CN103525490A

CN103525490A - 一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺

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Publication number: CN103525490A
Application number: CN201210232527.8A
Authority: CN
Inventors: 黄兹奕; 张洁; 江水; 张强; 石仙罗; 孙嘉颖; 孙重春; 杨浩
Original assignee: SHANGHAI HUANQIU PETROCHEMISTRY ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI HUANQIU PETROCHEMISTRY ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明涉及一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，以农作物秸秆等农村废物为原料制取沼气，然后进入脱硫单元进行干法脱硫，再压缩进入脱碳单元进行变压吸附(PSA)去除CO₂。变压吸附后的天然气在满足GB18047-2000车用压缩天然气的要求后，经压缩机压缩至满足汽车加气的25MPa(G)送至高压瓶组储存，供加气机加气使用。本发明涉及到新农村基础发展重点建设工程中的农村新能源一农村沼气工程利用，具有废物资源化率高、环保效果明显，装置的建设投资相对较低，风险小，运行成本低等优点。

Description

一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺

技术领域

本发明涉及新农村基础发展重点建设工程中的农村新能源-农村沼气工程，涉及一种沼气脱硫工艺，尤其是涉及一种废物资源化率高且环保效果好的沼气制取车用压缩天然气组合工艺。

背景技术

我国是农业大国，农村地区幅员辽阔，人口数量多，农作物复种指数高，秸秆数量巨大。长久以来，人们利用这些秸秆作为农村的生活燃料喂养牲畜、盖房、造纸等。随着经济的发展、社会的进步，石油天然气、煤炭开采利用及人们对生活环境要求的提高，农作物秸秆在一些地区已成为困扰社会的农业生产垃圾。农民将无用的秸秆抛向江河、露天焚烧，对航空和公路交通等造成了影响，降低了空气的能见度和自然环境，阻碍了社会文明的进程。秸秆的处理与利用是我国农村面临的主要的资源环境问题之一，因此迫切需要寻找新的利用途径。为此，农业部把秸秆沼气生产技术列为我国农业和农村“十大节能减排技术”之首。

秸秆沼气技术是生物学过程，反应条件温和，可在常温下发酵，最高发酵温度也不会超过55℃。能源投入产出效益高，便于生产管理，更适于实际生产应用。秸秆沼气是环境友好的清洁生产过程。秸秆沼气的产物是清洁能源——沼气和有机肥料，不产生任何有害副产品(如热解气化产生的焦油等)，可实现废弃物的零排放。秸秆沼气技术是资源高效利用技术。通过秸秆沼气可获得可再生能源——沼气，产生的沼渣可用来生产有机肥料，从而实现秸秆的完全资源化转化和资源的高效利用。秸秆沼气产生的沼气热值高、品位好。

农村户用沼气池生产的沼气主要用来做生活燃料。沼气还可以用于农业生产中，如温室保温、烘烤农产品、储备粮食、水果保鲜等。沼气也可发电做农机动力，大、中型沼气工程生产的沼气可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖或供给城市居民使用。

秸秆沼气转变为车用燃料，对解决汽车燃料紧张问题，保护生态环境，改善城市居民生活条件有着极为重要的现实意义。该项目技术的推广，可使秸秆资源得到广泛的开发利用。提高秸秆的附加值，保护了农业生态环境，减少了碳排放，提高了农民的生活质量。

在油价节节攀升的大背景下，随着西气东输和川气东送项目的完成以及各大汽车厂商逐步将开发重点转向新能源汽车，CNG汽车必将迎来新一轮的发展。该项目采用简便易得的农村生产废物为原料，资源丰富，廉价易得，有利于丰富天然气的气源以及对环境的保护。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有废物资源化率高、环保效果明显，装置的建设投资相对较低，风险小，运行成本低等优点的利用沼气制取车用压缩天然气的工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，包括以下步骤：

(1)脱硫：从沼气池来的沼气经风机增压送干法脱硫系统，通过脱硫剂的作用将H2S转变成为悬浮的单质硫，经净化后得到去除硫化物的沼气；

(2)脱碳：脱除硫化物的沼气进入变压吸附(PSA)单元，吸附得到的甲烷气体作为天然气，脱除的CO₂放空；

(3)压缩储存和加气：经脱硫脱碳后的天然气经天然气压缩机压缩至25MPa(G)作为车用压缩天然气，送入高压储气瓶组，利用加气机对车辆进行加气。

步骤(1)所述的沼气为以禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物废水和/或酒精废料的有机物发酵产生的沼气，其主要组成包括CH₄、CO₂及H2S。

步骤(1)所述的脱硫剂为商品化的高硫容干法脱硫剂。

所述的脱硫剂选自大连普瑞特化工的高效脱硫剂3018-JT。

步骤(1)所述的脱硫系统中加入氧气，氧是本技术脱硫反应必需的反应物。脱硫反应前氧气的含量为0.2v％，脱硫反应后氧气的含量小于0.15v％。

步骤(2)中所述的变压吸附的过程包括吸附、均压降压、顺放、逆放、冲洗、均压升压、产品升压步骤。

步骤(2)中所述的变压吸附的操作压力1.0 MPa (G)～3.0 MPa (G)。

步骤(3)中所述的压缩天然气中硫含量(总硫，以硫计)≤10ppm(V％)，CO₂≤3v％。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

压缩天然气(简称CNG)汽车与燃汽油、柴油汽车相比优势明显，突出体现在：

(1)大大降低了以燃油为动力燃料的汽车尾气排放及噪音强度。其中CO减少90％以上，HC减少70％，NOX减少35％以上，CO2减少20％以上，SO2减少90％左右，噪音可降低40％，而且根本没有黑烟及难闻的气味。

(2)大幅度降低了燃料成本。以改装为CNG燃料的上海5人座桑塔纳小轿车为例，行驶汽油耗量为0.1L/Km，CNG耗量为0.091Nm3/Km；若以汽油价格7.8元/L，CNG价格4.2元/m3计算，按小轿车一年行驶35000Km计，全年可节约燃料费13923元。

(3)可延长汽车发动机的寿命。由于CNG燃烧比较完全，对发动机机油污染小，因而可减少汽车的维修量及维修费用，同时也延长了发动机寿命。

(4)使用安全。改装后的CNG汽车中储气罐强度很高，减压器、阀门等设备严密度标准高，供气系统几乎不存在发生漏气的可能性。另一方面，天然气比空气轻，天然气不会积聚在发动机周围形成点火源。天然气的爆炸极限浓度范围在5％-15％，它的闪点比汽油、柴油高出15％-33％，因而它比汽油、柴油更难点燃。国外已经过多次汽车撞击、火焰烧烤等实验表明，CNG是一种相当安全的汽车燃料。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

某一沼气

规模：处理天然气气量500Nm³/hr

天然气成份及温度压力见表1。

表1

成份	单位	规格
			甲烷	Vol.％	60
CO₂	Vol.％	40
			含硫成份(以S计)	ppm	1000
压力		常压
			温度		常温

工艺参数及脱硫要求

(1)总硫(以S计)：≤10ppm；

(2)CO₂：≤3(V％)

一种资源利用率高且环保效果好的天然气脱硫组合工艺，工艺简图如图1所示，该工艺包括以下步骤：

(1)干法脱硫

从沼气池来的沼气经过风机增压至0.08MPa(G)送进干法脱硫系统。

该工艺采用两塔串/并联操作。脱硫工程开工时，可先开第一塔，待第一塔出口硫含量接近指标时与第二塔串联，在第二塔出口硫含量接近指标前，应预留一定时间停第一塔更换脱硫剂。更换后第一塔作为新第二塔，第二塔作为第一塔，循环使用。从而既可保证脱硫产品气的质量，又可保证脱硫剂的硫容。脱硫剂更换可在不停车的条件下进行。

氧是本技术脱硫反应必需的反应物。实验和工业使用证实含氧量多少直接影响脱硫剂脱硫效果。系统无氧时本脱硫剂不能氧化脱硫。加氧气源可采用钢瓶补氧，用流量计控制加氧量。加氧管线上，在空气与原料气汇合前设一止逆阀，防止原料气逆流入空气管。以H₂S含量为1000ppm计，补氧量1.0Nm³/h(如补空气则补空气量为5.0Nm³/h)，此时氧含量为0.2％(V％)，脱硫反应后氧含量小于0.15％，远离爆炸极限，可保证安全运行。

气体进入脱硫塔前应进行气液分离，不允许有液态水及油等带入脱硫剂床层，以免影响脱硫剂使用效率。为避免饱和水进入脱硫剂床层，原料气由塔底进入，从塔顶出脱硫塔。整套脱硫设备采用撬装式。

(2)PSA脱碳

原料沼气经压缩机升压到1.6MPa(G)，然后通过PSA提纯工序，提纯出来的天然气压力大于1.5MPa(G)送出。

PSA提纯天然气工序由六个吸附塔组成，其工作过程包括：吸附、均压降压、顺放、逆放、冲洗、均压升压、产品升压等步骤组成，分别简述如下：

1)吸附过程

压力为1.6MPa(G)的沼气自压缩来，自塔底进入正处于吸附状态的吸附塔内。在多种吸附剂的依次选择吸附下，其中的CO₂、H₂O、H₂S等杂质被吸附下来。未被吸附的CH₄作为产品天然气从塔顶流出。天然气产品中CO₂含量小于3％，天然气压力大于1.5MPa(G)。当被吸附杂质的传质区前沿(称为吸附前沿)到达床层出口预留段时，关掉该吸附塔的原料气进料阀和产品气出口阀，停止吸附。吸附床开始转入再生过程。

2)均压降压过程

这是在吸附过程结束后，顺着吸附方向将塔内的较高压力的CH₄放入其它已完成再生的较低压力吸附塔的过程。该过程不仅是降压过程，更是回收床层死空间CH₄的过程，本工艺共包括了连续2次的均压降压过程。

3)顺放过程

这是在均压降压结束后，首先顺着吸附方向将吸附塔顶部的产品CH₄快速回收进顺放气缓冲罐的过程，这部分CH₄将用作吸附剂的再生气源。

4)逆放过程

在顺放过程结束后，吸附前沿已达到床层出口。这时，逆着吸附方向将吸附塔压力降至常压，此时被吸附的杂质开始从吸附剂中大量解吸出来。

5)冲洗过程

在逆放过程全部结束后，为使吸附剂得到彻底的再生，用产品气对吸附床层进行冲洗，进一步降低杂质组分的分压，使吸附剂得以彻底再生。

6)均压升压过程

在再生过程完成后，用来自其它吸附塔的较高压力CH₄依次对该吸附塔进行升压。这一过程与均压降压过程相对应，不仅是升压过程，而且更是回收其它塔的床层死空间CH₄的过程。本工艺共包括了连续2次均压升压。

7)产品气升压过程

在均压升压过程完成后，为了使吸附塔可以平稳地切换至下一次吸附并保证产品纯度在这一过程中不发生波动，需要通过升压调节阀缓慢而平稳地用产品CH₄将吸附塔压力升至吸附压力。经这一过程后吸附塔便完成了一个完整的“吸附——再生”循环，又为下一次吸附做好了准备。

六个吸附塔交替进行以上的吸附、再生操作即可实现气体的连续分离与提纯。

(3)压缩储存加气

经脱硫脱碳后的天然气经天然气压缩机从1.5MPa(G)压缩至25MPa(G)后送入高压储气瓶组。高压储气瓶采用分级储气系统。分级储存采用三级储气，即将储气容器分为高压、中压、低压三组。压缩机启动充气时，先对高压组容器充气。当压力达到22MPa(G)时，关闭高压组，转而对中压组容器充气。当压力也达到22MPa(G)时，关闭中压组，转而对低压组容器充气。当压力也达到22MPa(G)时，压缩机停止口。对车辆加气时，先用低压组容器，其次是中压组容器，最后是高压组。分级储气系统的工作由程序自动控制，比单级储气系统复杂，一般来说，体积也要大些，但是储气系统中的压缩天然气利用率达到30％，有的甚至达到58％。

Claims

1.一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

(1)脱硫：从沼气池来的沼气经风机增压送干法脱硫系统，通过脱硫剂的作用将H₂S转变成为悬浮的单质硫，经净化后得到去除硫化物的沼气；

2.根据权利要求1所述的一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，其特征在于，步骤(1)所述的沼气为以禽畜粪便、作物秸秆、食品加工废物废水和/或酒精废料的有机物发酵产生的沼气，其主要组成包括CH₄、CO₂及H₂S。

3.根据权利要求1所述的一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，其特征在于，步骤(1)所述的脱硫剂为商品化的高硫容干法脱硫剂。

4.根据权利要求1或3所述的一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，其特征在于，所述的脱硫剂选自大连普瑞特化工的高效脱硫剂3018-JT。

5.根据权利要求1所述的一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，其特征在于，步骤(1)所述的脱硫系统中加入氧气，氧是本技术脱硫反应必需的反应物。脱硫反应前氧气的含量为0.15～0.25v％，脱硫反应后氧气的含量小于0.15v％。

6.根据权利要求1所述的一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的变压吸附的过程包括吸附、均压降压、顺放、逆放、冲洗、均压升压、产品升压步骤。

7.根据权利要求1所述的一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，其特征在于，步骤(2)中所述的变压吸附的操作压力1.0 MPa (G)～3.0 MPa (G)。

8.根据权利要求1所述的一种利用沼气制取车用压缩天然气的工艺，其特征在于，步骤(3)中所述的压缩天然气中硫含量(总硫，以硫计)≤10ppm(V％)，CO₂≤3v％。