一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置及方法与流程

技术特征：

1.一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置，其特征在于，包括固液分离组件(10)、用于将所述固液分离组件(10)分离出的液体组份和固体组份进行发酵生产沼气的产气组件(20)、用于将所述产气组件(20)生产的沼气集中存储的集气组件(30)、用于将所述集气组件(30)中存储的沼气进行脱硫干燥处理的脱硫干燥塔(40)、用于将所述脱硫干燥塔(40)处理后的沼气进行过滤处理的过滤塔(50)、用于对沼气进行吸附净化处理的一级吸附罐(60)和二级吸附罐(70)、以及用于对所述一级吸附罐(60)和所述二级吸附罐(70)内的提纯吸附剂进行再生处理的辅助真空罐(80)；

所述固液分离组件(10)包括组件机架(11)，离心分离罐(12)，集液罐机构(13)，排渣机构(14)，进料分配机构(15)；

所述组件机架(11)包括支撑底座(111)，所述支撑底座(111)顶部边缘处固定设有多根向上延伸的支撑柱(112)，多根所述支撑柱(112)顶部共同固定连接设有顶部支撑环(113)；

所述离心分离罐(12)为底端开口的圆台形壳体结构，所述离心分离罐(12)侧面具有多个与其内部相连通的离心分离孔(120)，所述离心分离罐(12)顶部固定设有旋转支撑环(121)，所述旋转支撑环(121)转动配合在所述顶部支撑环(113)内侧，所述离心分离罐(12)顶部具有进料壳体连接孔(122)；

所述顶部支撑环(113)上端固定连接设有用于驱动所述离心分离罐(12)旋转的第一电机(115)，所述第一电机(115)通过传动部件驱动所述旋转支撑环(121)进行旋转；

所述离心分离罐(12)外侧靠近下端的位置固定设有第二支撑环(123)，多根所述支撑柱(112)内侧固定连接设有第二支撑配合环(114)，所述第二支撑环(123)与所述第二支撑配合环(114)固定连接；

所述集液罐机构(13)包括包围在所述离心分离罐(12)侧面的集液罐壳体(131)，所述集液罐壳体(131)通过所述离心分离孔(120)与所述离心分离罐(12)内部相连通，所述集液罐壳体(131)外侧靠近下端的位置固定设有环形的集液引流管(132)，所述集液引流管(132)与所述集液罐壳体(131)内部相连通，所述集液罐壳体(131)通过固定环与多个所述支撑柱(112)固定连接；

所述排渣机构(14)包括转动连接在所述离心分离罐(12)内部的排渣壳体(141)，所述排渣壳体(141)为圆台形壳体结构，所述排渣壳体(141)外侧面固定设有螺旋延伸的排渣板(142)，所述排渣壳体(141)内部固定设有排渣壳体支撑环(143)；

所述离心分离罐(12)内部固定设有水平布置的第排渣壳体撑板(140)，所述排渣壳体支撑板(140)下端固定设有向下延伸的排渣壳体支撑柱(144)，所述排渣壳体支撑柱(144)上靠近下端的位置固定设有排渣壳体支撑配合环(145)，所述排渣壳体(141)顶部具有排渣壳体通孔(146)，所述排渣壳体支撑柱(144)穿入所述排渣壳体通孔(146)内，所述排渣壳体支撑环(143)转动配合连接在所述排渣壳体支撑配合环(145)上；

所述排渣壳体支撑柱(144)下端固定设有用于驱动所述排渣壳体(141)转动的第二电机(147)，所述第二电机(147)通过传动部件驱动所述排渣壳体支撑环(143)转动；

所述离心分离罐(12)下端设有集渣壳体(148)，所述集渣壳体(148)为上宽下窄的环形中空壳体，所述集渣壳体(148)上端和下端均开口，所述集渣壳体(148)上端与所述离心分离罐(12)下端尺寸一致；

所述进料分配机构(15)下端与所述离心分离罐(12)内侧壁和所述排渣壳体(141)外侧壁之间的空隙相连通。

2.根据权利要求1所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置，其特征在于：所述提纯吸附剂按重量份计，由15～26份氧化铝、5～18份碳分子筛、8～17份硫酸钠、10～23份沸石、18～30份去离子水配比构成；

所述提纯吸附剂的制备方法为：

1)将去离子水加入水热釜中，然后将氧化铝和碳分子筛加入水热釜中，并搅拌均匀；

2)将硫酸钠配置成质量浓度为30％～45％的盐溶液，并加入到水热釜中；

3)最后将沸石加入到水热釜中进行反应，控制水热釜温度在90～130℃，反应时间在20～50min，反应完成后将反应物料冷却处理，即得提纯吸附剂。

3.根据权利要求1所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置，其特征在于：所述集渣壳体(148)上端边缘固定设有环形的集渣挡板(1481)，所述集渣挡板(1481)包围在所述离心分离罐(12)下端边缘外侧。

4.根据权利要求1所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置，其特征在于：所述进料分配机构(15)包括开口朝下喇叭形中空的进料壳体(151)，所述进料壳体(151)固定连接在所述进料壳体连接孔(122)中，所述进料壳体(151)向下外翻延伸，所述进料壳体(151)外侧靠近下端的位置具有水平朝外的出料开槽(152)，所述进料壳体(151)中空的内部具有螺旋延伸的进料导向板(155)，所述进料壳体(151)顶部固定设有进料接口(153)，与所述进料接口(153)转动配合连接设有进料连接管(154)，所述进料连接管(154)与进料输送机的出料口通过管道相连通连接；

所述进料导向板(155)从上至下延伸的周向旋转角度大于90°且不超过180°。

5.根据权利要求1所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置，其特征在于：所述产气组件(20)包括液体发酵罐(21)和固体发酵罐(22)，所述液体发酵罐(21)上具有与其内部相连通的液体发酵进料口(211)、液体发酵出料口(212)和液体发酵排气口(213)，所述固体发酵罐(22)上具有与其内部相连通的固体发酵进料口(221)、固体发酵出料口(222)和固体发酵排气口(223)；

所述集气组件(30)包括集气罐(31)，所述集气罐(31)上具有与其内部相连通的集气罐进气口(311)和集气罐排气口(312)，所述集气罐排气口(312)上相连通设有压力控制阀(32)。

6.根据权利要求1所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置，其特征在于：所述脱硫干燥塔(40)包括脱硫干燥壳体(41)，所述脱硫干燥壳体(41)为扁平状圆柱壳体，所述脱硫干燥壳体(41)一侧端面固定设有多个与其内部相连通的脱硫干燥进气管(42)，所述脱硫干燥壳体(41)另一侧端面具有容纳配合孔(411)，所述容纳配合孔(411)内固定设有脱硫容纳环(43)，所述脱硫容纳环(43)内设有脱硫干燥组件(44)；

所述脱硫干燥进气管(42)伸入到所述脱硫干燥壳体(41)内部，所述脱硫干燥进气管(42)位于所述脱硫干燥壳体(41)内部的部分具有多个干燥通气小孔(421)；

所述脱硫干燥组件(44)包括环形中空的脱硫剂容纳壳(441)，所述脱硫剂容纳壳(441)由透气的金属网制成，所述脱硫剂容纳壳(441)内部填充有脱硫剂，所述脱硫剂容纳壳(441)包围在所述脱硫干燥进气管(42)外侧，所述脱硫剂容纳壳(441)外端固定设有密封盖(442)，所述脱硫容纳环(43)侧面具有多个排气小孔(431)；

所述脱硫干燥壳体(41)靠近边缘处内具有过滤环(45)，所述过滤环(45)为中空的网状结构，所述过滤环(45)内填充有干燥吸附剂，所述过滤环(45)与所述脱硫干燥壳体(41)内侧壁之间形成排气通道(451)，所述脱硫干燥壳体(41)弧形外侧壁上固定设有多个与所述排气通道(451)相连通的排气管(452)。

7.根据权利要求2所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置，其特征在于：所述过滤塔(50)包括过滤塔壳体(51)，所述过滤塔壳体(51)上固定设有与其内部相连通的过滤进气口(511)和过滤出气口(512)，所述过滤塔壳体(51)内部具有过滤芯体；

所述一级吸附罐(60)包括柱状上下贯通的一级吸附壳体(61)，所述一级吸附壳体(61)下端固定设有进气壳体(62)，所述进气壳体(62)为开口朝上的喇叭状壳体，所述一级吸附壳体(61)顶部固定设有开口朝下的排气壳体(65)，所述排气壳体(65)顶部具有与其内部相连通的吸附排气口(651)和真空抽气口(652)，所述进气壳体(62)内固定设有进气导流壳体(63)，所述进气导流壳体(63)下端具有多个六边形密铺的导流进气通孔(631)，所述进气导流壳体(63)顶部具有多个六边形密铺的导流出气通孔(632)，所述导流进气通孔(631)与所述导流出气通孔(632)的数量相同，所述导流进气通孔(631)与所述导流出气通孔(632)一对一光滑过渡相连通；

所述一级吸附壳体(61)内壁靠近下端固定设有限位环(611)，所述限位环(611)顶部堆叠设有多个吸附支撑环(64)，所述吸附支撑环(64)内侧固定设有吸附剂容纳网(641)，所述吸附剂容纳网(641)由透气的金属网制成，所述吸附剂容纳网(641)内部填充有提纯吸附剂。

8.根据权利要求2所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置，其特征在于：所述二级吸附罐(70)包括开口朝上的二级吸附罐外壳(71)，所述二级吸附罐外壳(71)内具有多圈隔气导流环(72)，相邻所述隔气导流环(72)之间靠近下端相连通或者靠近上端相连通，不同位置的相连通方式间隔设置；

相邻所述隔气导流环(72)之间顶部设有环形密封板(74)，相邻所述隔气导流环(72)之间设有中空的吸附容纳环(73)，所述吸附容纳环(73)内填充有提纯吸附剂，所述吸附容纳环(73)顶部与所述环形密封板(74)有一定间距，所述吸附容纳环(73)底部与所述二级吸附罐外壳(71)内底部有一定间距，所述吸附容纳环(73)上下端面均具有多个与其内部相连通的吸附通气小孔(731)，每个所述吸附容纳环(73)顶部与其上方相对应的所述环形密封板(74)固定相连接；

所述二级吸附罐外壳(71)外侧靠近下端的位置固定设有环形进气壳(75)，所述环形进气壳(75)与最外侧的所述吸附容纳环(73)下方的空间相连通，最内侧的所述吸附容纳环(73)内侧壁固定设有排气环壳(76)，所述排气环壳(76)与最内侧的所述吸附容纳环(73)下方的空间相连通；

所述辅助真空罐(80)上固定设有与其内部相连通的真空罐进气口(81)和真空罐排气口(82)，与所述真空罐排气口(82)与真空抽气机的进气口相连通连接；所述真空罐进气口(81)上连接设有真空控制阀(811)。

9.利用权利要求1-8任意一项所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置进行制沼提纯的的方法，其特征在于，包括以下步骤：

s1：首先利用固液分离组件(10)对固液混合状的禽畜粪污进行固液分离，分离出的液体从所述集液引流管(132)中排出，分离出的固体从所述集渣壳体(148)中排出；

s2：将s1步骤分离出的固体利用所述产气组件(20)的固体发酵罐(22)进行发酵产气，分离出的液体利用所述产气组件(20)的液体发酵罐(21)进行发酵产气；

s3：将所述液体发酵罐(21)和所述固体发酵罐(22)发酵生产的原始气体通入所述集气罐(31)内进行暂存；

s4：集气罐(31)内暂存的沼气通入所述脱硫干燥塔(40)中，利用所述脱硫干燥塔(40)中的脱硫剂和干燥剂脱出沼气中的硫化物和水分，使脱硫沼气的含水量范围在2～9mg/kg，得到干燥沼气；

s5：将s4步骤处理后所得干燥沼气通入过滤塔(50)中，去除干燥沼气中的不溶性杂质；将过滤塔出气压力调至0.5～1.0mpa之间，得到压缩沼气；

s6：变压吸附；将s5步骤处理后所得压缩沼气间歇性通入一级吸附罐(60)中，利用一级吸附罐(60)中的提纯吸附剂对压缩沼气中的杂质气体进行吸附，得到初级净化沼气；

其中，控制压缩沼气的流量范围在1～3m³/h，进气间歇时间范围在3～5min，进气温度范围在50～150℃，将初级净化沼气的压力调至1.0～1.5mpa之间；

然后间歇性通入二级吸附罐(70)中，利用二级吸附罐(70)中的提纯吸附剂重点对压缩沼气中的co2进行吸附，得到净化沼气；

其中，控制初级净化沼气的流量为2～5m³/h，进气间歇时间范围在1～3min，进气温度范围在150～250℃；

s7：解吸再生，当一级吸附罐(60)中的提纯吸附剂达到饱和时，停止向一级吸附罐(60)中通入压缩沼气，对一级吸附罐(60)和二级吸附罐(70)进行抽真空操作，使得提纯吸附剂上的杂质气体解吸，实现提纯吸附剂再生；

s8：将净化后的沼气集中存储。

10.根据权利要求9所述的一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的方法，其特征在于：所述脱硫剂按重量份计，由有机胺脱硫剂15～30份、亚砜8～15份、聚乙二醇1～8份、碳酸丙烯酯5～16份、去离子水20～35份配比而成；

脱硫剂的制备方法为：将机胺脱硫剂与亚砜、聚乙二醇、混合并进行反应，控制反应ph值范围在6～8，生成胶体沉淀物，将胶体沉淀物用富氧气体进行氧化，然后进行过滤分离；将过滤后的沉淀物水洗2～5次；然后与碳酸丙烯酯和去离子水均匀混合后的物料在成型机上挤压成型，自然干燥即得脱硫剂；

所述干燥剂为复合干燥剂，复合干燥剂按重量份计，由16～33份硫酸镁、12～21份碳酸钠、10～20份氯化钙、8～23份碳酸钙、7～19份氢化钙、10～25份去离子水复合而成；

过滤塔中滤膜为聚酰胺纤维膜、聚酰亚胺中空纤维膜、聚偏氟乙烯中空纤维膜中的一种。

技术总结
本发明公开了一种固液分离结合变压吸附高效制沼提纯的装置及方法，所述装置包括固液分离组件，产气组件，集气组件，脱硫干燥塔、过滤塔、一级吸附罐、二级吸附罐、辅助真空罐，所述固液分离组件包括组件机架，离心分离罐，集液罐机构，排渣机构，进料分配机构，所述离心分离罐为底端开口的圆台形壳体结构，所述离心分离罐侧面具有多个与其内部相连通的离心分离孔，所述方法包括，S1：首先进行固液分离；S2：将S1步骤分离出的固体和液体利用所述产气组件进行发酵产气；本流程将畜禽粪污的固液分离、沼液发酵产气以及沼气提纯三个技术一体化，实现了高效产沼，重新优化了固液分离技术，实现了固相物料和液相物料的高效分离，大幅提高了制沼效率。

技术研发人员：牛晓君;王翊禧;王竹婷;谢佩燃;黄芊蕙;卢芊含
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2021.04.01
技术公布日：2021.08.10