某生物科技有限公司每日4万沼气提纯制天然气项目技术方案.docx
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*****生物科技有限公司4×104Nm3/d沼气制取生物天然气项目
合作建设建议书
开封黄河空分集团有限公司
2014年8月
第一章 装置设计基础条件 1
1.1 项目概况 1
1.2 计量单位 1
1.3 原料气 1
1.4 建设地自然条件 2
1.5 公设施条件 2
第二章 产品方案和公用工程消耗 3
2.1生产规模和产品方案 3
2.2公用工程消耗 3
第三章 工艺技术方案及说明 3
3.1技术比较与选择 3
3.2工艺流程介绍 3
3.3设备设计原则 3
第四章 设备供货范围和供货状态 3
第五章投资概算及经济分析 3
5.1投资概述 3
5.2投资估算 3
附一:
沼气各种利用方式效益对比 3
附二:
近三年来沼气提纯相关专利 3
第一章 装置设计基础条件
1.1项目概况
本沼气合作建设建议书是为利用*****公司年产50000吨酒精项目工业废水每天所产生40000方沼气的综合利用而编制的,利用开封黄河空分集团有限公司国内领先技术提纯加压制取CNG,旨在提高沼气综合利用价值,取得更可观的社会效益和经济效益。
由于原料气(沼气)组分、流量没有确定,暂按常规沼气设计技术方案。
经济分析中的电费按每度0.7元、水费每吨2元参考计算。
本建议书中的技术参数、经济分析为参考值,实际数据待沼气组分、流量、水、电费确定后另行调整。
1.2计量单位
除非另有说明,本技术文件的将按如下的国家法定计量单位:
温度 ℃
压力 MPa(MPa.A表示绝压、MPa或MPa.G表示表压)
流量 Nm3/h(指0℃、0.101325MPa.A的气体状态)
流量 Sm3/h(指20℃、0.101325MPa.A的气体状态)
功率 kw
组成 mol%
1.3原料气
原料气参数预估值:
原料沼气每天的处理量
40000Nm3
原料气进厂压力
常压
原料气进厂温度
35—45℃
原料气组成
C02
H2S
CH4
含量(V%)
~40%
~800ppm
~60%
说明:
①、用户提供CH4组分取上限和下限的平均值,二氧化碳和H2S的组分取最大值。
②、上述分析数据不够完全,若原料气中的二氧化碳、硫化氢等的含量与设计值偏差过大,将对后续工艺流程组织有重要影响,进而对设备配置以及商务价格等有重大影响。
1.4建设地自然条件
沼气纯化装置所在地的气象资料,用户需在初步设计两个月前提供以下资料:
绝对最高/低气温
历年来月平均最低气温
大气压力
海拔高度
年平均相对湿度
年主导风向
最大风速
年平均降雨量
日最大降雨量
地震烈度
年平均雷电天数
30年最大冻土层厚度
历年平均冻土持续时间
最大积雪厚度
1.5公设施条件
1.5.1装置用电
频率50HZ±0.5HZ
电压:
低压380V/220V三相四线中性点直接接地系统
纯化装置的电力主要供沼气压缩机、仪控系统、冷水机组、脱水装置以及其他辅助机器和泵等使用。
1.5.2装置用水
供水温度:
32℃
供水压力:
0.4MPa(G)
回水温度:
40℃
回水压力:
0.25MPa(G)
污垢系数:
3.44×10-4m2K/W
循环水水质要求按照国家标准GB50050-2007的水质要求
腐蚀速率:
对于C.S<0.075mm/a;对于铜合金、不锈钢<0.005mm/a
浓缩倍数:
N≤5(回用水水质应满足此要求)
1.5.3仪表空气
压力:
0.7MPa(G)
温度:
常温
露点:
<-40℃
含尘量;无尘
含油量:
油份含量控制在0.1ppm以下
第二章 产品方案和公用工程消耗
2.1生产规模和产品方案
2.1.1生产规模
原料沼气处理量为40000Nm3/d。
年开工天数按300天。
2.1.2产品方案
表2.1-1 产品气指标
净化气量:
~1000Nm3/h
净化气温度:
≤35℃
CH4含量:
98%±1%
二氧化碳yCO2,%
≤3.0
净化气高热值:
>31.4MJ/m3
H2S含量
H2S≤15mg/m3
CH4收率:
98%±1%
水露点
-50℃
符合中华人民共和国国家标准GB18047-2000车用压缩天然气技术指标。
表2.1-2 国家车用天然气指标
项目
技术指标
高位发热量,MJ/m3
>31.4
总硫(以硫计),mg/m3
≤200
硫化氢,mg/m3
≤15
二氧化碳yCO2,%
≤3.0
氧气yO2,%
≤0.5
水露点,℃
在汽车驾驶的特定地理区域内在最高操作压力下水露点不应高于-13℃;当最低气温低于-8℃时,水露点应比最低气温低5℃。
2.1.3装置操作弹性范围
本沼气纯化装置的提取能力的弹性范围:
50%~105%。
2.1.4三废排放参数
类别
排放点
排放量
排放规律
二氧化碳/空气
二级解析塔
~1977.2Nm3/h
连续
2.2公用工程消耗
装置在上述产品及产量下的日消耗量见表2.2-1。
单位产品消耗见表2.2-2。
工艺装置电消耗(每方沼气)
消耗项目
消耗量
备注
脱硫
~0.031kw
按轴功率计算
脱碳
~0.209kw
按轴功率计算
加气站
~0.095kw
按轴功率计算
合计
~0.335kw
日耗电量约660kw
3.3.2循环水量:
日总循环水量460吨.日耗水量约14吨.
表2.2-2 每Nm3的产品气消耗一览表
消耗项目
消耗量
备注
原料气
1.67Nm3
原料气CH4含量对此项指标有重要影响
工艺性用电
kW.h
按轴功率计算,以工程设计为准
补充新鲜水
12t/d
循环率按95%,以工程设计为准
2.2.3化学品消耗量
消耗项目
消耗量
备注
纯碱
48吨
按每年计算
催化剂
0.288吨
按每年计算
脱硫剂
12吨
按每年计算
第三章 工艺技术方案及说明
3.4.1系统概述
本项目是以沼气为原料,经过脱硫、脱碳、脱水优化工艺和合理的流程安排,将沼气提纯制备为符合国家《车用压缩天然气》标准(GB18047)的CNG产品(国家车用天然气标准见附表1),简称沼气提纯项目。
本项目投入成本低,社会效益显着,产品效益好,符合国家产业政策,并具有较强的抵御市场风险的能力。
本方案的主要特征是:
ü采用干法、湿法结合脱硫工艺;
ü脱碳工艺电耗约为每方沼气0.20kw,达到国际领先水平;
ü产品收率、纯度“双高”,均达到97%以上;
3.4.2项目建设的目的:
3.4.2.1有效解决了碳排放,沼气中的硫成分可回收,如有经济效益,二氧化碳也可回收。
3.4.2.2沼气经提纯加压成车用天然气,造福当地百姓,经济效益可观。
3.4.3工艺技术说明
本方案采用黄河公司独有领先技术,将生产酒精工业废水产生的沼气净化提纯加压成车用CNG。
工艺装置主要有六大板块组成:
1)计量加压系统
2)脱硫系统
3)脱碳系统
4)脱水系统
5)加压贮存系统(车用天然气母站)
6)公用工程系统(含循环水、电力供应、消防安全、环境监测等)
本方案的主要工艺技术方法是:
u沼气先通过气液分离器将游离水和机械杂质去除,然后进入湿法脱硫系统、干法脱硫系统除去H2S,防止H2S对设备和管道的腐蚀。
u脱硫沼气经压缩机将气体压缩至一定压力,进入吸收塔下部;
u工艺水与脱硫沼气逆流接触进行热质交换,吸收CO2气体;
u吸收塔出塔气即为BNG,送入分子筛吸附器,除去气体中残余硫和水分;
u合格的BNG产品经调压装置送入储存和运输系统供用户;
u吸收塔内工艺水减压到一定压力后进入一级解吸塔闪蒸CH4;
u闪蒸气送入沼气压缩机进口回收利用,CH4回收率约98%±1%;
u出一级解吸塔的工艺水进一步减压进入二级解吸塔上塔,释放CO2;
u二级解吸塔上塔溶液进入下塔,同时从吸收塔后引入产品BNG与该溶液逆流接触,充分解吸CO2;
u下塔一部分水进入冷水机组形成制冷循环,另一部分水经水泵增压送入吸收塔进行,循环吸收CO2;
其主要设备为水分离器、沼气压缩机、缓冲罐、闪蒸气回收罐、脱硫塔、吸收塔、解析塔、冷水机组、工艺水泵、工艺循环水泵、循环水泵和脱水塔等。
参考平面布置图见附图2
工艺流程图见附图3
3.4.3.1脱硫原理介绍:
本项目粗沼气气量比较大,对于硫含量没有进行检测,根据硫含量不同,采取不同的工艺选择。
本方案假设含硫量高,预采用湿法脱硫与干法脱硫结合的工艺进行脱硫。
在管路的布置上,干式脱硫塔在后,既可以与湿法脱硫系统串联,进一步脱除H2S,又可以与湿法脱硫系统并联操作,在湿法脱硫系统检修时或事故时作为备用系统,以保证系统的正常运行。
脱硫后的沼气H2S含量小于15mg/Nm3。
符合国家车用天然气标准。
脱硫流程示意图:
湿式脱硫塔
风机加压
干脱硫塔
发酵罐
原料沼气
提纯系统
再生槽槽
反应槽
液封槽
脱硫原理:
脱硫过程的化学反应过程(以Na2CO3为碱源)
(1)对H2S吸收的化学反应
H2S+Na2CO3==NaHS+NaHCO3
(2)催化氧化析硫反应
催化剂
2NaHS+O2==2NaOH+2S
(3)副反应
Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3
2NaHS+2O2== Na2S2O3+H2O
2Na2S2O3+O2==2Na2SO4+2S
为克服系统中的阻力,先采用罗茨风机对原料沼气进行加压,然后进入湿式脱硫塔。
沼气中的含硫大部分在湿式脱硫塔中除去,然后进入干式脱硫塔进一步脱硫,脱硫后的沼气H2S含量小于15mg/Nm3,进入沼气提纯系统。
吸收了H2S的Na2CO3溶液,从湿式脱硫塔底经液封槽进入富液槽,再由富液泵加压打入再生槽,在再生槽内,溶液中的HS-离子氧化为单质硫。
硫泡沫浮于再生槽顶,利用位差流入硫泡沫池,槽顶放出溶液。
硫泡沫经吊斗装入熔硫釜,经过蒸汽加热后,从熔硫釜底部得到硫膏,流入模具冷却干燥后入库。
再生槽的溶液入贫液池,经贫液泵加压后送入湿式脱硫塔循环使用。
由于脱硫过程吸收H2S,催化剂不断消耗需要补充。
每日增加的溶液用量桶配好,倒入清液池再用泵送到贫液池。
3.4.3.2脱碳工艺介绍:
本方案脱碳工艺采用我公司专利加压水洗工艺。
其特点是:
1)设备投资小,工艺简单,操作方便;
2)用水做吸收剂价廉易得、无毒、易于再生;
3)水对沼气中各组分均无化学反应,对设备腐蚀小;
4)循环水可以循环使用,对环境无污染;
5)产品气体回收率较高;
6)操作简单,便于推广。
选用依据:
生物沼气中CO2含量高(45%)CO2分压较大,产品气体的净化度要求较低(≤3.0%)。
在不同压力和温度下,CO2和CH4有不同的溶解度,CO2的溶解度远大于CH4,选择吸附塔工作压力和喷淋水的流量和温度使CH4回收率达到最大。
3.4.3.3脱水工艺介绍:
脱水工艺采用吸附法。
其工艺特点是
1)脱水净化度高,适合深度脱水工艺。
2)工艺流程简单,操作方便。
3)脱除天然气中水分的同时,还可以吸附部分酸性组分,提高气体净化度。
3.2.4压缩、贮存、运输
3.3设备设计原则
3.3.5.1.工艺标准及规范
GB50187-1993《工业企业总平面设计规范》
HG/T20561-1994《总图运输施工图设计文件编制深度规定》
HG/T20695-
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- 生物科技 有限公司 每日 沼气 提纯 天然气 项目 技术 方案