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..pdf

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1、*生 物 科 技 有 限 公 司4 10 4 Nm 3/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 联系人王虎振15093111560 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 II 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. 4 2.1 生产规模和产品方案 4 2.2 公用工程消耗 5 第三章工艺技术方案及说明 . 6 3.1 技术比较与选择. 错误！未定义书签。 3.2 工艺流程介绍

2、 . 错误！未定义书签。 3.3 设备设计原则 9 第四章设备供货范围和供货状态 11 第五章 投资概算及经济分析. 13 5.1 投资概述 . 13 5.2 投资估算 . . 错误！未定义书签。 附一：沼气各种利用方式效益对比 错误！未定义书签。 附二：近三年来沼气提纯相关专利 14 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 1 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

3、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Sm 3/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：

4、原料沼气每天的处理量40000Nm 3 原料气进厂压力常压 原料气进厂温度3545 原料气组成 C02H2S CH4 含量（ V% ） 40%800ppm 60% 说明： 、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。 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 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

5、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50HZ0.5HZ 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：3.4410-4 m2K/W 循环水水质要求按照国家标准GB50050-20

6、07 的水质要求 腐蚀速率：对于 C.S0.075mm/a；对于铜合金、不锈钢0.005mm/a 浓缩倍数： N5 （回用水水质应满足此要求） 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 3 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 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 4 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40000Nm 3/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：1000Nm 3/

7、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：31.4 MJ/m 3 H2S 含量H2S 15mg/m 3 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/ m331.4 总硫（以硫计） ，mg/ m3200 硫化氢， mg/ m315 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

8、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 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 5 类别排放点排放量排放规律 二氧化碳 / 空气二级解析塔1977.2Nm 3/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0.209 kw 按轴功率计算 加气站0.095 kw 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 4

9、60 吨. 日耗水量约 14 吨. 表 2.2-2每 Nm 3 的产品气消耗一览表 消耗项目消耗量备注 原料气1.67Nm 3 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 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 6 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

10、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

11、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： 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。 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 7 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

12、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 981% ； 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、

13、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/Nm 3。 符合国家车用天然气标准。脱硫流程示意图： 脱硫原理： 脱硫过程的化学反应过程（以Na2CO3为碱源

14、） 发酵罐 原料沼气 风机加压湿式脱硫塔干脱硫塔 提纯系统液封槽反应槽再生槽 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 8 （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

15、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/Nm 3，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

16、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。 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 9 3.4.

17、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

18、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 GB150.14-2011 钢制压力容器 质技监局锅发 1999154 号压力容器

19、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 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 10 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 GB 3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备 GB5

20、0160-2008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

21、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 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 11 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1

22、7 罗茨风机2 8 沼气压缩机3 9 冷水机组1 10 工艺水泵2 11 工艺循环水泵2 12 循环水泵2 13 循环水冷却塔1 14 鼓风机2 15 空气压缩机1 16 脱水装置1 17 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 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 12 序号设备名称数量( 台) 材

23、质 29 BNG 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 36 CNG 压缩机2 37 顺序控制盘1 38 加气机2 39 冷干机1 40 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。 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术

24、方案 13 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 1300万元（含运输保险费） 5.1.2 土建投资：约 120 万元 5.1.3 前期项目准备及审批费用：约100 万元（各地有差异，暂按此量估计） 5.1.4 技术设计及服务费：约100 万元（需甲级设计资质） 5.1.5 安装及主辅材费：约 200 万元。 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

25、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660 Kw h 电费 0.7 元 / 度 纯碱48 吨/ 年8 1600元/ 吨 催化剂0.288 吨/ 年12 400 元/kg 脱硫剂12 吨/ 年5 0.4 万/ 吨 折旧1820 总价折旧 10 年 工资3000 元/ 人54 人数 12 人 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 14 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1.1 5.3） 、沼气提纯天然气（ CNG）效益分析： CNG销售模式采

26、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300天计算。 年生产 CNG 量：120010 40.6 0.98 0.98=720104 方 年销售产值： 72010 42.8=2016104 元 年运行费用： 72010 41.1=792104 元 年利润： 122410 4 元 附二：近三年来沼气提纯相关专利 1、一种利用沼气生产生物天然气的工艺专利号： 201110060506.8 2、一种沼气脱碳三级解析工艺专利号： 201210363301.

27、1 3、一种沼气脱碳二级解析工艺专利号： 201210365103.9 4、一种沼气干法脱硫工艺专利号： 201210368764.7 5、沼气提纯冷水系统以及工艺专利号： 201210490725.4 4104Nm 3/d 沼气制取生物天然气技术方案 15 6、用于沼气提纯的组合解析塔专利号： 201220499644.6 7、用于沼气提纯的脱硫塔专利号： 201220501530.0 8、用于沼气提纯的二级解析塔专利号： 201220498035.9 9、用于沼气提纯的冷水罐专利号： 201220635959.9 10、一种用于沼气提纯的一级解吸塔专利号： 201320780922X 11、用于沼气提纯的免拆洗过滤器专利号： 2013208139757 12、用于沼气加压水洗法提纯的吸收塔专利号： 2013208142270 13、沼气提纯冷水系统专利号： 2013208145743 14、一种新型二氧化碳解吸塔专利号： 2013208183105 15、气体提纯系统专利号： 2014201719027 16、沼气提纯系统专利号： 2014101438831