某生物科技有限公司每日4萬(wàn)沼氣提純制天然氣項(xiàng)目技術(shù)方案

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(xiàng)目合作建設(shè)建議書(shū)開(kāi)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(jì)基礎(chǔ)條件 11.1 項(xiàng)目概況 11.2 計(jì)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(shuō)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(jì)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(duì)比 3附二：近三年來(lái)沼氣提純相關(guān)專利 3第一章裝置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件項(xiàng)目概況本沼氣合作建設(shè)建議書(shū)是為利用*****公司年產(chǎn)50000噸酒精項(xiàng)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(kāi)封黃河空分集團(tuán)有限公司國(guó)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(jià)值，取得更可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。由于原料氣（沼氣）組分、流量沒(méi)有確定，暫按常規(guī)沼氣設(shè)計(jì)技術(shù)方案。經(jīng)濟(jì)分析中的電費(fèi)按每度0.7元、水費(fèi)每噸2元參考計(jì)算。本建議書(shū)中的技術(shù)參數(shù)、經(jīng)濟(jì)分析為參考值，實(shí)際數(shù)據(jù)待沼氣組分、流量、水、電費(fèi)確定后另行調(diào)整。計(jì)量單位除非另有說(shuō)明，本技術(shù)文件的將按如下的國(guó)家法定計(jì)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(shuō)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(jì)值偏差過(guò)大，將對(duì)后續(xù)工藝流程組織有重要影響，進(jìn)而對(duì)設(shè)備配置以及商務(wù)價(jià)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(jì)兩個(gè)月前提供以下資料：絕對(duì)最高/低氣溫歷年來(lái)月平均最低氣溫大氣壓力海拔高度年平均相對(duì)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(shí)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(diǎn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50050-2007的水質(zhì)要求腐蝕速率：對(duì)于C.S＜0.075mm/a；對(duì)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(diǎn)：＜-40℃含塵量；無(wú)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(kāi)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(diǎn)-50℃符合中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18047－2000車(chē)用壓縮天然氣技術(shù)指標(biāo)。表2.1-2國(guó)家車(chē)用天然氣指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)高位發(fā)熱量,MJ/m3＞31.4總硫（以硫計(jì)），mg/m3≤200硫化氫，mg/m3≤15二氧化碳yCO2,%≤3.0氧氣yO2,%≤0.5水露點(diǎn)，℃在汽車(chē)駕駛的特定地理區(qū)域內(nèi)在最高操作壓力下水露點(diǎn)不應(yīng)高于-13℃；當(dāng)最低氣溫低于-8℃時(shí)，水露點(diǎn)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(diǎn)排放量排放規(guī)律二氧化碳/空氣二級(jí)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(jiàn)表2.2-1。單位產(chǎn)品消耗見(jiàn)表2.2-2。工藝裝置電消耗（每方沼氣）消耗項(xiàng)目消耗量備注脫硫~0.031kw按軸功率計(jì)算脫碳~0.209kw按軸功率計(jì)算加氣站~0.095kw按軸功率計(jì)算合計(jì)~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(xiàng)目消耗量備注原料氣1.67Nm3原料氣CH4含量對(duì)此項(xiàng)指標(biāo)有重要影響工藝性用電kW.h按軸功率計(jì)算，以工程設(shè)計(jì)為準(zhǔn)補(bǔ)充新鮮水12t/d循環(huán)率按95%，以工程設(shè)計(jì)為準(zhǔn)2.2.3化學(xué)品消耗量消耗項(xiàng)目消耗量備注純堿48噸按每年計(jì)算催化劑0.288噸按每年計(jì)算脫硫劑12噸按每年計(jì)算第三章工藝技術(shù)方案及說(shuō)明3.4本項(xiàng)目是以沼氣為原料，經(jīng)過(guò)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(guó)家《車(chē)用壓縮天然氣》標(biāo)準(zhǔn)（GB18047）的CNG產(chǎn)品（國(guó)家車(chē)用天然氣標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)附表1），簡(jiǎn)稱沼氣提純項(xiàng)目。本項(xiàng)目投入成本低，社會(huì)效益顯著，產(chǎn)品效益好，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，并具有較強(qiáng)的抵御市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)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(guó)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(xiàng)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(chē)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(shuō)明本方案采用黃河公司獨(dú)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(chē)用CNG。工藝裝置主要有六大板塊組成：計(jì)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(chē)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(cè)等）本方案的主要工藝技術(shù)方法是：沼氣先通過(guò)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(duì)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(chǔ)存和運(yùn)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(jí)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(jí)解吸塔的工藝水進(jìn)一步減壓進(jìn)入二級(jí)解吸塔上塔，釋放CO2；二級(jí)解吸塔上塔溶液進(jìn)入下塔，同時(shí)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(jiàn)附圖2工藝流程圖見(jiàn)附圖33.4.3.1脫硫原理介紹：本項(xiàng)目粗沼氣氣量比較大，對(duì)于硫含量沒(méi)有進(jìn)行檢測(cè)，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(shí)或事故時(shí)作為備用系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。脫硫后的沼氣H2S含量小于15mg/Nm3。符合國(guó)家車(chē)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(guò)程的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程（以Na2CO3為堿源）（1）對(duì)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(duì)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(guò)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(kù)。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(guò)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(diǎn)是：1）設(shè)備投資小，工藝簡(jiǎn)單，操作方便；2）用水做吸收劑價(jià)廉易得、無(wú)毒、易于再生；3）水對(duì)沼氣中各組分均無(wú)化學(xué)反應(yīng)，對(duì)設(shè)備腐蝕??；4）循環(huán)水可以循環(huán)使用，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；5）產(chǎn)品氣體回收率較高；6）操作簡(jiǎn)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(diǎn)是1）脫水凈化度高，適合深度脫水工藝。2）工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便。3）脫除天然氣中水分的同時(shí)，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(yùn)輸3.3設(shè)備設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范》HG/T20561-1994《總圖運(yùn)輸施工圖設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》HG/T20695-1987《化工管道設(shè)計(jì)規(guī)范》HG20519-1992《化工工藝設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)定》HG/T20549-1998《化工裝置管道布置設(shè)計(jì)規(guī)定》HG20553-1993《化工配管用無(wú)縫及焊接鋼管尺寸選用系統(tǒng)》HG20558-1993《工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件內(nèi)容的規(guī)定》HG20559-1993《管道儀表流程圖設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20570.1-24-1995《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》HG/T20670-1989《化工廠管架設(shè)計(jì)規(guī)定》HG/T20572-1995《化工企業(yè)給排水設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)定》HG/T20679-1990《化工設(shè)備、管道外防腐設(shè)計(jì)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(hào)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(yàn)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50093-2002工業(yè)自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)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(jì)規(guī)范GB50054-2011低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范GB50217-2003電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范GB50058-92爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)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(jì)防火規(guī)范(99年修訂)GB/T2624-93流量測(cè)量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測(cè)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(guò)程檢測(cè)和控制系統(tǒng)用文字代號(hào)和圖形符號(hào)HG/T20507-2000自動(dòng)化儀表選型規(guī)定HG/T20508-2000控制室設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20509-2000儀表供電設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20510-2000儀表供氣設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20511-2000信號(hào)報(bào)警﹑聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20512-2000儀表配管﹑配線設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20513-2000儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20514-2000儀表及配線伴熱和絕熱保溫設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20515-2000儀表隔離和吹洗設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20516-2000自動(dòng)分析器室設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20573-95分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)定HG/T20636～20639-1998化工裝置自控工程設(shè)計(jì)規(guī)定（上﹑下卷）HG/T21581-2010自控安裝圖冊(cè)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(hào)設(shè)備名稱數(shù)量(臺(tái))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(jí)解吸塔1不銹鋼27二級(jí)解吸塔1不銹鋼28吸收塔后緩沖罐1不銹鋼29BNG儲(chǔ)罐2碳鋼30儀表空氣儲(chǔ)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(pán)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(bào)警系統(tǒng)1套43消防放散系統(tǒng)1套44閥門(mén)管道系統(tǒng)1套以上設(shè)備是建設(shè)該沼氣提純加壓車(chē)用天然氣的基本配置，根據(jù)建設(shè)地實(shí)際需要可能會(huì)有增減。實(shí)際數(shù)量以最終設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。本方案母站后氣體運(yùn)輸費(fèi)用沒(méi)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(wàn)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(shí)際發(fā)生額隨配置地域環(huán)境變化可能會(huì)有變化。5.2運(yùn)行費(fèi)用估算本裝置全部運(yùn)行費(fèi)用每立方天然氣約合1.1元，具體明細(xì)如下項(xiàng)目消耗運(yùn)行費(fèi)用（萬(wàn)元/年）每方天然氣費(fèi)用組成（元/方）備注水14噸/天0.924水費(fèi)2元/噸提純電耗~660Kw·h電費(fèi)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(wàn)/噸折舊1820總價(jià)折舊10年工資3000元/人54人數(shù)12人維護(hù)費(fèi)86設(shè)備總價(jià)5%財(cái)務(wù)、管理費(fèi)等195投資總價(jià)7%其他費(fèi)用不可預(yù)見(jiàn)合計(jì)~=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(jià)，由于各地天然氣價(jià)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(jià)計(jì)算。另外酒精廠一般一年有45天左右的檢修期，加上平時(shí)生產(chǎn)的運(yùn)行率，年生產(chǎn)沼氣時(shí)間按30