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

4×104Nm3/d沼气制取生物天然气技术方案*****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 联系人王虎OC\o"1-2"\h\z\u第一章装置设计基础条件 11.1 项目概况 11.2 计量单位 11.3 原料气 11.4 建设地自然条件 21.5 公设施条件 2第二章产品方案和公用工程消耗 32.1生产规模和产品方案 32.2公用工程消耗 3第三章工艺技术方案及说明 33.1技术比较与选择 33.2工艺流程介绍 33.3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 35.1投资概述 35.2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。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%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C02H2SCH4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。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公设施条件装置用电频率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。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）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/m3H2S含量H2S≤15mg/m3CH4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.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660kw3.3.2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，社会效益显著，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：采用干法、湿法结合脱硫工艺；脱碳工艺电耗约为每方沼气0.20kw，达到国际领先水平；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：计量加压系统脱硫系统脱碳系统脱水系统加压贮存系统（车用天然气母站）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：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。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；工艺水与脱硫沼气逆流接触进行热质交换，吸收CO2气体；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；合格的BNG产品经调压装置送入储存和运输系统供用户；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；闪蒸气送入沼气压缩机进口回收利用，CH4回收率约98％±1%；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；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；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33.4.3.1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==2NaHCO32NaHS+2O2==Na2S2O3+H2O2Na2S2O3+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/T20695-1987《化工管道设计规范》HG20519-1992《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》HG20546-1992《化工装置设备布置设计规定》HG/T20549-1998《化工装置管道布置设计规定》HG20553-1993《化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系统》HG20558-1993《工艺系统设计文件内容的规定》HG20559-1993《管道仪表流程图设计规定》HG/T20570.1-24-1995《工艺系统工程设计技术规定》HG/T20670-1989《化工厂管架设计规定》HG/T20572-1995《化工企业给排水设计施工图内容和深度统一规定》HG/T20645-1998《化工装置管道机械设计规定》HG/T20679-1990《化工设备、管道外防腐设计规定》等。3.3.5.2.机械设备GB150.1~4-2011钢制压力容器质技监局锅发[1999]154号压力容器安全技术监察规程JBJ29-96压缩机、风、泵安装工程施工及验收规范HG20615-2009钢制管法兰、垫片、紧固件3.3.5.3.电气及仪表国家标准GB50093-2002工业自动化仪表工程施工及验收规范GB755-2008旋转电机基本技术要求（IEC34-1）GB50052-2009供配电系统设计规范GB50054-2011低压配电设计规范GB50217-2003电力工程电缆设计规范GB50058-92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB3836.1-2000爆炸性气体环境用电气设备GB50160-2008石油化工企业设计防火规范(99年修订)GB/T2624-93流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量3.3.5.4.行业标准及规范HG/T20505-2000过程检测和控制系统用文字代号和图形符号HG/T20507-2000自动化仪表选型规定HG/T20508-2000控制室设计规定HG/T20509-2000仪表供电设计规定HG/T20510-2000仪表供气设计规定HG/T20511-2000信号报警﹑联锁系统设计规定HG/T20512-2000仪表配管﹑配线设计规定HG/T20513-2000仪表系统接地设计规定HG/T20514-2000仪表及配线伴热和绝热保温设计规定HG/T20515-2000仪表隔离和吹洗设计规定HG/T20516-2000自动分析器室设计规定HG/T20573-95分散型控制系统工程设计规定HG/T20636～20639-1998化工装置自控工程设计规定（上﹑下卷）HG/T21581-2010自控安装图册第四章设备供货范围和供货状态主要工艺设备清单序号设备名称数量(台)材质1泡沫泵2防腐2脱硫泵2防腐3循环泵2防腐4再生泵2防腐5碱泵2防腐6熔硫釜17罗茨风机28沼气压缩机39冷水机组110工艺水泵211工艺循环水泵212循环水泵213循环水冷却塔114鼓风机215空气压缩机116脱水装置117脱硫塔(湿法1)1碳钢18脱硫塔（湿法2）1碳钢19脱硫塔（干法）2碳钢20汽水分离设备1碳钢21富液槽1碳钢22贫液槽1碳钢23再生槽1碳钢24活化槽1碳钢25吸收塔1不锈钢26一级解吸塔1不锈钢27二级解吸塔1不锈钢28吸收塔后缓冲罐1不锈钢29BNG储罐2碳钢30仪表空气储罐1碳钢31水分离器1不锈钢32压缩机前缓冲罐1不锈钢33压缩机后缓冲罐3不锈钢34吸收塔前缓冲罐1不锈钢35尾气回收罐1碳钢36CNG压缩机237顺序控制盘138加气机239冷干机140仪控系统1套41电控系统1套42安全监控报警系统1套43消防放散系统1套44阀门管道系统1套以上设备是建设该沼气提纯加压车用天然气的基本配置，根据建设地实际需要可能会有增减。实际数量以最终设计为准。本方案母站后气体运输费用没有考虑。第五章投资概算及经济分析5.1投资概述5.40000方沼气提纯加压制取CNG经济效益分析5.1总投资估算约1820万元5.1.1设备投资：约135.1.25.1.35.1.45.1.5以上投资金额为预估数据，实际发生额随配置地域环境变化可能会有变化。5.2运行费用估算本装置全部运行费用每立方天然气约合1.1元，具体明细如下项目消耗运行费用（万元/年）每方天然气费用组成（元/方）备注水14吨/天0.924水费2元/吨提纯电耗~660Kw·h电费0.7元/度纯碱48吨/年81600元/吨催化剂0.288吨/年12400元/kg脱硫剂12吨/年50.4万/吨折旧1820总价折旧10年工资3000元/人54人数12人维护费86设备总价5%财务、管理费等195投资总价7%其他费用不可预见合计~=SUM(ABOVE)1.15.3）、沼气提纯天然气（CNG）效益分析：CNG销售模式采用离厂价，由于各地天然气价格不同，各地投资回收期也不尽相同。本分析暂按每立方天然气2.8元离厂价计算。另外酒精厂一般一年有45天左右的检修期，加上平时生产的运行率，年生产沼气时间按30