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烷八甲基环四硅氧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C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/m30-1000-10014十一 甲基 五硅 氧烷mg/m30-1000-10015十一 甲基 环六 硅氧 烷mg/m30-500-5016总硅氧烷mg/m30-10500-105017水露 点八、C最高压力下， 不高于-13C, 气温低于-8 C 时，露点低于 气温5C最高压力下， 不高于-13C, 气温低于-8 C 时，露点低于 气温5C1.3产品气要求产品气指标见表1-3表1-3产品气指标定号项目单位指标 数值备注1流量Nm/m320628实际气量随原料气中甲 烷含量的变化而变化Nm/m3859.52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%W26一氧化 碳%0.017硫化氢mg/m30.5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）9六中基二硅氧 烷mg/m3-10六中基环三硅氧烷mg/m3-11八中基三硅氧 烷mg/m3-12八中基 环四硅 氧烷mg/m3-13十中基 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C常压-34.1满 足 GB18047-2000车用压缩天然气 标准19温度C环境 温度101.325KPa, 20 C1.4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 03MPa后 经过油水分离器除去气体中的油水杂质，然后进入脱 硫处理装置一一本系统脱硫采用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35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125375 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400450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。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 增压至16MPa,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。2-1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0.57.5W0.13W0.00975N99.87N7.49025氮气4.466W2W1.32N98N 64.68氧 化碳0.071.050.01W0.000105N99.99N1.049895硫化氢152mg/m3W0.5 mg/m3N151.5mg/m3小代 有卤物46mg/m3N0 mg/m3W46 mg/m3六甲基二硅氧烷1.3mg/m3N0mg/m3W1.3mg/m3六甲基环三硅氧烷0.2mg/m3N0mg/m3W0.2mg/m3八甲基三硅氧烷0.1mg/m3N0mg/m3W0.1mg/m3八甲 基环 四硅 氧烷3.3mg/m3N0mg/m3W3.3mg/m3十甲基四硅氧烷0.4mg/m3N0mg/m3W0.4mg/m3十甲 基环 五硅氧烷0.6mg/m3N0mg/m3W0.6mg/m3十二 甲基 五硅 氧烷0.2mg/m3N0mg/m3W0.2mg/m3十二 甲基 环六 硅氧 烷-mg/m3N-mg/m3W-mg/m3总硅 氧烷6.1mg/m3N0mg/m3W6.1mg/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兀、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DN 2201件约 25KG说明书，合 格证不锈钢防爆气动紧急切断阀DN 2201件约 50KG说明书，合 格证旋风拉西填料过滤器，精过滤器DN 6002件约 280KG设计图，合格证缓冲罐0.6M33件约 180KG/件设计图，合格证干法脱硫DN组件1约2.5吨设计装置1200*2000套图，合 格证过滤器DN 1593件约 100KG/件合格证旋风拉西填料过滤器DN 1001件约 60KG设计图，合格证PSA脱碳装置DN1200*2000组件1套约5吨设计图，合格证防爆真空 机站定制组件1套约6吨合格证防爆电器 柜定制组件1套约 500KG合格证防爆PLC中央远程控制柜定制组件1套约 450KG合格证防爆在线成分检测仪表定制2台约 80KG合格证防爆空气 压缩机0.325M3/min1台约 200KG合格证防爆泄漏 报警仪2台约2KG/台合格证仪表标气若干合格证动力一览1#沼气压缩机：主驱动电机 220KW2#沼气压缩机：主驱动电机160KW冷却水泵电机4K W气体冷却电机 10KW空气压缩机：7.5KW真空机组 ： 前级泵30KW中间泵12KW主泵22.5KW其他辅助功率10KW总标定动力功率：480KW注：1：建议业主方改为3台套处理36000Nm/d原料气，每 台处理量为12000Nm/d,高峰气量时三台同时运行，低谷气量 时一开两备，灵活机动，满足各种不同的气量工况。2：沼气发电机组建议业主方选用2台400KW，以满足 不同的产气工况。4共设施要求4.1 电力系统电压等级： 3 80 /2 2 0V A C 1 0%三相五线制频率：5 0H z容 量：750KVA或750KW沼气发电机组一台4.2 站场建设4.2.1 站场选址参考GB50028-2006城镇燃气设计规范。4.2.2 进出垃圾场至本站场的道路需满足40叭集装箱拖 车行驶及转弯半径要求。4.2.3 本站场根据现场场地条件，设计本站场在位于* 前占用一块15米*25米空地一块。4.2.4 本站场参照GB50028-2006城镇燃气设计规范之7压缩天然气供应建设基础设施。该15米*25米 场地平整硬化，在该硬化场地上建设一 15米*10米的 钢结构敞开式净化制气厂房，安装本净化提纯装置及 预留一长管拖车充装位置。剩余15米*10米平整硬化 露天，作为待充装长管拖车停靠泊位。4.2.5 本站场消防设施参照GB50028-2006城镇燃气设计 规范外尚应符合国家现行的有关标准的规定。注：如果选用单独12000Nm/d的处理量三台设备共同承担，站场建设另行设计规划5技术经济指标5.1运行能耗估算电能消耗：电价应各地区域不同而不同，这里以XXX市工业用电电价0.893 元/KW/h计算：0.32KW/h/Nm3 X0.893 元/KW/h=0.28576 元/Nm3分子筛活化热能消耗:、按6个月活化一次计算：12000MJ :6（个月）：30（天）：36000Nm3/d 0.00185MJ/Nm3=1.85KJ/Nm3;按沼气燃烧热值 5200KJ/Nm3 计 算：1.85KJ/Nm3 : 5200KJ/Nm3 0.00036Nm3 按原料沼气 0.2 元/Nm3 计算：0.00036Nm3 X 0.2 元/Nm3=0.000072 元 /Nm3 】 每天 36000Nm3/d X 0.000072 元 /Nm3=2.592 元 /d 每月 30大X 2.592元/大=77.76元/月 （上面12000MJ为 本公司多次分子筛活化数据）活性炭再生热能消耗：（按3个月再生一次计算）接近分子 筛活化消耗热能，每月按80元计算润滑油消耗：5g/h一次水消耗：忽略不计（由于本系统采用闭式水循环强制 风冷，几乎无消耗水）5.2劳动定员场站的劳动定员取决于运行管理的工作量及操作人员的水 平，同时也可由有关劳动部门视具体情况而定。根据本项目 自控设计水平和日常运行管理工作量，对于定员的编制建议见表5-2：表5-2劳动定员序号冈位定员备注1管理12操作，维护5三班三运转，2人/班，交错 编制，合理工作休息合计65.3投资估算本投资估算为垃圾填埋沼气精制天然气站区的建设投资， 不包括:地基处理、提纯净化钢结构厂房、供变电、土地投资 等费用。现分项描述如下：投资收益估算：XXX日处理500吨生活垃圾提纯天然气经济效益分析项目收入：500吨生活垃圾日产出甲烷含量在50%的沼气3.6万立方 米，（每吨垃圾每小时产气2.54立方取平均值日产沼气量 72立方）可以提纯出CNG1.8万立方米。每立方生物天然气售价：每标方CNG最低门站价2元（用于民用做分布式 能源站以便获取国家相应政策补助）生物天然气年销售收入：18000立方X2元X365大=1314 万元生物天然气年提纯成本：每方03572元X 36000立方X 365 天= 469.3608 万元，生物天然气年纯收益：844.6392万元注：本方案二氧化碳未加以回收利用，如果需回收利用，可按下进行风险分析：每立方沼气含有二氧化碳37%,增加一套制冷设备投资80 万元。日产液态二氧化碳14.76吨，每吨门站价1000元（市场价1500元）：液态二氧化碳年销售收入：14.76吨X1000元X 365天=538.74 万元，液态二氧化碳年生产成本：（每立方耗电0.5度，每天13320立方（37% X 3.6万立方X 0.4465元）液化成本5947.38元）5947.38 元 X365 天=217.0793 万元液化二氧化碳年纯收益：321.6607万元。生物天然气与液态二氧化碳年收入合计：1166.2999万元投资风险分析根据同类项目经验，结合本项目实际情况（日填埋量 500吨，填埋时间20年）及周边天然气市场的情况及国 内外油价气加的波动，产品气由加气站或燃气公司自己来 充装运输，按出站价2元/Nm3，足以满足应对国际原油 30美元/桶价格的风险。但任何投资都存在风险：本项目 仅为收集气量，随着季节气候等外界因素的影响，假若极 端不利情况一一收集气量为满负荷的60%贝IJ：生物天然气年纯收益：844.6392万元X 60%=506.7835万元 液化二氧化碳年纯收益：321.6607万元X60%=192.9964 万元生物天然气与液态二氧化碳年收入合计：1166.2999万元 X60%=699.77994万元。投资回收期约2年。5. 3.3投资资金序号分项名称单位金额备注1设计及服务 费万元32含三次现场取样成分检测费2安装万元4.5含现场卸车吊装，现场挪动费3行政及预备 费万元58.5含手续、办公用具4设备售价万元660含现场调试，道路运输5站场建设费万元380含站场硬化，钢结构站场，消防设施等合计万元1135不含土地费用，电力设施建设费等5.4建设周期1、本项目建设周期需90天（不含前期许可及筹备），其中现场培训人员5天。2、本项目需业主方选派人员来我公司设备制造现在培训该设备的日常维护，保养，培训期一周（7天）5.5总图（略）中国水业集团新中水投资有限公司2015年12月18日