本實用新型屬于有機廢棄物厭氧處理技術領域，特別涉及一種用于去除基于有機廢棄物厭氧發(fā)酵產生的沼氣中的水分的氣水分離裝置。

背景技術：

沼氣，作為我國可再生能源重點發(fā)展產品之一，是一種重要的可再生清潔能源，具有石油、柴油及化工原料所無法比擬的環(huán)保效益。若以沼氣替代石油作為運輸燃料，每1Nm³沼氣可替代1.1升汽油；若發(fā)電，則每產1億度電，可節(jié)約標準煤3.5萬噸，減排二氧化碳11萬噸，減排二氧化硫500噸。目前，沼氣主要由有機廢棄物(例如，城市生活垃圾、畜禽糞便、剩余活性污泥和農業(yè)廢棄物等)經厭氧發(fā)酵而產生，其常含有一定量的水分，比如在35℃和一個大氣壓下，沼氣中的含水量可達5％(即，40g水/m³)。沼氣中的水分主要來源于兩方面：其一為厭氧發(fā)酵過程產生，這是由于有機廢棄物在水環(huán)境下進行發(fā)酵；其二為沼氣凈化過程產生，因為沼氣凈化處理通常也是在水溶液環(huán)境中進行的，且在一定的溫度下進行處理，得到的沼氣將不可避免地含有水分。若不經過處理，沼氣中的水分在輸送過程中將冷凝并可能堵塞輸氣管道，導致水柱壓力表出現波動。特別是在氣候寒冷的地區(qū)，每到冬季，沼氣中的水分在輸氣管中結冰可致使輸氣管堵塞。而且，當燃燒含有較多水分的沼氣時，例如，在使用沼氣爐或沼氣燈時，將致使火焰忽大忽小，燈光忽明忽暗，嚴重影響沼氣的使用效果。此外，沼氣中的水分也會影響沼氣燃燒的熱值，并對設備產生不利的影響。

目前，針對厭氧發(fā)酵產生的沼氣中的水分通常采用化學吸附的方法來去除。在這些方法中，采用的設備體積極大，而且化學藥物成本很高。此外，也可以采用加壓的方式來使水和沼氣分離，但需要將含水沼氣在5個大氣壓以上的壓力下壓縮進入較大的球形罐體中，保持壓力使水汽凝結為水，聚集在罐體的底部，這種方式不適合外界環(huán)境溫度變化較大的地區(qū)。

因此，實有必要設計一種氣水分離裝置，簡單、高效地去除基于有機廢棄物厭氧發(fā)酵產生的沼氣中的水分。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種氣水分離裝置，改善現有的用來去除沼氣中水分的裝置結構復雜、成本高的狀況。

為實現上述目的，本實用新型提供一種氣水分離裝置，用于去除基于有機廢棄物厭氧發(fā)酵產生的沼氣中的水分，其中，所述氣水分離裝置包括分離筒和冷媒產生裝置，所述分離筒包括用于容納冷卻介質的中空的罐體，在所述罐體下部的側面設有沼氣入口，在所述罐體上部設有沼氣出口，所述沼氣入口和所述沼氣出口通過設置在所述罐體內部的冷凝管道流體連通，所述罐體上還設有冷媒入口和冷媒出口，所述冷媒入口和冷媒出口均通過管線與所述冷媒產生裝置連接，使得冷卻介質能夠通過經所述冷媒入口進入所述罐體再經過所述冷媒出口流出。

優(yōu)選地，所述分離筒具有保溫層，所述保溫層設置在所述罐體的壁的外側和/或內側。

優(yōu)選地，所述冷媒出口設置在所述分離筒的頂部或上部，高于所述沼氣出口所在的位置。

優(yōu)選地，所述冷卻介質為純凈水或鹽水或冷卻油。

優(yōu)選地，所述冷凝管道包括至少一個分支管道，所述分支管道為單螺旋狀的盤管或者為直管。

優(yōu)選地，所述冷凝管道由銅、鋁或不銹鋼制成。

優(yōu)選地，所述冷凝管道的壁厚在0.1mm至0.5mm的范圍內。

優(yōu)選地，所述冷凝管道的長度在10m至100m的范圍內，更優(yōu)選在50m至100m的范圍內。

優(yōu)選地，所述冷凝管道的外部設置有翅片。

本實用新型的有益效果為：

通過本實用新型的氣水分離裝置，含水的沼氣無須與化學藥物接觸，僅僅通過降溫冷凝的過程即可簡單高效地去除水分，并且能夠實現連續(xù)化的水氣分離；而且，水分去除率高，能耗低，設備的制造和運營成本低。

附圖說明

圖1為根據本實用新型實施例的氣水分離裝置的結構示意圖；

圖2為根據本實用新型實施例的氣水分離裝置的分離筒的結構示意圖。

附圖標記列表：

1-沼氣出口；2-冷媒出口；3-溫度傳感器；4-沼氣入口；5-冷媒入口；6-冷媒排污口；7-保溫層；8-螺旋管道；9-分離筒；16-冷凝水儲罐；17-冷媒產生裝置；18-儲氣罐。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的實施例作進一步說明。

圖1示意性地示出了根據本實用新型實施例的氣水分離裝置100。氣水分離裝置100包括分離筒9和冷媒產生裝置17。分離筒9包括大致呈圓筒狀的中空罐體，在罐體下部的側面設有沼氣入口4，在罐體上部設有沼氣出口1。沼氣入口4和沼氣出口1通過設置在罐體內部的冷凝管道(圖中示出為螺旋管道8)流體連通，含水的沼氣可以經由沼氣入口4進入螺旋管道8而后從沼氣出口1排出。

分離筒9還具有冷媒入口5和冷媒出口2，冷媒入口5和冷媒出口2均通過管線與位于分離筒9外部的冷媒產生裝置17連接，冷卻介質(即，冷媒)通過冷媒入口5進入分離筒9內部再通過冷媒出口2流出，返回冷媒產生裝置17，再經過冷媒產生裝置17處理后(例如，降溫至適當的溫度)被重新供給至冷媒入口5。優(yōu)選地，分離筒9具有保溫層7，用以減少冷卻介質與外界環(huán)境之間的熱交換。例如，保溫層可以采用聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料、酚醛泡沫材料、聚氨酯保溫材料等材料。保溫層7既可以設置在分離筒9筒壁的外側，也可以設置在筒壁的內側從而兼具保溫和防腐的功能。

由于冷媒出口2設置在分離筒9的頂部或上部，高于沼氣出口1的位置，使得螺旋管道8浸沒于冷卻介質中。含水的沼氣進入螺旋管道8后沿管道螺旋上升，并且與管道外的冷卻介質進行熱交換而降溫。隨著溫度的下降，沼氣中的水分冷凝，冷凝水在重力的作用下沿螺旋管道8流動，與沼氣的運動方向相反，并最終匯集到與沼氣入口4連通的冷凝水儲罐16中。脫水后的沼氣則通過沼氣出口1排出進入儲氣罐18。

圖1和圖2中示出的冷凝管道為單螺旋狀盤管。在本實用新型的其它優(yōu)選實施例中，冷凝管道可以包括多個并聯的分支管道，各個分支管道也可以采用其它形狀。例如，冷凝管道可以采用若干個分別與沼氣入口4和沼氣出口1流體連通的并聯直管，沼氣從沼氣入口4進入冷凝管道后分流到各個直管中，在直管外部冷卻介質的作用下，沼氣中的水分冷凝并沿各個直管流動，最后經沼氣入口4排出。在另一實施例中，前述的并聯直管中的至少一部分被替換為單螺旋狀的盤管，從而進一步充分利用分離筒9的內部空間增大冷凝管道與冷卻介質的接觸面積。此外，可以在冷凝管道的外部設置翅片從而進一步改善冷凝管道與冷卻介質的熱交換性能，促進水汽的凝結。翅片優(yōu)選有導熱性能好的金屬材料制成，例如銅、鋁等。

冷凝管道的形狀和設置方式應該保證冷凝水不會在管道內積聚。管道的橫截面尺寸主要取決于待處理的沼氣的含水量，應保證沼氣和冷凝水相向的運動不會彼此阻礙，使冷凝水有足夠的空間回流進入冷凝水儲罐16。對于圓管而言，其內部直徑一般在1-10mm的范圍內，例如，如果沼氣的含水量為5％(即40g水/m³)，則冷凝管道的內部直徑不小于5mm。

由于采用螺旋狀的冷凝管道，分離筒9內冷凝管道的長度顯著增加，沼氣與冷凝管道接觸路徑的長度增加，與冷凝管道外冷卻介質進行熱交換的面積也顯著增加，使得沼氣能夠得到更加有效的冷卻，從而相應地提高了氣水分離的效率。在該實施例中，分離筒9內部的螺旋管道8的長度在10-100m的范圍內，優(yōu)選在50m-100m的范圍內。

冷凝管道優(yōu)選采用銅、鋁、不銹鋼等傳熱效果好、耐腐蝕的材料，壁厚優(yōu)選在0.1-0.5mm的范圍內。

應該理解，分離筒9并不局限于圓筒狀，還可以采用方形或其它合適形狀的筒體，可以采用304材質以上的鋼材，并且其內部可以涂覆防腐蝕的樹脂涂層。而且，可以在筒體的沼氣入口4、沼氣出口1、冷媒入口5和冷媒出口2等與其它器件連接的部位采用耐腐蝕的墊片以保證分離筒9的密封性。

為了降低成本，冷卻介質通?？梢圆捎眉儍羲?、鹽水或冷卻油，在期望的溫度低于零度時，優(yōu)選使用鹽水，可以將冷卻介質的溫度控制在-20℃到20℃的范圍內。一般可以借助于安裝在分離筒9內的溫度傳感器實時檢測冷卻介質的溫度，并相應地控制冷媒產生裝置17的操作，對冷卻介質的溫度進行反饋控制。溫度傳感器3、冷媒產生裝置17均可以通過目前已知的設備實現，對溫度進行反饋控制的方式也可以通過目前已知的控制方式來實現。