CN106147903A - 自动的丙烷与生物天然气混合技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于提高商品生物天然气热值的自动控制的丙烷与生物天然气混合技术，即通过PID系统将高热值的丙烷和低热值的生物天然气混合，得到与管输天然气热值接近的商品生物天然气，以解决生物天然气在车用、化工领域中与常规天然气相互交换使用时热值不足的缺陷。本发明充分利用了充分利用丙烷高热值、不易固化、易气化的特性，将丙烷与生物天然气，提高生物天然气的热值，以满足生物天然气在车载、化工等对热值敏感领域的应用，同时符合环境保护、清洁能源要求。推广和应用本发明可满足商品生物天然气和常规天然气的互换，实现生物天然气的高热量、高价值利用，有利于生物天然气事业的发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动的以高值气体丙烷与生物天然气混合的方式提高商品生物天然气热值的技术，属于清洁能源技术范畴。
背景技术
沼气是一种可再生的清洁能源，其典型的组分、热值及燃烧特性参数如下。体积含量：CH4为61.28％；CO2为38.09％；H2S及其他组分为0.63％；高位热值23.90MJ/m3；低位热值21.55MJ/m3；华白指数24.59MJ/m3；燃烧势18.52；气体密度1.22kg/m3。
常规天然气有三大类别：管输天然气、压缩天然气、液化天然气。管输天然气与压缩天然气组分及相关的燃烧特性一致，所以行业习惯上只把常规天然气分为管输天然气和液化天然气两大类。两类天然气典型的组分、热值及燃烧特性参数分别如下：
管输天然气：CH4为96.27％；C2以上高热值碳氢化合物气体2.33；N2及其他组分为1.4％；高位热值40.27MJ/m3；低位热值36.36MJ/m3；华白指数52.99MJ/m3；燃烧势39.85。
液化天然气：CH4为88.77％；C2以上高热值碳氢化合物气体11.14；N2及其他组分为0.09％；高位热值44.61MJ/m3；低位热值40.39MJ/m3；华白指数56.05MJ/m3；燃烧势41.85。
对比沼气、管输天然气、液化天然气的基本参数、特性数据可以看出，无论是与管输天然气还是与液化天然气相比较，沼气的热值、华白指数、燃烧势、密度等参数，都与其存在较大差异，两种气体不具备互换性，不能直接替代。
沼气中的CO2组分含量高是造成上述差异的最根本的原因。按照“国标”要求，每一类别的天然气均允许其组分(热值、华白指数、燃烧势)有一定幅度的变化，杂质含量有一定的许可范围。也就是说，这种变化和含量范围只要在“国标”所规定的范围内即可。对沼气进行深度净化处理，使CO2组分体积含量低于3.0％(国标要求值)，并脱除掉其他杂质，比如水分、H2S组分等，使其各项指标符合国家标准(以下简称“国际”)要求，则沼气实际上就已成为真正意义上的天然气(简称生物天然气)。
然而，生物天然气低位热值一般低于35MJ/m3，热值普遍比管道天然气和液化天然气低，原因是由于生物天然气中有效成分中缺少乙烷、丙烷等C2以上高热值碳氢化合物气体。在需要高热值和对热值敏感的领域，由沼气深度净化得来的生物天然气与常规天然气互换使用，热值就不够的弊端就显现了出来。
丙烷来源广、储存量大、便于运输储存的高热值气体。其热值是甲烷的2.5倍，熔点达-187.6℃、-42.09℃。在常温下，丙烷在不高于20MPa压力下(压缩天然气使用压力范围) 没有凝固，在不高于0.5MPa压力下(管道天然气使用压力范围)内没有液化，少量丙烷存在管道天然气和压缩天然气中不会引起管道的堵塞现象。少量丙烷与生物天然气混合正好可以弥补生物天然气中缺少的乙烷、丙烷等C2以上高热值碳氢化合物气体的缺陷，提高生物天然气热值，使生物天然气在与常规天然气互换时满足热敏感和高热值用户的要求。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种自动化程度高的丙烷与生物天然气混合技术。
为解决生物天然气热值低的技术问题，本发明采用丙烷和生物天然气混合得到高热值的商品生物天然气。
生物天然气由有机废弃物生物厌氧发酵所得的沼气深度净化处理出去CO2、水分、H2S组分而得来。
生物天然气甲烷体积分数高于96％，二氧化碳百分数不高于3％，缺少乙烷、丙烷等高碳气体，低位热值低于35MJ/m3。
商品生物天然气低位热值高于35.5MJ/m3，丙烷体积百分比低于3％。
商品生物天然气是在常温下，在压力小于0.5MPa的条件下通过管道输送或者在压力小于20MPa的条件下通过压缩方式储存输送。
商品生物天然气用于车载、化工等需要高热值和对热值敏感领域与管输天然气互换。
丙烷与生物天然气混合过程在气体混合装置内完成；混合装置通过PID系统实现自动控制。
PID系统通过生物天然气流量调节阀1、丙烷流量调节阀2、商品生物天然气流量计、热值仪联动，以调节丙烷和生物天然气流量比例的方式实现整个系统的自动控制。
附图说明
图1为丙烷与生物天然气混合工艺流程图
具体实施方式
如图1所示，整个系统由丙烷储存罐、生物天然气储存柜、流量控制阀、热值仪、流量计等组成。
生物天然气与丙烷分别从丙烷储存装置和生物天然气储存柜流出，经稳压后分进入丙烷流量调节阀1和生物天然气流量调节阀2；两种气体在气体混合装置混合。在混合装置出口 后端分别安装热值仪和气体流量计监测商品生物天然气(混合后的气体)的热值和流量。整个系统由PID控制。
PID系统中通过热值仪发出信号控制丙烷流量控制阀调节丙烷流量大小，通过商品生物天然气流量计发出信号控制生物天然气流量控制阀调节生物天然气大小，以控制丙烷和生物天然气流量比例的方式实现对商品生物天然气的流量和热值的控制。
当商品生物天然气热值触及低位值临界点时，PID系统发出信号调大控制阀1增大丙烷流量；当商品生物天然气热值触及高位临界点时，PID系统发出信号调小控制阀1减小丙烷流量。当商品生物天然气流量触及低位临界点时，PID系统发出信号调大控制阀2增大生物天然气的流量；当商品天然气流量触及高位临界点时，PID系统发出信号调小控制阀2减小商品生物天然气流量。
丙烷热值和流量、生物天然气热值和流量、商品生物天然气热值和流量存在以下逻辑关系。
设丙烷热值为常数A，流量为x；生物天然气热值为常数B，流量为y；商品生物天然气热值为C，流量为z。则：
Ax+By＝Cz
x+y＝z；
在PID系统中，首先通过热值计量仪测出生物天然气和丙烷的热值A、B，作为常数输入系统；再设定商品气热值C和流量x的变化范围作为参数输入系统。通过带传感信号的控制阀1、控制阀2、流量计和热值计量仪联动控制丙烷流量x和生物天然气流量y，以控制丙烷和生物天然气流量比例的方式实现系统自动运行并保障商品生物天然气的质量。
自动的丙烷与生物天然气混合技术的应用
某日产30000Nm3/d生物天然气加工厂生产的沼气提纯后，其组分如表一所示，由于其有效可燃组分主要是甲烷，缺少C2、C3组分，其低位热值仅有34.8MJ/m3。该工厂计划将该清洁可再生的生物天然气与管道天然气互换作为天然气出租车的气源。由于燃气出租车的发动机是按管道天然气设计的，管道天然气热值为36.3MJ/m3，试用时发现未加丙烷的生物天然气代替管道天然气后，出现发动机动力不足现象。
表一生物天然气成分表
为克服发动机动力不足，应用本发明。将体积分数不超过3％的丙烷(低位热值85.9MJ/m 3)和生物天然气混合，把商品生物天然气低位热值提高到36MJ/m3。具体方案如下：
设置生物天然气热值为常数34.8MJ/m3，流量为x；丙烷热值为常数85.9MJ/m3，流量为y；混合后气体热值变动为35.9～36.1MJ/m3(热值波动±0.1MJ/m3)，流量为1237.5～1262.5m 3/h(流量波动±1％)。各参数间符合以下关系：
34.8x+85.9y＝35.9～36.1
x+y＝35.9～36.1；
PID系统中，当成品气热值触及35.9MJ/m3时，系统发出信号增大丙烷流量计2流量；当成品气热值触及36.1MJ/m3时，减小丙烷流量计2的流量。当成品气流量触及1237.5m3/h时，系统发出信号增大生物天然气的流量；当成品气流量触及1262.5m3/h时，系统发出信号减小成品气流量。
应用本发明后，生物天然气的热值由原来相当与常规天然气的95.9％提高到99.1％，热值与常规天然气已经非常接近。与丙烷混合后的商品生物天然气代替常规天然气作为天然气出租车的气源，动力不足的问题得到有效解决。
Claims (8)
1.一种自动的丙烷与生物天然气混合技术，其特征在于利用高热值的丙烷和生物天然气混合提高商品生物天然气热值。
2.根据权利要求1所述的自动的丙烷与生物天然气混合技术，其特征在于：所述生物天然气由有机废弃物生物厌氧发酵所得的沼气深度净化处理去除CO2、水分、H2S等组分得来。
3.根据权利要求2所述的生物天然气，其特征在于：所述生物天然气甲烷体积百分数高于96％，CO2百分数不高于3％，缺少乙烷、丙烷等高碳组分气体，低位热值低于35MJ/m3。
4.根据权利要求1所述的自动的丙烷与生物天然气混合技术，其特征在于：所述商品生物天然气低位热值高于35.5MJ/m3，丙烷体积百分比低于3％。
5.根据权利要求4所述的商品生物天然气，其特征在于：所述商品生物天然气是在常温下，在压力小于0.5MPa的条件下通过管道输送或在压力小于20MPa的条件下通过压缩方式储存输送。
6.根据权利要求5所述的商品生物天然气，其特征在于：所述商品非常规天然气用于车载、化工等对热值敏感领域。
7.根据权利要求1所述自动的丙烷与生物天然气混合技术，其特征在于：所述混合过程在气体混合装置内完成；所述混合装置通过PID系统实现自动控制。
8.根据权利要求7所述的PID系统，其特征在于：所述PID系统通过生物天然气流量调节阀1、丙烷流量调节阀2、商品生物天然气流量计、热值仪联动，以调节丙烷和生物天然气流量比例的方式实现整个系统的自动控制。
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