填埋气体提纯制作液化天然气技术应用

 

填埋气体提纯制作液化天然气技术应用

广州环保投资集团有限公司,广州环投环境服务有限公司,广东中油燃气有限公司

作者:杨一清,杨为雄,柯文周,齐 勇,代洪国

邮箱:yangyiqing@gzepi.com.cn
【基本情况】

广州兴丰生活垃圾卫生填埋场(以下简称“兴丰场”)在引进石油天然气提纯液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)技术的基础上,采用建设-拥有-经营(BOO)的投资建设运营模式,针对填埋气体的特有组成成分,成功自主研发了“填埋气体提纯制作液化天然气技术”。项目占地约12 000 m2,总投资1.1亿元,2020年11月出液进入试生产,2021年7月通过环保验收并取得充装证,8月正式投产,每天提纯制LNG 71.43 t(相当于天然气1.0×105 m3/d)。该项目是目前我国第1个生活垃圾卫生填埋场填埋气提纯制LNG的成功案例,主要采用了“填埋气体预处理(提纯)和液化”工艺,项目还攻克了络合铁湿法脱硫、真空变压吸附及甲基二乙醇胺(MDEA)脱二氧化碳、混合冷剂制冷液化等几项核心技术,项目投产后不仅有效解决了填埋场臭气扰民和环境污染问题,大幅减少了填埋场碳排放,而且还取得了很好的经济效益。广州兴丰生活垃圾卫生填埋场填埋气制LNG项目现场如图1所示。

【技术/案例原理及技术路线】

该项目工艺流程包括预脱硫净化、变压吸附提纯、精脱硫、精脱氧、精脱二氧化碳、液化、装车等。主工艺流程包括填埋气体预处理和液化工艺(图2)。

(1)预处理工艺。填埋气体预处理工艺主要是脱除原料气中所含的固体杂质、酸性气体(CO2、H2S)、氧、水和重烃。

脱硫单元:本项目含H2S填埋气直接采用“络合铁湿法脱硫工艺”处理。含H2S(约0.03%)的填埋气原气,从前端集气站经轴流鼓风机加压至7 kPa后输送至工厂界区,经入口过滤器去除气体中夹带的固体杂质,再经过罗茨风机增压至53 kPa左右,冷却后进入水洗塔,进一步洗去气体中夹带的粉尘及水溶性杂质后,进入多级喷淋吸收塔,气体通过逆流接触,使H2S与溶液中的Fe3+反应生产单质硫,Fe3+反应后被还原为Fe2+,Fe2+经过泵进入氧化塔,与通入的氧气发生氧化反应生成Fe3+,再通过泵打回喷淋吸收塔循环。此过程将填埋气中的H2S从0.03%脱除至0.001%以下,低H2S含量的填埋气,经水洗塔进一步清洗气体中夹带的硫磺颗粒后,通过水洗塔顶部的丝网去除游离水,进入下一工序的增压、变温吸附(TSP)及变压吸附(VASP)粗脱二氧化碳单元。

增压&变压吸附脱碳单元:经脱硫单元后的低H2S填埋气经压缩机加压后,通过变温吸附预处理装置脱除水、烃类及其他含臭杂质后,进入变压吸附装置粗脱二氧化碳。变温吸附装置吸附饱和后需要再生,再生气体来自液化单元的脱氮塔及装车过程中产生的蒸发气。变压吸附通过真空泵抽真空完成吸附饱和后的再生过程。

精脱氧及精脱硫单元:经变压吸附粗脱碳后的填埋气成分接近合格的天然气,甲烷约占89%、氧1.6%、二氧化碳2.5%。氧通过脱氧塔内的钯合金催化剂后,在280 ℃温度环境下与甲烷反应,工艺气经脱氧后,氧含量约0.005%,符合国家安全标准。H2S经变压吸附已经完全脱除,但由于H2S会使后续脱氧塔催化剂中毒,因此脱氧塔前端设置了干法脱H2S塔。

二次增压单元:考虑到精脱二氧化碳的效率以及后面液化的最佳压力,此工艺在脱氧后设置了二次增压装置,将压力增至5 MPa。

甲基二乙醇胺(以下简称“胺液”)精脱碳单元:由于变压吸附粗脱碳及脱氧反应后均存在一定量的二氧化碳,需进一步精脱,避免对后续的液化造成影响。精脱二氧化碳采用胺液脱二氧化碳工艺,高压气体从吸收塔底部进入,贫胺液溶液通过贫胺液泵输送至塔顶,通过喷淋逆流接触及塔内的规整填料,使气体与贫胺液充分接触,二氧化碳被充分吸收。吸收二氧化碳后的富胺溶液在塔的压力下自流至再生塔再生,再生后的贫胺液通过贫胺液泵打至喷淋吸收塔完成循环。此工艺为可逆循环工艺,使用加热解析再生,再生热量来自装置孤岛发电厂的烟气余热。为避免二氧化碳堵塞液化单元冷箱,精脱碳后的气体中二氧化碳含量控制在0.005%以下。

(2)混合制冷液化工艺。本工艺采用混合制冷工艺,N2、CH4、C2H4、iC4H10作为液化所需的制冷剂,通过各组分的气-液相变及节流膨胀的控制,使每种组分在CH4液化的不同阶段提供不同的温度,调节制冷剂的组分,可以使制冷效率得到显著提升。
【技术/案例特点】

(1)工艺特点:全国唯一一个采用多级分离和自发电工艺的同类装置,全国第1个使用填埋气提纯制LNG的成功案例。

(2)设备国产化率:全部设备国产化率达到99%,设备造价只有国外进口设备的50%。

(3)产品质量:本项目所生产的LNG产品经过第三方资质单位SGS检测,甲烷含量达到99.16%,高位热值为36 810 kJ/m3(稍低于石油天然气热值的10%),用途与石油天然气一样。

(4)安全保障:全厂共安装了110个气体泄漏和火灾检测探头,一旦发现气体泄漏和火情,可实现自动关闭气体输送阀门,防止气体爆炸等安全事故的发生

【长效运行模式与机制】

业主单位广州环投环境服务有限公司通过公开招标的方式,与广东中油燃气有限公司签订《兴丰生活垃圾应急填埋场填埋气提纯制LNG项目(沼气处理设施)合作合同》,广东中油燃气有限公司负责设施的投资、设计建设、运营维护及LNG产品销售,广州环投环境服务有限公司负责填埋气的收集和输送、运营监管,双方收益按一定比例从LNG销售收入中分成。合同期限为10 a,合同期满后,根据气体的质量和产量再讨论是否续签合同。项目在双方的共同商议下,根据相关的法律法规及行业规范,达成了安全高效共同管理运营机制,确保项目的环保及安全稳定运营

【经济、环境及社会效益】

(1)经济效益:相比较传统的填埋气发电和提纯制压缩天然气(CNG)项目,该项目经济效益优势显著,2021年LNG销售收入超过5 000万元,2022年预计LNG销售收入超过1亿元。

(2)环境效益:该项目每天处理3.0×105 m3填埋气体,尾气达标排放,不仅有效解决了兴丰场场内臭气污染环境问题,而且每年至少可回收21 000 t甲烷,相当于减少4.62×105 t温室气体二氧化碳的排放。

(3)社会效益:该项目彻底解决了兴丰场臭气扰民的社会问题,为我国生活垃圾卫生填埋场填埋气体的无害化处理、资源化利用提供了一套成功的、科学的解决方案。

 

来源:环境卫生工程

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创建时间:2023-01-11 10:32
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