沼气精制天然气流程.doc

第五章 工艺方案选择5.1工艺确定原则1、厂区可用场地、项目处理规模；2、产品的用途定位、周边配套设施；3、根据“四个高起点”定位，创建“示范工程”、技术先进、设备优良。 工艺流程简图5.2沼气脱硫5.2.1沼气脱硫工艺选择沼气中含有微量的硫化氢，硫化氢是一种剧毒的有害气体，对管道、燃烧器和仪器仪表等有强烈的腐蚀作用；燃烧后硫化氢生成二氧化硫，污染环境，并影响人的身体健康。沼气精制天然气要求天然气中硫化氢含量低于15ppm，但原料沼气中的硫化氢质量浓度为8000ppm，远远高于规定。所以硫化氢的脱除成为气体使用过程中必不可少的一个环节。适用于沼气精制天然气系统的脱硫方法有湿法脱硫（催化剂再生）+干法脱硫或湿法脱硫（生物再生）+干法脱硫。湿法脱硫去除沼气中的大部分硫化氢，使硫化氢降至200ppm以下，再用干法进行精脱将硫化氢降至15ppm以下。本工程拟采用湿法脱硫（生物再生）+干法脱硫5.2.2湿法脱硫（生物再生）机理湿法脱硫（生物再生）技术的机理为：含H2S的气体在吸收塔内与含有硫细菌的碱性水溶液逆向接触，H2S溶解在碱液中并随碱液进入生物反应器中。在生物反应器充气环境下，硫化物（HS-）被硫磺杆菌系细菌氧化成元素硫。硫磺以料浆的形式从生物反应器中取出，可通过进一步干燥成粉末，或经熔融生成商品硫磺。同时，在元素硫的产生过程中碱液得到再生。再生溶液返回到吸收塔中循环使用。通过计算，处理每克硫化氢消耗氢氧化钠0.6克，营养液0.03克。我公司沼气每立方含硫量12克，折合每立方沼气消耗氢氧化钠7.2克，营养液0.36克，脱硫系统每天耗水20m。脱硫装置的工作原理图如下图所示： 图4-2 湿法脱硫生物再生原理图 5.3沼气脱碳5.3.1沼气脱碳工艺选择目前国内常用的脱碳技术有溶液法（胺法）和PSA（变压吸附法），两种方法介绍如下：1、溶液法（胺法）利用化学溶剂对气体中的硫化氢发生化学反应，靠化学键力结合在一起。主要优点是吸收速度快、净化度高，按化学计量反应进行，吸收压力对吸收能力影响不大。缺点是再生热耗大，如改良热钾法、乙醇胺法等。CO2气体在常温常压的情况下极易溶于化学吸收液（贫液）中形成富液，富液在高温的情况下，CO2气体又很容易被解析出来，从而实现CO2气体的分离达到沼气净化的目的。2、变压吸附法（PSA）吸附分离是利用吸附剂只对特定气体吸附和解析能力上的差异进行分离的。为了促进这个过程的进行，常用的有加压法和真空法以及加压吸收真空分离法。现在常用的为加压吸收真空分离法。变压吸附的净化程度及回收率相对较低，吸附分子筛需定期更换。但无液体处理设备，自动化程度相对较高。两种脱碳工艺对比见下表：溶液法（胺法）变压吸收法工作方式化学方式物理方式工作压力0.1MPa0.6-1.0MPa外加热源蒸汽加热不需要水少量不需要吸附剂更换不需要2-3年更换提纯前除水干燥不需要需要提纯后甲烷浓度97%95%甲烷损失3%5-8%技术设备系统相对简单复杂电耗（KWh/m沼气）0.140.4生产人员配置9人9人直接成本（元/mCNG）0.5240.614设备投资：万元12001400利润总额571505投资回收期2.64.2自动化程度中等高占地面积中等中等综上所述，胺法脱碳投资、运行费用、利润总额等经济指标均优于变压吸附法，故本项目拟选用胺法脱碳。5.3.2胺法脱碳原理：烷醇胺水溶液是脱除或回收CO2的理想溶剂。工业上常用的烷醇胺有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。每种烷醇胺各有其优缺点，如MEA吸收CO2速度快但能耗高、腐蚀性强，而MDEA具有较高的处理能力、较低的反应热但吸收CO2速度慢，因此，它们的应用都受到一定的限制。复合胺溶液采用的有机醇胺分为两大类：一类为叔/仲胺，对CO2吸收溶解度大，但吸收速率慢；另一类为仲/伯胺，醇胺分子结构中具有位阻效应的基团，使胺基上的氮原子与CO2形成不稳定的氨基甲酸盐，大大加快了吸收和解析CO2的速度。 CO2在复合胺溶液中发生的主要反应如下： R1R2NH + CO2 R1R2NCOOH R1R2NCOOH + H2O R1R2NH + H+ + HCO3- R3R4R5N + H+ R3R4R5NH+ 总反应式为： CO2 + H2O + R3R4R5N R3R4R5NH+ + HCO3- 式中R1为具有位阻效应的烷醇基，R2为氢或烷基或烷醇基，R3、R4、R5为烷基或烷醇基。式对普通醇胺来说，由于R1R2N-COOH比较稳定，所以反应极慢，从而影响了整个吸收速度。而对MA溶液中的活性胺而言，由于醇胺分子结构中具有位阻效应， -COO-与N原子的连接极不稳定，故反应速度很快。因此使用该复合胺溶液，在同摩尔浓度下与MDEA溶液相比，不但吸收速度快，而且胺全部以质子化的化学计量吸收CO2，其最大吸收容量为1 CO2mol/mol胺，超过常规烷醇胺。常规烷醇胺包括大多数MDEA溶剂的活化剂在吸收CO2时生成稳定的氨基甲酸盐，在再生过程中需要较多的热量才能分解，导致再生能耗较大。同时，氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强，又会形成水垢。此外，氨基甲酸盐也加剧了烷醇胺与CO2的降解反应，产生烷醇胺损耗增加、脱碳性能下降、腐蚀性上升等一系列问题。而MA溶液由于醇胺分子结构中具有位阻效应，与CO2反应不生成稳定的氨基甲酸盐，因此，与常规烷醇胺法相比，再生能耗低、腐蚀性小、稳定性高。 在循环过程中，因沼气与复合胺溶液直接接触，所以在运行中复合胺溶液会有少量消耗，经过计算和工程实践处理1m沼气约消耗0.44克复合胺溶液，处理6444000m沼气，消耗复合胺溶液约2.834吨。因复合胺溶液再生（解析二氧化)需要蒸汽加热，通过计算处理每方沼气消耗蒸汽0.2Kg，处理6444000m沼气，消耗蒸汽约1288.8吨。5.3.3醇胺法脱碳工艺流程 图1-4 工艺流程方框图工艺流程说明：沼气由风机送入吸收塔下部，其中一部分CO2被溶剂吸收，由塔顶出来的净化气送入后序工段。吸收CO2后的富液由塔底经泵送入贫富液换热器，回收热量后送入再生塔。解吸出的CO2连同水蒸气经冷却后，分离除去水分后得到纯度99.0%（干基）以上的产品CO2气，送入后序工段使用。再生气中被冷凝分离出来的冷凝水，用泵送至再生塔。富液从再生塔上部进入，通过汽提解吸部分CO2，然后进入煮沸器，使其中的CO2进一步解吸。解吸CO2后的贫液由再生塔底流出，经贫富液换热器换热后，用泵送至水冷器，冷却后进入吸收塔。溶剂往返循环构成连续吸收和解吸CO2的工艺过程。5.4沼气压缩5.4.1沼气压缩工艺流程前处理器净化后沼