垃圾填埋沼氣提純凈化制車用壓縮天然氣技術(shù)方案

.遼寧省XX市MSW衛(wèi)生填埋場垃圾填埋沼氣提純凈化制車用壓縮天然氣技術(shù)方案 中國水業(yè)集團新中水投資有限公司 2015 年 12 月 18日 目錄 1 技術(shù)條件 1.1 原料氣參數(shù) 1.2 工藝設計參數(shù) 1.3 產(chǎn)品氣要求 1.4 產(chǎn)品方案2 技術(shù)工藝流程 2.1 工藝流程簡述 2.2 物料平衡表 2.3 流程圖3 設備數(shù)據(jù)表4 公共設施要求5 技術(shù)經(jīng)濟指標 5.1 運行能耗估算 5.2 勞動定員 5.3 投資估算 5.4 建設周期 5.5 總圖1 技術(shù)條件 1.1原料氣參數(shù) 本項目的填埋沼氣組份取自于廣東省深圳市龍崗區(qū)某垃圾填埋場填埋沼氣與該場滲透液處理過程中的沼氣，為混合原料氣作為參考。因XXXXXXX垃圾場正在建設中，計劃于2015年底啟用，暫時引用，待填埋一區(qū)封場鉆井集氣后再取樣檢測成分，再行修改確定。其他類似項目請謹慎使用。 表1-1 原料氣組份序號組份名稱單位數(shù)值備注1甲烷 %57.3間隔15天三次取樣平均值（下同）2二氧化碳%37.63氧氣 %0.54氮氣 %4.45一氧化碳 %0.076硫化氫mg/m31527有機鹵代物mg/m3468六甲基二硅氧烷mg/m31.39六甲基環(huán)三硅氧烷mg/m30.210八甲基三硅氧烷mg/m30.111八甲基環(huán)四硅氧烷mg/m33.312 十甲基四硅氧烷mg/m30.413十甲基環(huán)五硅氧烷mg/m30.614十二甲基五硅氧烷mg/m30.215十二甲基環(huán)六硅氧烷mg/m3 -低于檢出線16總硅氧烷mg/m36.117溫度常溫18水分飽和1.2 工藝設計參數(shù) 表1-2 工藝參數(shù)序號組份名稱單位設計范圍設計值備注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氧氣 %0.5-10.5-14氮氣 %5，上下偏差各55，上下偏差各55一氧化碳 %0.1-10.1-16硫化氫mg/m30-50000-50007有機鹵代物mg/m30-5000-5008六甲基二硅氧烷mg/m30-3000-3009六甲基環(huán)三硅氧烷mg/m30-1000-10010八甲基三硅氧烷mg/m30-1000-10011八甲基環(huán)四硅氧烷mg/m30-2000-20012十甲基四硅氧烷mg/m30-1000-10013十甲基環(huán)五硅氧烷mg/m30-1000-10014十二甲基五硅氧烷mg/m30-1000-10015十二甲基環(huán)六硅氧烷mg/m30-500-5016總硅氧烷mg/m30-10500-105017水露點最高壓力下，不高于-13，氣溫低于-8時，露點低于氣溫5最高壓力下，不高于-13，氣溫低于-8時，露點低于氣溫51.3產(chǎn)品氣要求 產(chǎn)品氣指標見表1-3 表1-3 產(chǎn)品氣指標序號項目單位指標數(shù)值備注1流量Nm/m320628實際氣量隨原料氣中甲烷含量的變化而變化Nm/m3859.52甲烷濃度 %963二氧化碳濃度 %1.27滿足GB18047-2000車用壓縮天然氣標準4氧氣 %0.13滿足GB18047-2000車用壓縮天然氣標準5氮氣 %26一氧化碳 %0.017硫化氫mg/m30.5滿足GB18047-2000車用壓縮天然氣標準8有機鹵代物mg/m3 - 本表中“-”表示低于檢出線（下同）9六甲基二硅氧烷mg/m3 -10六甲基環(huán)三硅氧烷mg/m3-11八甲基三硅氧烷mg/m3 -12八甲基環(huán)四硅氧烷mg/m3 -13十甲基四硅氧烷mg/m3 -14十甲基環(huán)五硅氧烷mg/m3 - 15十二甲基五硅氧烷mg/m3 -16十二甲基環(huán)六硅氧烷mg/m3 -17總硅氧烷mg/m3 -18水露點常壓-34.1滿足GB18047-2000車用壓縮天然氣標準19溫度環(huán)境溫度101.325KPa, 201.4 產(chǎn)品方案原料氣經(jīng)管道輸送至本方案設備的入口，通過本系統(tǒng)的脫除硅氧烷裝置第一臺壓縮機的一級壓縮后脫除有機鹵代物與硫化氫裝置二級壓縮后脫碳脫氮脫水裝置第二臺壓縮機的一，二，三級壓縮氣缸逐級增壓至22MPa得到產(chǎn)品壓縮天然氣。2 技術(shù)工藝流程 2.1 工藝流程簡述 來自集氣氣柜的原料沼氣首先進入本系統(tǒng)的入口連接法蘭。啟動空氣壓縮機，待空壓機氣壓滿足各控制氣動閥門的工作壓力停止。檢查各控制氣動閥門工作是否靈活正常。如果異常，系統(tǒng)將會報警及顯示異常部位，請排除。否則系統(tǒng)將啟動自動保護程序。啟動第一臺沼氣壓縮機，觀察沼氣壓縮機的冷卻，潤滑等儀表是否正常以及報警和顯示異常原因，請排查消除，否則系統(tǒng)啟動自動保護程序。前面一切正常后手動調(diào)節(jié)入口閥門開啟角度，觀察流量計計量數(shù)值，調(diào)節(jié)到改裝置的設計處理量并對原料氣進行計量，計量數(shù)據(jù)存儲于流量計和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫兩處。原料氣經(jīng)過一級過濾器，粗步過濾原料氣中的水分，粗顆粒雜質(zhì)，硅氧烷化合物，本過濾器采用了特需的填料和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，能夠有效過濾5um以上的雜質(zhì)，大部分水分及硅氧烷，填料能夠拿出處理后重復使用。初濾后進入精濾器，精濾器內(nèi)設置精過濾芯與超過濾芯，進一步可靠去除一部分水分，雜質(zhì)，硅氧烷。本精過濾芯與超過濾芯必須定期更換，無法循環(huán)使用（正常運行一般情況下3個月更換一次）。精濾后的氣體進入本系統(tǒng)的第一臺壓縮機的一級壓縮氣缸，增壓至0.3MPa后經(jīng)過油水分離器除去氣體中的油水雜質(zhì)，然后進入脫硫處理裝置本系統(tǒng)脫硫采用A,B兩個干法脫硫塔，塔內(nèi)裝填一定量的本公司改進型的活性炭，與沼氣中的硫化氫在一定的濕度，溫度，氧含量，壓力等條件下發(fā)生氧化反應，生產(chǎn)單質(zhì)硫（俗稱硫磺）。原料沼氣先由A塔塔底進入活性炭吸附床層吸附硫化氫氣體，使之氧化生成單質(zhì)硫微粒存留于活性炭微孔中達到去除原料氣中的硫化氫。在使用諾干時間后（視沼氣中硫化氫含量的高低，一般35個月）活性炭失效，此時原料沼氣由A塔切換到B塔，不需停機連續(xù)運行。A塔內(nèi)的活性炭則人工排出，以125375攝氏度的蒸汽或熱空氣對吸附飽和的活性炭進行加熱，溶解活性炭微孔中的單質(zhì)硫，以液態(tài)形式從活性炭中分離開來，經(jīng)水冷卻后得到單質(zhì)硫（硫磺），可作為化工原料出售。活性炭則活化再生恢復性能重復使用。忽略磨耗不計，運行成本幾乎為0。既經(jīng)濟又環(huán)保。故本系統(tǒng)脫硫裝置AB兩塔循環(huán)使用完成不間斷的去除沼氣中的硫化氫氣體工作任務。在本階段同時脫除有機鹵代物。脫硫氣以0.25-0.3MPa的壓力進入第一臺沼氣壓縮機的第二壓縮氣缸內(nèi)壓縮，增壓至0.8MPa壓力，流經(jīng)冷卻器冷卻，經(jīng)緩沖罐緩沖凝析出部分水，再經(jīng)過濾器過濾，從脫碳系統(tǒng)A塔塔底進入A塔分子篩床層，A塔底部和頂部的閥門都處于開啟狀態(tài)；凈化后氣體從A塔塔頂流出。B塔塔底和塔頂?shù)拈y門，均壓閥門，真空再生閥門都處于關(guān)閉狀態(tài)。由于吸附塔經(jīng)過精密的計算，保持了脫硫氣在塔內(nèi)的流速及流場的分布規(guī)律，從而保證了脫硫氣中二氧化碳氣體的可靠吸附；經(jīng)過一段時間的吸附后，隨著塔內(nèi)溫度的升高，塔內(nèi)氣體流場的規(guī)律變化等因素的影響，分子篩吸附飽和，CO2氣體隨同CH4氣體一起進入后端流程導致CO2氣體含量超標而不合格；此時系統(tǒng)自動關(guān)閉A塔的塔底和塔頂?shù)拈y門，同時開啟B塔塔底和塔頂閥門及A塔塔頂?shù)男箟洪y門，脫硫氣從B塔塔底進入B塔的分子篩床層吸附CO2氣體，凈化后氣體從B塔塔頂流出。A塔塔內(nèi)0.8MPa壓力經(jīng)泄壓閥向外界泄壓到常壓后自動關(guān)閉；同時開啟A塔的真空閥門，真空機組啟動工作抽取吸附于分子篩微孔中的CO2氣體。抽取完成后，真空機組停止工作，A塔真空閥門自動關(guān)閉，位于A,B兩塔中間的均壓閥門自動開啟，B塔塔頂?shù)囊徊糠趾细駳膺M入A塔使A塔帶有一定壓力從而為下一個循環(huán)做好緩沖準備；B塔經(jīng)過一段時間的吸附后飽和，凈化氣不在合格，系統(tǒng)自動切換回A塔吸附。由此周而復始往復循環(huán)的交替工作，完成CO2氣體去除任務。本方案抽取后的CO2氣體純度達到98.3%，可以收集再利用，本裝置為直接排放大氣中。本方案脫碳系統(tǒng)的分子篩采用國產(chǎn)上海嘉定分子篩，經(jīng)本公司與分子篩廠家在原來的基礎(chǔ)上改變配方優(yōu)化，專利所有權(quán)屬兩家共同。分子篩經(jīng)過一段時間的使用后，性能將會降低，（一般在6個月左右，具體視原料氣的影響而有些差距）此時應停機2-4小時，把A,B塔內(nèi)的分子篩放出來，新的（或活化后的）分子篩重新裝填塔內(nèi)重復使用。分子篩裝回后，啟動真空機組抽取進入系統(tǒng)內(nèi)的空氣，不需要購買N2置換。失效或性能降低的放出來的分子篩經(jīng)400450攝氏度溫度翻炒去除雜質(zhì)，從而得以活化恢復原有性能重復使用，運行成本極低，忽略磨耗不計，幾乎為0成本，既經(jīng)濟又環(huán)保；且價格便宜，容易獲得。0.75-0.8MPa壓力的脫碳氣經(jīng)過濾器過濾后進入本系統(tǒng)的第二臺沼氣壓縮機第一壓縮段的氣缸內(nèi)壓縮，本級壓縮段分兩個氣缸，一級氣缸由入口0.75-0.8MPa增壓至1.6MPa,經(jīng)冷卻后進入二級氣缸增壓至3.2MPa壓力再次冷卻進入分離器（本壓縮段由于壓力較高，溫度較高，故采用有油潤滑。后面相同）分離潤滑油油霧及產(chǎn)生的機械磨粒。第一壓縮階段后3.2MPa壓力的脫碳氣進入第二壓縮段的一級氣缸再壓縮至6.4MPa壓力，冷卻后進入二級氣缸再次壓縮至12MPa壓力，再次冷卻除去油霧及機械雜質(zhì)。第二壓縮段12MPa壓力的脫碳氣進入第二臺壓縮機的第三壓縮段一級氣缸繼續(xù)增壓16MPa壓力，再次冷卻進入二級壓縮氣缸增壓到22MPa,冷卻除去油霧和機械雜質(zhì)得到產(chǎn)品壓縮天然氣CNG。加臭后用專用CNG軟管輸送至CNG長管拖車外運。2.2 物料平衡表 2-1 物料平衡表（按1500Nm/h計算）氣體組份原料氣產(chǎn)品氣排放氣%Nm3%Nm3%Nm3甲烷57.3859.599.2852.6240.86.876二氧化碳37.65641.277.162898.73556.8372氧氣0.57.50.130.0097599.877.49025氮氣4.46621.329864.68一氧化碳0.071.050.010.00010599.991.049895硫化氫152mg/m30.5 mg/m3151.5mg/m3有機鹵代物46mg/m30 mg/m346 mg/m3六甲基二硅氧烷1.3mg/m30mg/m31.3mg/m3六甲基環(huán)三硅氧烷0.2mg/m30mg/m30.2mg/m3八甲基三硅氧烷0.1mg/m30mg/m30.1mg/m3八甲基環(huán)四硅氧烷3.3mg/m30mg/m33.3mg/m3十甲基四硅氧烷0.4mg/m30mg/m30.4mg/m3十甲基環(huán)五硅氧烷0.6mg/m30mg/m30.6mg/m3十二甲基五硅氧烷0.2mg/m30mg/m30.2mg/m3十二甲基環(huán)六硅氧烷-mg/m3-mg/m3-mg/m3總硅氧烷6.1mg/m30mg/m36.1mg/m3注：排放氣通過高空排放管到大氣中可編輯范本 工藝流程簡圖 設備效果圖見下（1.2）壓縮機參圖3. 設備數(shù)據(jù)及材料表本項目一壓縮機及脫硅氧烷單元、活性炭脫硫脫有機鹵代物單元，PSA脫碳脫水單元、儀表與PLC遠程中央控制系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水及配電系統(tǒng)于同一底座上面。二壓縮機單獨成一撬裝。本項目標定總功率為480KW,(其中1#壓沼氣縮機功率220KW,二號沼氣壓縮機功率160KW,壓縮空氣功率7.5KW,真空機組功率75KW,冷卻水功率4KW,其他輔助功率10KW)總質(zhì)量約42噸，一撬體積為：12米*3.2米*2.9米（長*寬*高）。二撬體積6米*3.2米*2.3米。所有電器設備一律作防爆處理，放散裝置均設阻火器，防雷接地系統(tǒng)完整，均按照國家相關(guān)標準和規(guī)范、安全要求進行設計。本方案需業(yè)主方配備750KW的沼氣發(fā)電機或750KVA的市電電源，最低15米*10米的平整硬化地坪一塊，如果條件許可，可增加一網(wǎng)絡，方便本公司遠程協(xié)助。設備名稱型號規(guī)格數(shù)量重量備注鋼結(jié)構(gòu)底座12米*3.2米*0.5米1件約3.5噸見設計加工圖沼氣壓縮1#機定制1臺約12噸設計圖，說明書，產(chǎn)品合格證沼氣壓縮2#機定制1臺約11噸設計圖，說明書，產(chǎn)品合格證不銹鋼防爆熱式沼氣流量計DN 2201件約25KG說明書，合格證不銹鋼防爆氣動緊急切斷閥DN 2201件約50KG說明書，合格證旋風拉西填料過濾器，精過濾器DN 6002件約280KG設計圖，合格證緩沖罐0.6M33件約180KG/件設計圖，合格證干法脫硫裝置DN 1200*2000組件1套約2.5噸設計圖，合格證過濾器DN 1593件約100KG/件合格證旋風拉西填料過濾器DN 1001件約60KG設計圖，合格證PSA脫碳裝置DN 1200*2000組件1套約5噸設計圖，合格證防爆真空機站定制組件1套約6噸合格證防爆電器柜定制組件1套約500KG合格證防爆PLC中央遠程控制柜定制組件1套約450KG合格證防爆在線成分檢測儀表定制2臺約80KG合格證防爆空氣壓縮機0.325M3/min1臺約200KG合格證防爆泄漏報警儀2臺約2KG/臺合格證儀表標氣若干合格證動力一覽1#沼氣壓縮機：主驅(qū)動電機220KW2#沼氣壓縮機： 主驅(qū)動電機 160KW冷卻水泵電機4K W氣體冷卻電機10KW空氣壓縮機:7.5KW真空機組：前級泵 30KW中間泵 12KW主泵 22.5KW其他輔助功率10KW總標定動力功率：480KW注 ：1：建議業(yè)主方改為3臺套處理36000Nm/d原料氣，每臺處理量為12000Nm/d, 高峰氣量時三臺同時運行，低谷氣量時一開兩備，靈活機動，滿足各種不同的氣量工況。 2：沼氣發(fā)電機組建議業(yè)主方選用2臺400KW，以滿足不同的產(chǎn)氣工況。4共設施要求 4.1電力系統(tǒng)電壓等級：380/220VAC10%三相五線制頻率：50Hz容量：750KVA或750KW沼氣發(fā)電機組一臺4.2 站場建設4.2.1 站場選址參考GB50028-2006城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范。4.2.2 進出垃圾場至本站場的道路需滿足40呎集裝箱拖車行駛及轉(zhuǎn)彎半徑要求。4.2.3 本站場根據(jù)現(xiàn)場場地條件，設計本站場在位于*前占用一塊15米*25米空地一塊。4.2.4 本站場參照GB50028-2006城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范之7壓縮天然氣供應建設基礎(chǔ)設施。該15米*25米場地平整硬化，在該硬化場地上建設一15米*10米的鋼結(jié)構(gòu)敞開式凈化制氣廠房，安裝本凈化提純裝置及預留一長管拖車充裝位置。剩余15米*10米平整硬化露天，作為待充裝長管拖車?？坎次弧?.2.5本站場消防設施參照GB50028-2006城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范外尚應符合國家現(xiàn)行的有關(guān)標準的規(guī)定。注：如果選用單獨12000Nm/d的處理量三臺設備共同承擔，站場建設另行設計規(guī)劃5 技術(shù)經(jīng)濟指標 5.1 運行能耗估算電能消耗: 電價應各地區(qū)域不同而不同，這里以XXX市工業(yè)用電電價0.893元/KW/h計算:0.32KW/h/Nm3 x0.893元/KW/h=0.28576元/Nm3分子篩活化熱能消耗：、按6個月活化一次計算：12000MJ6(個月)30（天）36000Nm3/d0.00185MJ/Nm3=1.85KJ/Nm3; 按沼氣燃燒熱值5200KJ/Nm3計算: 1.85KJ/Nm35200KJ/Nm30.00036Nm3 按原料沼氣0.2元/Nm3計算: 0.00036Nm30.2元/Nm3=0.000072元/Nm3】 每天36000Nm3/d0.000072元/Nm3=2.592元/d 每月 30天2.592元/天=77.76元/月 （上面12000MJ為本公司多次分子篩活化數(shù)據(jù)）活性炭再生熱能消耗：（按3個月再生一次計算）接近分子篩活化消耗熱能，每月按80元計算潤滑油消耗： 5g/h一次水消耗：忽略不計（由于本系統(tǒng)采用閉式水循環(huán)強制風冷，幾乎無消耗水） 5.2勞動定員場站的勞動定員取決于運行管理的工作量及操作人員的水平，同時也可由有關(guān)勞動部門視具體情況而定。根據(jù)本項目自控設計水平和日常運行管理工作量，對于定員的編制建議見表5-2： 表5-2 勞動定員序號崗位定員備注1管理12操作，維護5三班三運轉(zhuǎn)，2人/班，交錯編制，合理工作休息合計65.3投資估算本投資估算為垃圾填埋沼氣精制天然氣站區(qū)的建設投資，不包括:地基處理、提純凈化鋼結(jié)構(gòu)廠房、供變電、土地投資等費用。現(xiàn)分項描述如下：5.3.1 投資收益估算：XXX日處理500噸生活垃圾提純天然氣經(jīng)濟效益分析項目收入： 500噸生活垃圾日產(chǎn)出甲烷含量在50%的沼氣3.6萬立方米，（每噸垃圾每小時產(chǎn)氣2.54立方取平均值日產(chǎn)沼氣量72立方）可以提純出1.8萬立方米 。每立方生物天然氣售價：每標方最低門站價2元（用于民用做分布式能源站以便獲取國家相應政策補助） 生物天然氣年銷售收入：18000立方2元365天 1314萬元 生物天然氣年提純成本：每方.3572元36000 立方 365天469.3608萬元， 生物天然氣年純收益： 844.6392萬元 注：本方案二氧化碳未加以回收利用，如果需回收利用，可按下進行風險分析：每立方沼氣含有二氧化碳37%，增加一套制冷設備投資80萬元。日產(chǎn)液態(tài)二氧化碳14.76噸，每噸門站價1000元（市場