣，除了生產(chǎn)占60%的甲烷(LNG)外，還回收占40%的二氧化碳。其產(chǎn)品收入甲烷氣為0. 6Nm3,按2. 5元/Nm3批發(fā)價(jià)計(jì)算，為1. 5元；二 氧化碳為0. 4Nm3，按500元/噸批發(fā)價(jià)，為0. 3954元。回收二氧化碳收入增加26. 36%，大 幅度增加沼氣加工經(jīng)濟(jì)效益?？傊?，本發(fā)明的車載型沼氣冷凍分離裝置主要先進(jìn)性如下1、靈活、輕便、可移動(dòng)、不需外界動(dòng)力即可運(yùn)行。從而為沼氣加工在生產(chǎn)地就地實(shí) 施，奠定了裝備條件。以此為基礎(chǔ)，在廣袤的田野上，只要道路暢通，即便原料電網(wǎng)線路走 廊，農(nóng)林廢棄物的資源均可利用，最大限度擴(kuò)大了農(nóng)林廢棄物開發(fā)利用空間范圍。2、沼氣冷凍分離裝置車載化，改變了農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)沼氣集約化方式，避免大規(guī) 模運(yùn)輸秸稈所需組建車隊(duì)的投資，減少了大批量運(yùn)輸秸稈原料和運(yùn)輸沼渣廢物的運(yùn)輸成本 和動(dòng)力成本。3、車載型沼氣冷凍分離裝置，改變現(xiàn)有工藝僅回收甲烷的思路，同時(shí)回收二氧化 碳，不僅實(shí)現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展，還增加了沼氣加工的副產(chǎn)品收入，使沼氣加工產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大 幅度增加。4、以上先進(jìn)性，按甲烷2. 5元/Nm3、二氧化碳500元/噸價(jià)格計(jì)算，一方面增加沼 氣加工銷售收入26. 36%，另一方面減少產(chǎn)業(yè)運(yùn)行動(dòng)力成本47. 91%和運(yùn)輸成本70%，使沼 氣加工利潤從0. 03元/Nm3增加到0. 544元/Nm3，扭轉(zhuǎn)了該產(chǎn)業(yè)以往經(jīng)濟(jì)效益不可行的狀況。5、回收二氧化碳，應(yīng)用于現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)氣體肥料，不僅可增加農(nóng)作物產(chǎn)量70%至 90%，還化解了農(nóng)業(yè)低碳方式生產(chǎn)要求減少二氧化碳排放與人口增長需要農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)的矛 盾。所述的車載型沼氣液化分離裝置構(gòu)造總圖如圖1所示，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，具體設(shè) 計(jì)裝置的規(guī)模。大型者需要分裝設(shè)計(jì)；小型者可整裝設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
一種車載型沼氣冷凍液化分離裝置，包括氮?dú)鈮嚎s機(jī)(5)、冷凝液器(6)、壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐(7)，氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉(8)，其特征在于所述的裝置均設(shè)置在卡車上，所述的氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉(8)分別設(shè)置沼氣進(jìn)口(8 9)、水出口，氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉(8)分別連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋(13)、壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐(7)、二氧化碳液化儲(chǔ)罐(12.3)、液態(tài)甲烷儲(chǔ)罐(12.2)、液態(tài)硫化氫儲(chǔ)罐(12.1)；所述的常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋(13)通過氮?dú)鈮嚎s裝置(5)經(jīng)冷卻器(6)連通壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐(7)，所述的氮?dú)鈮嚎s機(jī)(5)通過變速箱(4)連接沼氣發(fā)電機(jī)(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的車載型沼氣冷凍液化分離裝置，其特征在于所述的氮?dú)馀蛎?冷凍分離倉(8)由常溫冷凍氣液分離倉(8. 1)、耐壓冷凍氣液分離倉(8. 2)、低溫冷凍氣液 分離倉(8. 3)、超低溫冷凍氣液分離倉(8. 4)構(gòu)成，所述的常溫冷凍氣液分離倉(8. 1)分別 設(shè)置沼氣進(jìn)口(8-9)、水出口，常溫冷凍氣液分離倉(8. 1)分兩路一路通過風(fēng)機(jī)連通常 壓氮?dú)鈨?chǔ)袋(13) ；二路連通耐壓冷凍氣液分離倉(8. 2)，耐壓冷凍氣液分離倉(8.2)分三 路一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋(13) ；二路連通液態(tài)硫化氫儲(chǔ)罐(12. 1)；三路連 通低溫冷凍氣液分離倉(8. 3)；低溫冷凍氣液分離倉(8. 3)分三路一路通過風(fēng)機(jī)連通常 壓氮?dú)鈨?chǔ)袋(13) ；二路連通液化二氧化碳儲(chǔ)罐(12.3)；三路連通超低溫冷凍氣液分離 倉(8. 4)，超低溫冷凍氣液分離倉(8.4)分三路一路通過風(fēng)機(jī)連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋(13)； 二路連通液態(tài)甲烷儲(chǔ)罐(12. 2)，所述的超低溫冷凍氣液分離倉(8.4)的凈化燃料氣管連 通超低溫冷凍氣液分離倉(8. 4)與低溫冷凍氣液分離倉(8. 3)之間的連管；所述的常壓氮 氣儲(chǔ)袋(13)通過壓縮裝置連通壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐(7)，壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐(7)分別連通常溫冷 凍氣液分離倉(8. 1)、耐壓冷凍氣液分離倉(8. 2)、低溫冷凍氣液分離倉(8. 3)、超低溫冷凍 氣液分離倉(8. 4)。
3.如權(quán)利要求1所述的車載型沼氣冷凍液化分離裝置，其特征在于所述的常溫冷凍 氣液分離倉(8. 1)、耐壓冷凍氣液分離倉(8. 2)、低溫冷凍氣液分離倉(8. 3)、超低溫冷凍氣 液分離倉(8.4)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同統(tǒng)稱為臥式氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉(8)，所述的臥式氮?dú)馀蛎?冷凍分離倉(8)由長筒形的殼體，殼體設(shè)置隔熱層(8-4)，在殼體內(nèi)中上部設(shè)置縱向排列的 U型換熱管(8-2)，并由上下至少一個(gè)U型管固定板(8-3)固定，所述的U型管固定板(8-3) 上均勻交替設(shè)置壓縮氮?dú)馔ㄟ^孔和U型換熱管(8-2)，該區(qū)為氮?dú)馀蛎泜}(8-1)；所述的在 氮?dú)馀蛎泜}(8-1)下部連接縱向排列的儲(chǔ)積倉隔板(8-7)，與儲(chǔ)積倉隔板(8-7)下部筒壁設(shè) 置間隙，該區(qū)為液體儲(chǔ)積倉(8-6)；所述的氮?dú)馀蛎泜}(8-1)的分別連通沼氣管道(8-9)、壓 縮氮?dú)膺M(jìn)氣口(8-10)、液體出口常壓氮?dú)獬鰵饪?8-11)，其常壓氮?dú)獬鰵饪?8-11)設(shè)置在 殼體上部；液體出口設(shè)置在殼體底部。
4.如權(quán)利要求1所述的車載型沼氣冷凍液化分離裝置，其特征在于所述的管道之間 設(shè)置閥門。
5.如權(quán)利要求2所述的車載型沼氣冷凍液化分離裝置，其特征在于所述的常溫冷凍 氣液分離倉(8. 1)、耐壓冷凍氣液分離倉(8. 2)、低溫冷凍氣液分離倉(8. 3)、超低溫冷凍氣 液分離倉(8. 4)分別設(shè)置壓力計(jì)和溫度計(jì)。
全文摘要
一種車載型沼氣冷凍液化分離裝置，包括氮?dú)鈮嚎s機(jī)、冷凝液器、壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐，氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉，其特征在于所述的裝置均設(shè)置在卡車上，所述的氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉分別設(shè)置沼氣進(jìn)口、水出口，氮?dú)馀蛎浝鋬龇蛛x倉分別連通常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋、壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐、液化硫化氫儲(chǔ)罐、液態(tài)甲烷儲(chǔ)罐、液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐；所述的常壓氮?dú)鈨?chǔ)袋通過氮?dú)鈮嚎s裝置經(jīng)冷卻器連通壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐，所述的氮?dú)鈮嚎s機(jī)通過變速箱連接沼氣發(fā)電機(jī)。它具有靈活、輕便、可移動(dòng)便運(yùn)行。減少了秸稈原料和運(yùn)輸沼渣廢物的運(yùn)輸成本和動(dòng)力成本。并且，回收二氧化碳，實(shí)現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展，還增加了沼氣加工副產(chǎn)品收入，總之增收、節(jié)能又環(huán)保。
文檔編號F25B27/00GK101949633SQ201010281938
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者張永北 申請人:張永北