4×104Nm3/d沼氣制取生物天然氣技術(shù)方案*****生物科技有限公司4×104Nm3/d沼氣制取生物天然氣項目合作建設(shè)建議書開封黃河空分集團(tuán)有限公司2014年8月 聯(lián)系人王虎OC\o"1-2"\h\z\u第一章裝置設(shè)計基礎(chǔ)條件 11.1 項目概況 11.2 計量單位 11.3 原料氣 11.4 建設(shè)地自然條件 21.5 公設(shè)施條件 2第二章產(chǎn)品方案和公用工程消耗 32.1生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品方案 32.2公用工程消耗 3第三章工藝技術(shù)方案及說明 33.1技術(shù)比較與選擇 33.2工藝流程介紹 33.3設(shè)備設(shè)計原則 3第四章設(shè)備供貨范圍和供貨狀態(tài) 3第五章投資概算及經(jīng)濟(jì)分析 35.1投資概述 35.2投資估算 3附一：沼氣各種利用方式效益對比 3附二：近三年來沼氣提純相關(guān)專利 3第一章裝置設(shè)計基礎(chǔ)條件項目概況本沼氣合作建設(shè)建議書是為利用*****公司年產(chǎn)50000噸酒精項目工業(yè)廢水每天所產(chǎn)生40000方沼氣的綜合利用而編制的，利用開封黃河空分集團(tuán)有限公司國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)提純加壓制取CNG，旨在提高沼氣綜合利用價值，取得更可觀的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。由于原料氣（沼氣）組分、流量沒有確定，暫按常規(guī)沼氣設(shè)計技術(shù)方案。經(jīng)濟(jì)分析中的電費按每度0.7元、水費每噸2元參考計算。本建議書中的技術(shù)參數(shù)、經(jīng)濟(jì)分析為參考值，實際數(shù)據(jù)待沼氣組分、流量、水、電費確定后另行調(diào)整。計量單位除非另有說明，本技術(shù)文件的將按如下的國家法定計量單位：溫度 ℃壓力 MPa（MPa.A表示絕壓、MPa或MPa.G表示表壓）流量 Nm3/h（指0℃、0.101325MPa.A的氣體狀態(tài)）流量 Sm3/h（指20℃、0.101325MPa.A的氣體狀態(tài)）功率 kw組成 mol%原料氣原料氣參數(shù)預(yù)估值：原料沼氣每天的處理量40000Nm3原料氣進(jìn)廠壓力常壓原料氣進(jìn)廠溫度35—45℃原料氣組成C02H2SCH4含量（V%）~40%~800ppm~60%說明：①、用戶提供CH4組分取上限和下限的平均值，二氧化碳和H2S的組分取最大值。②、上述分析數(shù)據(jù)不夠完全，若原料氣中的二氧化碳、硫化氫等的含量與設(shè)計值偏差過大，將對后續(xù)工藝流程組織有重要影響，進(jìn)而對設(shè)備配置以及商務(wù)價格等有重大影響。建設(shè)地自然條件沼氣純化裝置所在地的氣象資料，用戶需在初步設(shè)計兩個月前提供以下資料：絕對最高/低氣溫歷年來月平均最低氣溫大氣壓力海拔高度年平均相對濕度年主導(dǎo)風(fēng)向最大風(fēng)速年平均降雨量日最大降雨量地震烈度年平均雷電天數(shù)30年最大凍土層厚度歷年平均凍土持續(xù)時間最大積雪厚度公設(shè)施條件裝置用電頻率50HZ±0.5HZ電壓：低壓380V/220V三相四線中性點直接接地系統(tǒng)純化裝置的電力主要供沼氣壓縮機(jī)、儀控系統(tǒng)、冷水機(jī)組、脫水裝置以及其他輔助機(jī)器和泵等使用。裝置用水供水溫度：32℃供水壓力：0.4MPa（G）回水溫度：40℃回水壓力：0.25MPa（G）污垢系數(shù)：3.44×10-4m2K/W循環(huán)水水質(zhì)要求按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50050-2007的水質(zhì)要求腐蝕速率：對于C.S＜0.075mm/a；對于銅合金、不銹鋼<0.005mm/a濃縮倍數(shù)：N≤5（回用水水質(zhì)應(yīng)滿足此要求）儀表空氣壓力：0.7MPa（G）溫度：常溫露點：＜-40℃含塵量；無塵含油量：油份含量控制在0.1ppm以下

第二章產(chǎn)品方案和公用工程消耗2.1生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品方案2.1.1生產(chǎn)規(guī)模原料沼氣處理量為40000Nm3/d。年開工天數(shù)按300天。2.1.2產(chǎn)品方案表2.1-1產(chǎn)品氣指標(biāo)凈化氣量：~1000Nm3/h凈化氣溫度：≤35℃CH4含量：98%±1%二氧化碳yCO2,%≤3.0凈化氣高熱值：＞31.4MJ/m3H2S含量H2S≤15mg/m3CH4收率：98%±1%水露點-50℃符合中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB18047－2000車用壓縮天然氣技術(shù)指標(biāo)。表2.1-2國家車用天然氣指標(biāo)項目技術(shù)指標(biāo)高位發(fā)熱量,MJ/m3＞31.4總硫（以硫計），mg/m3≤200硫化氫，mg/m3≤15二氧化碳yCO2,%≤3.0氧氣yO2,%≤0.5水露點，℃在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內(nèi)在最高操作壓力下水露點不應(yīng)高于-13℃；當(dāng)最低氣溫低于-8℃時，水露點應(yīng)比最低氣溫低5℃。2.1.3裝置操作彈性范圍本沼氣純化裝置的提取能力的彈性范圍：50%～105%。2.1.類別排放點排放量排放規(guī)律二氧化碳/空氣二級解析塔~1977.2Nm3/h連續(xù)2.2公用工程消耗裝置在上述產(chǎn)品及產(chǎn)量下的日消耗量見表2.2-1。單位產(chǎn)品消耗見表2.2-2。工藝裝置電消耗（每方沼氣）消耗項目消耗量備注脫硫~0.031kw按軸功率計算脫碳~0.209kw按軸功率計算加氣站~0.095kw按軸功率計算合計~0.335kw日耗電量約660kw3.3.2循環(huán)水量：日總循環(huán)水量460噸.日耗水量約14噸.表2.2-2每Nm3的產(chǎn)品氣消耗一覽表消耗項目消耗量備注原料氣1.67Nm3原料氣CH4含量對此項指標(biāo)有重要影響工藝性用電kW.h按軸功率計算，以工程設(shè)計為準(zhǔn)補(bǔ)充新鮮水12t/d循環(huán)率按95%，以工程設(shè)計為準(zhǔn)2.2.3化學(xué)品消耗量消耗項目消耗量備注純堿48噸按每年計算催化劑0.288噸按每年計算脫硫劑12噸按每年計算第三章工藝技術(shù)方案及說明3.4本項目是以沼氣為原料，經(jīng)過脫硫、脫碳、脫水優(yōu)化工藝和合理的流程安排，將沼氣提純制備為符合國家《車用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)（GB18047）的CNG產(chǎn)品（國家車用天然氣標(biāo)準(zhǔn)見附表1），簡稱沼氣提純項目。本項目投入成本低，社會效益顯著，產(chǎn)品效益好，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，并具有較強(qiáng)的抵御市場風(fēng)險的能力。本方案的主要特征是：采用干法、濕法結(jié)合脫硫工藝；脫碳工藝電耗約為每方沼氣0.20kw，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；產(chǎn)品收率、純度“雙高”，均達(dá)到97%以上；3.4.2項目建設(shè)的目的：3.4.2.1有效解決了碳排放，沼氣中的硫成分可回收，如有經(jīng)濟(jì)效益，二氧化碳也可回收。3.4.2.2沼氣經(jīng)提純加壓成車用天然氣，造福當(dāng)?shù)匕傩?，?jīng)濟(jì)效益可觀。3.4.3工藝技術(shù)說明本方案采用黃河公司獨有領(lǐng)先技術(shù)，將生產(chǎn)酒精工業(yè)廢水產(chǎn)生的沼氣凈化提純加壓成車用CNG。工藝裝置主要有六大板塊組成：計量加壓系統(tǒng)脫硫系統(tǒng)脫碳系統(tǒng)脫水系統(tǒng)加壓貯存系統(tǒng)（車用天然氣母站）公用工程系統(tǒng)（含循環(huán)水、電力供應(yīng)、消防安全、環(huán)境監(jiān)測等）本方案的主要工藝技術(shù)方法是：沼氣先通過氣液分離器將游離水和機(jī)械雜質(zhì)去除，然后進(jìn)入濕法脫硫系統(tǒng)、干法脫硫系統(tǒng)除去H2S，防止H2S對設(shè)備和管道的腐蝕。脫硫沼氣經(jīng)壓縮機(jī)將氣體壓縮至一定壓力,進(jìn)入吸收塔下部；工藝水與脫硫沼氣逆流接觸進(jìn)行熱質(zhì)交換，吸收CO2氣體；吸收塔出塔氣即為BNG，送入分子篩吸附器，除去氣體中殘余硫和水分；合格的BNG產(chǎn)品經(jīng)調(diào)壓裝置送入儲存和運輸系統(tǒng)供用戶；吸收塔內(nèi)工藝水減壓到一定壓力后進(jìn)入一級解吸塔閃蒸CH4；閃蒸氣送入沼氣壓縮機(jī)進(jìn)口回收利用，CH4回收率約98％±1%；出一級解吸塔的工藝水進(jìn)一步減壓進(jìn)入二級解吸塔上塔，釋放CO2；二級解吸塔上塔溶液進(jìn)入下塔，同時從吸收塔后引入產(chǎn)品BNG與該溶液逆流接觸，充分解吸CO2；下塔一部分水進(jìn)入冷水機(jī)組形成制冷循環(huán)，另一部分水經(jīng)水泵增壓送入吸收塔進(jìn)行，循環(huán)吸收CO2；其主要設(shè)備為水分離器、沼氣壓縮機(jī)、緩沖罐、閃蒸氣回收罐、脫硫塔、吸收塔、解析塔、冷水機(jī)組、工藝水泵、工藝循環(huán)水泵、循環(huán)水泵和脫水塔等。參考平面布置圖見附圖2工藝流程圖見附圖33.4.3.1脫硫原理介紹：本項目粗沼氣氣量比較大，對于硫含量沒有進(jìn)行檢測，根據(jù)硫含量不同，采取不同的工藝選擇。本方案假設(shè)含硫量高，預(yù)采用濕法脫硫與干法脫硫結(jié)合的工藝進(jìn)行脫硫。在管路的布置上，干式脫硫塔在后，既可以與濕法脫硫系統(tǒng)串聯(lián)，進(jìn)一步脫除H2S，又可以與濕法脫硫系統(tǒng)并聯(lián)操作，在濕法脫硫系統(tǒng)檢修時或事故時作為備用系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)的正常運行。脫硫后的沼氣H2S含量小于15mg/Nm3。符合國家車用天然氣標(biāo)準(zhǔn)。脫硫流程示意圖：濕式脫硫塔風(fēng)機(jī)加壓干脫硫塔發(fā)酵罐原料沼氣濕式脫硫塔風(fēng)機(jī)加壓干脫硫塔發(fā)酵罐原料沼氣提純系統(tǒng)再生槽槽反應(yīng)槽液封槽提純系統(tǒng)再生槽槽反應(yīng)槽液封槽脫硫原理：脫硫過程的化學(xué)反應(yīng)過程（以Na2CO3為堿源）（1）對H2S吸收的化學(xué)反應(yīng)H2S+Na2CO3==NaHS+NaHCO3（2）催化氧化析硫反應(yīng)催化劑2NaHS+O2==2NaOH+2S(3)副反應(yīng)Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO32NaHS+2O2==Na2S2O3+H2O2Na2S2O3+O2==2Na2SO4+2S為克服系統(tǒng)中的阻力，先采用羅茨風(fēng)機(jī)對原料沼氣進(jìn)行加壓，然后進(jìn)入濕式脫硫塔。沼氣中的含硫大部分在濕式脫硫塔中除去，然后進(jìn)入干式脫硫塔進(jìn)一步脫硫，脫硫后的沼氣H2S含量小于15mg/Nm3，進(jìn)入沼氣提純系統(tǒng)。吸收了H2S的Na2CO3溶液，從濕式脫硫塔底經(jīng)液封槽進(jìn)入富液槽，再由富液泵加壓打入再生槽，在再生槽內(nèi)，溶液中的HS-離子氧化為單質(zhì)硫。硫泡沫浮于再生槽頂，利用位差流入硫泡沫池，槽頂放出溶液。硫泡沫經(jīng)吊斗裝入熔硫釜，經(jīng)過蒸汽加熱后，從熔硫釜底部得到硫膏，流入模具冷卻干燥后入庫。再生槽的溶液入貧液池，經(jīng)貧液泵加壓后送入濕式脫硫塔循環(huán)使用。由于脫硫過程吸收H2S，催化劑不斷消耗需要補(bǔ)充。每日增加的溶液用量桶配好，倒入清液池再用泵送到貧液池。3.4.3.2脫碳工藝介紹：本方案脫碳工藝采用我公司專利加壓水洗工藝。其特點是：1）設(shè)備投資小，工藝簡單，操作方便；2）用水做吸收劑價廉易得、無毒、易于再生；3）水對沼氣中各組分均無化學(xué)反應(yīng)，對設(shè)備腐蝕??；4）循環(huán)水可以循環(huán)使用，對環(huán)境無污染；5）產(chǎn)品氣體回收率較高；6）操作簡單，便于推廣。選用依據(jù)：生物沼氣中CO2含量高（45％）CO2分壓較大，產(chǎn)品氣體的凈化度要求較低（≤3.0％）。在不同壓力和溫度下，CO2和CH4有不同的溶解度，CO2的溶解度遠(yuǎn)大于CH4，選擇吸附塔工作壓力和噴淋水的流量和溫度使CH4回收率達(dá)到最大。3.4.3.3脫水工藝介紹：脫水工藝采用吸附法。其工藝特點是1）脫水凈化度高，適合深度脫水工藝。2）工藝流程簡單，操作方便。3）脫除天然氣中水分的同時，還可以吸附部分酸性組分，提高氣體凈化度。3.2.4壓縮、貯存、運輸3.3設(shè)備設(shè)計原則3.3.5.1.工藝標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范GB50187-1993《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范》HG/T20561-1994《總圖運輸施工圖設(shè)計文件編制深度規(guī)定》HG/T20695-1987《化工管道設(shè)計規(guī)范》HG20519-1992《化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》HG20546-1992《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計規(guī)定》HG/T20549-1998《化工裝置管道布置設(shè)計規(guī)定》HG20553-1993《化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系統(tǒng)》HG20558-1993《工藝系統(tǒng)設(shè)計文件內(nèi)容的規(guī)定》HG20559-1993《管道儀表流程圖設(shè)計規(guī)定》HG/T20570.1-24-1995《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)定》HG/T20670-1989《化工廠管架設(shè)計規(guī)定》HG/T20572-1995《化工企業(yè)給排水設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》HG/T20645-1998《化工裝置管道機(jī)械設(shè)計規(guī)定》HG/T20679-1990《化工設(shè)備、管道外防腐設(shè)計規(guī)定》等。3.3.5.2.機(jī)械設(shè)備GB150.1~4-2011鋼制壓力容器質(zhì)技監(jiān)局鍋發(fā)[1999]154號壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程JBJ29-96壓縮機(jī)、風(fēng)、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范HG20615-2009鋼制管法蘭、墊片、緊固件3.3.5.3.電氣及儀表國家標(biāo)準(zhǔn)GB50093-2002工業(yè)自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范GB755-2008旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本技術(shù)要求（IEC34-1）GB50052-2009供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范GB50054-2011低壓配電設(shè)計規(guī)范GB50217-2003電力工程電纜設(shè)計規(guī)范GB50058-92爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范GB3836.1-2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備GB50160-2008石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范(99年修訂)GB/T2624-93流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量3.3.5.4.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范HG/T20505-2000過程檢測和控制系統(tǒng)用文字代號和圖形符號HG/T20507-2000自動化儀表選型規(guī)定HG/T20508-2000控制室設(shè)計規(guī)定HG/T20509-2000儀表供電設(shè)計規(guī)定HG/T20510-2000儀表供氣設(shè)計規(guī)定HG/T20511-2000信號報警﹑聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定HG/T20512-2000儀表配管﹑配線設(shè)計規(guī)定HG/T20513-2000儀表系統(tǒng)接地設(shè)計規(guī)定HG/T20514-2000儀表及配線伴熱和絕熱保溫設(shè)計規(guī)定HG/T20515-2000儀表隔離和吹洗設(shè)計規(guī)定HG/T20516-2000自動分析器室設(shè)計規(guī)定HG/T20573-95分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定HG/T20636～20639-1998化工裝置自控工程設(shè)計規(guī)定（上﹑下卷）HG/T21581-2010自控安裝圖冊第四章設(shè)備供貨范圍和供貨狀態(tài)主要工藝設(shè)備清單序號設(shè)備名稱數(shù)量(臺)材質(zhì)1泡沫泵2防腐2脫硫泵2防腐3循環(huán)泵2防腐4再生泵2防腐5堿泵2防腐6熔硫釜17羅茨風(fēng)機(jī)28沼氣壓縮機(jī)39冷水機(jī)組110工藝水泵211工藝循環(huán)水泵212循環(huán)水泵213循環(huán)水冷卻塔114鼓風(fēng)機(jī)215空氣壓縮機(jī)116脫水裝置117脫硫塔(濕法1)1碳鋼18脫硫塔（濕法2）1碳鋼19脫硫塔（干法）2碳鋼20汽水分離設(shè)備1碳鋼21富液槽1碳鋼22貧液槽1碳鋼23再生槽1碳鋼24活化槽1碳鋼25吸收塔1不銹鋼26一級解吸塔1不銹鋼27二級解吸塔1不銹鋼28吸收塔后緩沖罐1不銹鋼29BNG儲罐2碳鋼30儀表空氣儲罐1碳鋼31水分離器1不銹鋼32壓縮機(jī)前緩沖罐1不銹鋼33壓縮機(jī)后緩沖罐3不銹鋼34吸收塔前緩沖罐1不銹鋼35尾氣回收罐1碳鋼36CNG壓縮機(jī)237順序控制盤138加氣機(jī)239冷干機(jī)140儀控系統(tǒng)1套41電控系統(tǒng)1套42安全監(jiān)控報警系統(tǒng)1套43消防放散系統(tǒng)1套44閥門管道系統(tǒng)1套以上設(shè)備是建設(shè)該沼氣提純加壓車用天然氣的基本配置，根據(jù)建設(shè)地實際需要可能會有增減。實際數(shù)量以最終設(shè)計為準(zhǔn)。本方案母站后氣體運輸費用沒有考慮。第五章投資概算及經(jīng)濟(jì)分析5.1投資概述5.40000方沼氣提純加壓制取CNG經(jīng)濟(jì)效益分析5.1總投資估算約1820萬元5.1.1設(shè)備投資：約135.1.25.1.35.1.45.1.5以上投資金額為預(yù)估數(shù)據(jù)，實際發(fā)生額隨配置地域環(huán)境變化可能會有變化。5.2運行費用估算本裝置全部運行費用每立方天然氣約合1.1元，具體明細(xì)如下項目消耗運行費用（萬元/年）每方天然氣費用組成（元/方）備注水14噸/天0.924水費2元/噸提純電耗~660Kw·h電費0.7元/度純堿48噸/年81600元/噸催化劑0.288噸/年12400元/kg脫硫劑12噸/年50.4萬/噸折舊1820總價折舊10年工資3000元/人54人數(shù)12人維護(hù)費86設(shè)備總價5%財務(wù)、管理費等195投資總價7%其他費用不可預(yù)見合計~=SUM(ABOVE)1.15.3）、沼氣提純天然氣（CNG）效益分析：CNG銷售模式采用離廠價，由于各地天然氣價格不同，各地投資回收期也不盡相同。本分析暫按每立方天然氣2.8元離廠價計算。另外酒精廠一般一年有45天左右的檢修期，加上平時生產(chǎn)的運行率，年生產(chǎn)沼氣時間按30