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一种沼气提纯除 氧系统及沼气提纯除氧方法

阅读：66发布：2023-03-14

专利汇可以提供一种沼气提纯除氧系统及沼气提纯除氧方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种沼气提纯除氧系统和沼气提纯除氧方法，包括除氧反应器，除氧反应器包括外筒、设置在外筒内的内筒、安装在内筒内的加热装置、形成在内筒的上部且供沼气和氢气通入的进气口、形成在内筒的下部和/或底部且供气体通过的通孔、形成在外筒上且供脱除氧气后的气体排出的出气口、形成在内筒和外筒之间用于装填颗粒状或圆柱形的钯催化剂的容置空间、形成在外筒的下部用于卸料的卸料口。本发明节省了外加热结构，节省能源，氢气和氧气与催化剂的接触面积增大，除氧效率高，催化剂更换方便，控制精确，氧气去除深度能够满足CNG和LNG的使用要求，并且本发明可以做成集成撬装装置，安装及操作便捷，自动化程度高。，下面是一种沼气提纯除氧系统及沼气提纯除氧方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种沼气提纯除氧系统，包括用于除去沼气中的氧气的除氧反应器（1），其特征在于：所述的除氧反应器（1）包括具有内部容腔的外筒（11）、具有内部容腔且设置在所述的外筒（11）内的内筒（12）、安装在所述的内筒（12）内的加热装置（13）、形成在所述的内筒（12）的上部且供所述的沼气和氢气通入的进气口（14）、形成在所述的内筒（12）的下部和/或底部且供气体通过的通孔、形成在所述的外筒（11）上且供脱除氧气后的气体排出的出气口（15）、形成在所述的内筒（12）和所述的外筒（11）之间用于装填颗粒状或圆柱形的钯催化剂（2）的容置空间（16）、形成在所述的外筒（11）的下部用于卸料的卸料口（17）。
2.根据权利要求1所述的沼气提纯除氧系统，其特征在于：所述的沼气提纯除氧系统还包括与所述的进气口（14）相连通用于向所述的除氧反应器（1）内通入所述的沼气的第一进气管（3）、与所述的进气口（14）或所述的第一进气管（3）相连通用于向所述的除氧反应器（1）内通入所述的氢气的第二进气管（4）、设置在所述的第二进气管（4）上用于调节通入的氢气流量的调节阀组（5）、设置在所述的第二进气管（4）上用于计量通入的氢气流量的流量计（6）。
3.根据权利要求2所述的沼气提纯除氧系统，其特征在于：所述的调节阀组（5）位于所述的流量计（6）和所述的第二进气管（4）的进气口（14）之间。
4.根据权利要求2所述的沼气提纯除氧系统，其特征在于：所述的调节阀组（5）包括依次设置在所述的第二进气管（4）上的第一手动阀（51）、自动阀（52）、第二手动阀（53），所述的沼气提纯除氧系统还包括设置在所述的第二进气管（4）上的旁通管（54）、设置在所述的旁通管（54）上的旁通阀（55）。
5.根据权利要求1所述的沼气提纯除氧系统，其特征在于：所述的沼气提纯除氧系统还包括具有进口（71）、出口（72）、冷却水进口（73）、冷却水出口（74）和冷凝水出口（75）的冷却器（7），设置在所述的冷却器（7）的出口（72）处用于监测残余氧气含量的在线监测仪表（8），设置在所述的冷却器（7）的冷凝水出口（75）处的冷凝水排放阀（9）；所述的冷却器（7）的进口（71）与所述的除氧反应器（1）的出气口（15）相连通。
6.根据权利要求5所述的沼气提纯除氧系统，其特征在于：所述的冷却器（7）为列管式冷却器（7）。
7.根据权利要求1所述的沼气提纯除氧系统，其特征在于：所述的加热装置（13）包括至少一根电加热棒。
8.根据权利要求1所述的沼气提纯除氧系统，其特征在于：所述的沼气提纯除氧系统还包括监控点设置在所述的内筒（12）的内部的第一温控仪（18）、监控点设置在所述的外筒（11）和所述的内筒（12）之间的第二温控仪（19）。
9.一种沼气提纯除氧方法，其特征在于：将沼气和氢气通入权利要求1至8中任一项所述的沼气提纯除氧系统，脱除所述的沼气中的氧气。
10.根据权利要求9所述的沼气提纯除氧方法，其特征在于：控制所述的除氧反应器（1）的温度为70℃～150℃。

说明书全文

一种沼气提纯除氧系统及沼气提纯除氧方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种沼气提纯除氧系统及沼气提纯除氧方法。

背景技术

[0002] 沼气作为一种生物质能源，在能源紧缺的今天，具有十分重要的意义和广阔的发展潜力。沼气还可以进一步提纯为压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）。沼气的成分与厌氧发酵的原料和操作方式有关，主要组成为甲烷（CH4，40%～75%）、二氧化碳（CO2，15%～60%），还有少量的水、硫化氢、有机硫、硅氧烷、卤代烃、氨、氧气、一氧化碳和氮气等。若为垃圾填埋场所产生的沼气，则成分更加复杂，并可能含有较多的氧气（0～5%）。

[0003] 沼气提纯为压缩天然气使用，根据GB18047-2000《车用压缩天然气》的规定，沼气的热值和组分必须满足一定的要求，其中，氧气含量要求小于0.5%。液化天然气对氧气含量的要求更高，若氧气含量大于以上标准，会产生爆炸危险，严重危害生命财产。所以在沼气提纯过程中，将氧气含量降低到允许值以下是必要的单元。

[0004] 但在实际使用过程，绝大多数的沼气提纯和净化工艺都关注于除水、脱硫和脱除二氧化碳，极少关注于氧气的脱除。如专利CN201210009074描述的沼气提纯技术，经过过滤、干燥、脱硫和吸附，使沼气浓度达到98%，没有除氧单元。专利CN201410350212描述的一种沼气提纯净化工艺，通过水洗、干燥的方式，去除其中的二氧化碳、硫化氢和水，同样没有除氧单元。事实上，通过此工艺，氧气是去除不了的，氧气含量会不降反升。发明专利CN201310166484描述了一种沼气提纯系统及工艺，通过预处理系统，再通过核心处理单元-膜分离系统，提纯沼气，同样的，在预处理单元中，没有除氧单元。

[0005] 公开了一种从垃圾填埋气中净化回收甲烷的方法，其脱氧步骤为：将从变压吸附系统获得的初步净化气，经加热器预热至30 80℃，与外供氢气混合后从脱氧反应器的进气~管进入钯催化剂脱氧反应器，在反应器中钯催化剂的作用下，初步净化气中含有的氧气与氢气反应生成水，以脱除初步净化气中的氧气，得到含有水分的甲烷气。所述钯催化剂脱氧反应器包括一带有内腔的外筒，外筒的两端通过螺栓螺母分别连接有上下法兰盖，所述法兰盖分别连有进气管、出气管，所述外筒的内腔中套设有内芯棒，所述内芯棒与外筒之间形成微通道，所述外筒的内表面及内芯棒的外表面涂覆有钯催化剂涂层。因此，该装置中催化剂的接触面积较小，使得除氧效率较低，并且催化剂失效后更换不便。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种除氧效率高的沼气提纯除氧系统及沼气提纯除氧方法。

[0007] 为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

[0008] 一种沼气提纯除氧系统，包括用于除去沼气中的氧气的除氧反应器，所述的除氧反应器包括具有内部容腔的外筒、具有内部容腔且设置在所述的外筒内的内筒、安装在所述的内筒内的加热装置、形成在所述的内筒的上部且供所述的沼气和氢气通入的进气口、形成在所述的内筒的下部和/或底部且供气体通过的通孔、形成在所述的外筒上且供脱除氧气后的气体排出的出气口、形成在所述的内筒和所述的外筒之间用于装填颗粒状或圆柱形的钯催化剂的容置空间、形成在所述的外筒的下部用于卸料的卸料口。

[0009] 具体地，所述的沼气提纯除氧系统还包括与所述的进气口相连通用于向所述的除氧反应器内通入所述的沼气的第一进气管、与所述的进气口或所述的第一进气管相连通用于向所述的除氧反应器内通入所述的氢气的第二进气管、设置在所述的第二进气管上用于调节通入的氢气流量的调节阀组、设置在所述的第二进气管上用于计量通入的氢气流量的流量计。

[0010] 更具体地，所述的调节阀组位于所述的流量计和所述的第二进气管的进气口之间。

[0011] 更具体地，所述的调节阀组包括依次设置在所述的第二进气管上的第一手动阀、自动阀、第二手动阀，所述的沼气提纯除氧系统还包括设置在所述的第二进气管上的旁通管、设置在所述的旁通管上的旁通阀。

[0012] 具体地，所述的沼气提纯除氧系统还包括具有进口、出口、冷却水进口、冷却水出口和冷凝水出口的冷却器，设置在所述的冷却器的出口处用于监测残余氧气含量的在线监测仪表，设置在所述的冷却器的冷凝水出口处的冷凝水排放阀；所述的冷却器的进口与所述的除氧反应器的出气口相连通。

[0013] 更具体地，所述的冷却器为列管式冷却器。

[0014] 具体地，所述的加热装置包括至少一根电加热棒。

[0015] 具体地，所述的沼气提纯除氧系统还包括监控点设置在所述的内筒的内部的第一温控仪、监控点设置在所述的外筒和所述的内筒之间的第二温控仪。

[0016] 一种沼气提纯除氧方法，将沼气和氢气通入所述的沼气提纯除氧系统，脱除所述的沼气中的氧气。

[0017] 具体地，控制所述的除氧反应器的温度为70℃～150℃。

[0018] 由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0019] 本发明的除氧反应器的加热装置安装在内筒，节省了外加热结构，节省能源，此外，本发明的钯催化剂装填在容置空间内，使得氢气和氧气与催化剂的接触面积增大，使得除氧效率提高，并且，本发明的催化剂更换方便。本发明控制精确，氧气去除深度能够满足CNG和LNG的使用要求，并且本发明可以做成集成撬装装置，安装及操作便捷，自动化程度高。附图说明

[0020] 附图1为本发明的系统结构图；

[0021] 附图2为除氧反应器的结构示意图；

[0022] 其中：1、除氧反应器；2、钯催化剂；3、第一进气管；4、第二进气管；5、调节阀组；6、流量计；7、冷却器；8、在线监测仪表；9、冷凝水排放阀；11、外筒；12、内筒；13、加热装置；14、进气口；15、出气口；16、容置空间；17、卸料口；18、第一温控仪；19、第二温控仪；51、第一手动阀；52、自动阀；53、第二手动阀；54、旁通管；55、旁通阀；71、进口；72、出口；73、冷却水进口；74、冷却水出口；75、冷凝水出口。

具体实施方式

[0023] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。

[0024] 如附图1和2所示，一种沼气提纯除氧系统，包括用于除去沼气中的氧气的除氧反应器1，除氧反应器1包括具有内部容腔的外筒11、具有内部容腔且设置在外筒11内的内筒12、安装在内筒12内的加热装置13、形成在内筒12的上部且供沼气和氢气通入的进气口14、形成在内筒12的下部和/或底部且供气体通过的通孔、形成在外筒11上且供脱除氧气后的气体排出的出气口15、形成在内筒12和外筒11之间用于装填颗粒状或圆柱形的钯催化剂2的容置空间16、形成在外筒11的下部用于卸料的卸料口17。

[0025] 加热装置13包括至少一根电加热棒，沼气提纯除氧系统还包括监控点设置在内筒12的内部的第一温控仪18、监控点设置在外筒11和内筒12之间的第二温控仪19，第一温控仪18和第二温控仪19能够控制除氧反应器1的温度为70℃ 150℃。
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[0026] 沼气提纯除氧系统还包括与进气口14相连通用于向除氧反应器1内通入沼气的第一进气管3、与进气口14或第一进气管3相连通用于向除氧反应器1内通入氢气的第二进气管4、设置在第二进气管4上用于调节通入的氢气流量的调节阀组5、设置在第二进气管4上用于计量通入的氢气流量的流量计6。

[0027] 调节阀组5位于流量计6和第二进气管4的进气口14之间。调节阀组5包括依次设置在第二进气管4上的第一手动阀51、自动阀52、第二手动阀53，沼气提纯除氧系统还包括设置在第二进气管4上的旁通管54、设置在旁通管54上的旁通阀55。因此，氢气可经过自动阀52调节流量；也可以关闭第一手动阀51和第二手动阀53后，手动调解旁通阀55来调节氢气的流量，从而实现手动自动调节一体化。

[0028] 沼气提纯除氧系统还包括具有进口71、出口72、冷却水进口73、冷却水出口74和冷凝水出口75的冷却器7，设置在冷却器7的出口72处用于监测残余氧气含量的在线监测仪表8，设置在冷却器7的冷凝水出口75处的冷凝水排放阀9；冷却器7的进口71与除氧反应器1的出气口15相连通，冷却器7为列管式冷却器7。在线监测仪表8可以实时监测冷却器7出口72处的沼气内的残余氧含量，通过PID或者PLC自动计算，然后自动或手动调节调节阀组5的开度，调整通入的氢气流量，从而控制沼气内的残余氧气含量。

[0029] 本沼气提纯除氧系统为集成独立式系统，可作为一个独立单元放置在沼气提纯工艺的合适位置，不影响整套系统的正常运行。

[0030] 自上一级而来的沼气（一般需除水和脱硫）通入沼气提纯除氧系统的除氧反应器1中，除氧反应器1中装填有钯催化剂2，同时，氢气经过调节阀组5调节流量，并通过流量计6计量流量后，也通入沼气提纯除氧系统的除氧反应器1中，除氧反应器1中的加热装置13将除氧反应器1（特别是将催化剂床层）的温度加热至70 150℃（通过第一温控仪18和第二温~控仪19根据需要进行调节），沼气中的氧气和通入的氢气在钯催化剂2的作用下开始反应生成水，从而脱除沼气中的氧气，水蒸汽随着沼气流出，然后通过冷却器7进行冷却，沼气中的水蒸汽冷却成冷凝水，然后通过冷凝水排放阀9自动或手动排出，沼气可以进入下一级处理系统。

[0031] 以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

标题	发布/更新时间	阅读量
随钻井下旁通阀	2020-05-12	99
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