垃圾填埋沼气提纯净化制车用压缩天然气技术方案

辽宁省XX市MSW卫生填埋场垃圾填埋沼气提纯净化制车用压缩天然气技术方案中国水业集团新中水投资有限公司2015年12月18日目录1技术条件1.1原料气参数1.2工艺设计参数1.3产品气要求1.4产品方案2技术工艺流程2.1工艺流程简述2.2物料平衡表2.3流程图3设备数据表4公共设施要求5技术经济指标5.1运行能耗估算5.2劳动定员5.3投资估算5.4建设周期5.5总图1技术条件1.1原料气参数本项目的填埋沼气组份取自于广东省深圳市龙岗区某垃圾填埋场填埋沼气与该场渗透液处理过程中的沼气，为混合原料气作为参考。因XXXXXXX垃圾场正在建设中，计划于2015年底启用，暂时引用，待填埋一区封场钻井集气后再取样检测成分，再行修改确定。其他类似项目请谨慎使用。表1-1原料气组份序号组份名称单位数值备注1甲烷%57.3间隔15天三次取样平均值（下同）2二氧化碳%37.63氧气%0.54氮气%4.45一氧化碳%0.076硫化氢mg/m31527有机卤代物mg/m3468六甲基二硅氧烷mg/m31.39六甲基环三硅氧烷mg/m30.210八甲基三硅氧烷mg/m30.111八甲基环四硅氧烷mg/m33.312十甲基四硅氧烷mg/m30.413十甲基环五硅氧烷mg/m30.614十二甲基五硅氧烷mg/m30.215十二甲基环六硅氧烷mg/m3-低于检出线16总硅氧烷mg/m36.117温度℃常温18水分饱和1.2工艺设计参数表1-2工艺参数序号组份名称单位设计范围设计值备注1甲烷%55，上偏差5，下偏差1055，上偏差5，下偏差102二氧化碳%35，上偏差5，下偏差535，上偏差5，下偏差53氧气%0.5-10.5-14氮气%5，上下偏差各55，上下偏差各55一氧化碳%0.1-10.1-16硫化氢mg/m30-50000-50007有机卤代物mg/m30-5000-5008六甲基二硅氧烷mg/m30-3000-3009六甲基环三硅氧烷mg/m30-1000-10010八甲基三硅氧烷mg/m30-1000-10011八甲基环四硅氧烷mg/m30-2000-20012十甲mg/m30-1000-100基四硅氧烷13十甲基环五硅氧烷mg/m30-1000-10014十二甲基五硅氧烷mg/m30-1000-10015十二甲基环六硅氧烷mg/m30-500-5016总硅氧烷mg/m30-10500-105017水露点℃最高压力下，不高于-13℃，气温低于-8℃时，露点低于气温5℃最高压力下，不高于-13℃，气温低于-8℃时，露点低于气温5℃1.3产品气要求产品气指标见表1-3表1-3产品气指标序号项目单位指标数值备注1流量Nm/m3～20628实际气量随原料气中甲烷含量的变化而变化Nm/m3～859.52甲烷浓度%963二氧化碳浓度%1.27满足GB18047-2000《《车用压缩天然气》》标准4氧气%≤0.13满足GB18047-2000《《车用压缩天然气》》标准5氮气%≤26一氧化碳%≤0.017硫化氢mg/m3≤0.5满足GB18047-2000《《车用压缩天然气》》标准8有机卤代物mg/m3-本表中“-”表示低于检出线（下同）9六甲基二硅氧烷mg/m3-10六甲基环三硅氧烷mg/m3-11八甲基三硅氧烷mg/m3-12八甲基环四硅氧烷mg/m3-13十甲基四硅氧烷mg/m3-14十甲基环五硅氧烷mg/m3-15十二甲基五硅氧烷mg/m3-16十二甲基环六硅氧烷mg/m3-17总硅氧烷mg/m3-18水露点℃常压-34.1满足GB18047-2000《《车用压缩天然气》》标准19温度℃环境温度101.325KPa,20℃1.4产品方案原料气经管道输送至本方案设备的入口，通过本系统的脱除硅氧烷装置——→第一台压缩机的一级压缩后脱除有机卤代物与硫化氢装置——→二级压缩后脱碳脱氮脱水装置——→第二台压缩机的一，二，三级压缩气缸逐级增压至22MPa得到产品压缩天然气。2技术工艺流程2.1工艺流程简述来自集气气柜的原料沼气首先进入本系统的入口连接法兰。启动空气压缩机，待空压机气压满足各控制气动阀门的工作压力停止。检查各控制气动阀门工作是否灵活正常。如果异常，系统将会报警及显示异常部位，请排除。否则系统将启动自动保护程序。启动第一台沼气压缩机，观察沼气压缩机的冷却，润滑等仪表是否正常以及报警和显示异常原因，请排查消除，否则系统启动自动保护程序。前面一切正常后手动调节入口阀门开启角度，观察流量计计量数值，调节到改装置的设计处理量并对原料气进行计量，计量数据存储于流量计和系统数据库两处。原料气经过一级过滤器，粗步过滤原料气中的水分，粗颗粒杂质，硅氧烷化合物，本过滤器采用了特需的填料和结构构造，能够有效过滤5um以上的杂质，大部分水分及硅氧烷，填料能够拿出处理后重复使用。初滤后进入精滤器，精滤器内设置精过滤芯与超过滤芯，进一步可靠去除一部分水分，杂质，硅氧烷。本精过滤芯与超过滤芯必须定期更换，无法循环使用（正常运行一般情况下3个月更换一次）。精滤后的气体进入本系统的第一台压缩机的一级压缩气缸，增压至0.3MPa后经过油水分离器除去气体中的油水杂质，然后进入脱硫处理装置——本系统脱硫采用A,B两个干法脱硫塔，塔内装填一定量的本公司改进型的活性炭，与沼气中的硫化氢在一定的湿度，温度，氧含量，压力等条件下发生氧化反应，生产单质硫（俗称硫磺）。原料沼气先由A塔塔底进入活性炭吸附床层吸附硫化氢气体，使之氧化生成单质硫微粒存留于活性炭微孔中达到去除原料气中的硫化氢。在使用诺干时间后（视沼气中硫化氢含量的高低，一般3——5个月）活性炭失效，此时原料沼气由A塔切换到B塔，不需停机连续运行。A塔内的活性炭则人工排出，以125——375摄氏度的蒸汽或热空气对吸附饱和的活性炭进行加热，溶解活性炭微孔中的单质硫，以液态形式从活性炭中分离开来，经水冷却后得到单质硫（硫磺），可作为化工原料出售。活性炭则活化再生恢复性能重复使用。忽略磨耗不计，运行成本几乎为0。既经济又环保。故本系统脱硫装置AB两塔循环使用完成不间断的去除沼气中的硫化氢气体工作任务。在本阶段同时脱除有机卤代物。脱硫气以0.25-0.3MPa的压力进入第一台沼气压缩机的第二压缩气缸内压缩，增压至0.8MPa压力，流经冷却器冷却，经缓冲罐缓冲凝析出部分水，再经过滤器过滤，从脱碳系统A塔塔底进入A塔分子筛床层，A塔底部和顶部的阀门都处于开启状态；净化后气体从A塔塔顶流出。B塔塔底和塔顶的阀门，均压阀门，真空再生阀门都处于关闭状态。由于吸附塔经过精密的计算，保持了脱硫气在塔内的流速及流场的分布规律，从而保证了脱硫气中二氧化碳气体的可靠吸附；经过一段时间的吸附后，随着塔内温度的升高，塔内气体流场的规律变化等因素的影响，分子筛吸附饱和，CO2气体随同CH4气体一起进入后端流程导致CO2气体含量超标而不合格；此时系统自动关闭A塔的塔底和塔顶的阀门，同时开启B塔塔底和塔顶阀门及A塔塔顶的泄压阀门，脱硫气从B塔塔底进入B塔的分子筛床层吸附CO2气体，净化后气体从B塔塔顶流出。A塔塔内0.8MPa压力经泄压阀向外界泄压到常压后自动关闭；同时开启A塔的真空阀门，真空机组启动工作抽取吸附于分子筛微孔中的CO2气体。抽取完成后，真空机组停止工作，A塔真空阀门自动关闭，位于A,B两塔中间的均压阀门自动开启，B塔塔顶的一部分合格气进入A塔使A塔带有一定压力从而为下一个循环做好缓冲准备；B塔经过一段时间的吸附后饱和，净化气不在合格，系统自动切换回A塔吸附。由此周而复始往复循环的交替工作，完成CO2气体去除任务。本方案抽取后的CO2气体纯度达到98.3%，可以收集再利用，本装置为直接排放大气中。本方案脱碳系统的分子筛采用国产上海嘉定分子筛，经本公司与分子筛厂家在原来的基础上改变配方优化，专利所有权属两家共同。分子筛经过一段时间的使用后，性能将会降低，（一般在6个月左右，具体视原料气的影响而有些差距）此时应停机2-4小时，把A,B塔内的分子筛放出来，新的（或活化后的）分子筛重新装填塔内重复使用。分子筛装回后，启动真空机组抽取进入系统内的空气，不需要购买N2置换。失效或性能降低的放出来的分子筛经400——450摄氏度温度翻炒去除杂质，从而得以活化恢复原有性能重复使用，运行成本极低，忽略磨耗不计，几乎为0成本，既经济又环保；且价格便宜，容易获得。0.75-0.8MPa压力的脱碳气经过滤器过滤后进入本系统的第二台沼气压缩机第一压缩段的气缸内压缩，本级压缩段分两个气缸，一级气缸由入口0.75-0.8MPa增压至1.6MPa,经冷却后进入二级气缸增压至3.2MPa压力再次冷却进入分离器（本压缩段由于压力较高，温度较高，故采用有油润滑。后面相同）分离润滑油油雾及产生的机械磨粒。第一压缩阶段后3.2MPa压力的脱碳气进入第二压缩段的一级气缸再压缩至6.4MPa压力，冷却后进入二级气缸再次压缩至12MPa压力，再次冷却除去油雾及机械杂质。第二压缩段12MPa压力的脱碳气进入第二台压缩机的第三压缩段一级气缸继续增压16MPa压力，再次冷却进入二级压缩气缸增压到22MPa,冷却除去油雾和机械杂质得到产品压缩天然气CNG。加臭后用专用CNG软管输送至CNG长管拖车外运。2.2物料平衡表2-1物料平衡表（按1500Nm/h计算）气体组份原料气产品气排放气%Nm3%Nm3%Nm3甲烷57.3859.599.2852.6240.86.876二氧化碳37.65641.277.162898.73556.8372氧气0.57.5≤0.13≤0.00975≥99.87≥7.49025氮气4.466≤2≤1.32≥98≥64.68一氧化碳0.071.050.01≤0.000105≥99.99≥1.049895硫化氢152mg/m3≤0.5mg/m3≥151.5mg/m3有机卤代物46mg/m3≥0mg/m3≤46mg/m3六甲基二硅氧烷1.3mg/m3≥0mg/m3≤1.3mg/m3六甲基环三硅氧烷0.2mg/m3≥0mg/m3≤0.2mg/m3八甲基三硅氧烷0.1mg/m3≥0mg/m3≤0.1mg/m3八甲基环四硅氧烷3.3mg/m3≥0mg/m3≤3.3mg/m3十甲基四硅氧烷0.4mg/m3≥0mg/m3≤0.4mg/m3十甲基环五硅氧烷0.6mg/m3≥0mg/m3≤0.6mg/m3十二甲基五硅氧烷0.2mg/m3≥0mg/m3≤0.2mg/m3十二甲基环六硅氧烷-mg/m3≥-mg/m3≤-mg/m3总硅氧烷6.1mg/m3≥0mg/m3≤6.1mg/m3注：排放气通过高空排放管到大气中工艺流程简图设备效果图见下（1.2＃）压缩机参图3.设备数据及材料表本项目一＃压缩机及脱硅氧烷单元、活性炭脱硫脱有机卤代物单元，PSA脱碳脱水单元、仪表与PLC远程中央控制系统、循环冷却水及配电系统于同一底座上面。二＃压缩机单独成一撬装。本项目标定总功率为480KW,(其中1#压沼气缩机功率220KW,二号沼气压缩机功率160KW,压缩空气功率7.5KW,真空机组功率75KW,冷却水功率4KW,其他辅助功率10KW)总质量约42吨，一＃撬体积为：12米*3.2米*2.9米（长*宽*高）。二＃撬体积6米*3.2米*2.3米。所有电器设备一律作防爆处理，放散装置均设阻火器，防雷接地系统完整，均按照国家相关标准和规范、安全要求进行设计。本方案需业主方配备750KW的沼气发电机或750KVA的市电电源，最低15米*10米的平整硬化地坪一块，如果条件许可，可增加一网络，方便本公司远程协助。设备名称型号规格数量重量备注钢结构底座12米*3.2米*0.5米1件约3.5吨见设计加工图沼气压缩1#机定制1台约12吨设计图，说明书，产品合格证沼气压缩2#机定制1台约11吨设计图，说明书，产品合格证不锈钢防爆热式沼气流量计DN2201件约25KG说明书，合格证不锈钢防爆气动紧急切断阀DN2201件约50KG说明书，合格证旋风拉西填料过滤器，精过滤器DN6002件约280KG设计图，合格证缓冲罐0.6M33件约1