本發(fā)明涉及一種自動(dòng)的以高值氣體丙烷與生物天然氣混合的方式提高商品生物天然氣熱值的技術(shù)，屬于清潔能源技術(shù)范疇。

背景技術(shù)：

沼氣是一種可再生的清潔能源，其典型的組分、熱值及燃燒特性參數(shù)如下。體積含量：CH4為61.28％；CO₂為38.09％；H₂S及其他組分為0.63％；高位熱值23.90MJ/m³；低位熱值21.55MJ/m³；華白指數(shù)24.59MJ/m³；燃燒勢(shì)18.52；氣體密度1.22kg/m³。

常規(guī)天然氣有三大類別：管輸天然氣、壓縮天然氣、液化天然氣。管輸天然氣與壓縮天然氣組分及相關(guān)的燃燒特性一致，所以行業(yè)習(xí)慣上只把常規(guī)天然氣分為管輸天然氣和液化天然氣兩大類。兩類天然氣典型的組分、熱值及燃燒特性參數(shù)分別如下：

管輸天然氣：CH₄為96.27％；C₂以上高熱值碳?xì)浠衔餁怏w2.33；N₂及其他組分為1.4％；高位熱值40.27MJ/m³；低位熱值36.36MJ/m³；華白指數(shù)52.99MJ/m³；燃燒勢(shì)39.85。

液化天然氣：CH₄為88.77％；C₂以上高熱值碳?xì)浠衔餁怏w11.14；N₂及其他組分為0.09％；高位熱值44.61MJ/m³；低位熱值40.39MJ/m³；華白指數(shù)56.05MJ/m³；燃燒勢(shì)41.85。

對(duì)比沼氣、管輸天然氣、液化天然氣的基本參數(shù)、特性數(shù)據(jù)可以看出，無論是與管輸天然氣還是與液化天然氣相比較，沼氣的熱值、華白指數(shù)、燃燒勢(shì)、密度等參數(shù)，都與其存在較大差異，兩種氣體不具備互換性，不能直接替代。

沼氣中的CO₂組分含量高是造成上述差異的最根本的原因。按照“國(guó)標(biāo)”要求，每一類別的天然氣均允許其組分(熱值、華白指數(shù)、燃燒勢(shì))有一定幅度的變化，雜質(zhì)含量有一定的許可范圍。也就是說，這種變化和含量范圍只要在“國(guó)標(biāo)”所規(guī)定的范圍內(nèi)即可。對(duì)沼氣進(jìn)行深度凈化處理，使CO₂組分體積含量低于3.0％(國(guó)標(biāo)要求值)，并脫除掉其他雜質(zhì)，比如水分、H₂S組分等，使其各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱“國(guó)際”)要求，則沼氣實(shí)際上就已成為真正意義上的天然氣(簡(jiǎn)稱生物天然氣)。

然而，生物天然氣低位熱值一般低于35MJ/m³，熱值普遍比管道天然氣和液化天然氣低，原因是由于生物天然氣中有效成分中缺少乙烷、丙烷等C₂以上高熱值碳?xì)浠衔餁怏w。在需要高熱值和對(duì)熱值敏感的領(lǐng)域，由沼氣深度凈化得來的生物天然氣與常規(guī)天然氣互換使用，熱值就不夠的弊端就顯現(xiàn)了出來。

丙烷來源廣、儲(chǔ)存量大、便于運(yùn)輸儲(chǔ)存的高熱值氣體。其熱值是甲烷的2.5倍，熔點(diǎn)達(dá)-187.6℃、-42.09℃。在常溫下，丙烷在不高于20MPa壓力下(壓縮天然氣使用壓力范圍) 沒有凝固，在不高于0.5MPa壓力下(管道天然氣使用壓力范圍)內(nèi)沒有液化，少量丙烷存在管道天然氣和壓縮天然氣中不會(huì)引起管道的堵塞現(xiàn)象。少量丙烷與生物天然氣混合正好可以彌補(bǔ)生物天然氣中缺少的乙烷、丙烷等C₂以上高熱值碳?xì)浠衔餁怏w的缺陷，提高生物天然氣熱值，使生物天然氣在與常規(guī)天然氣互換時(shí)滿足熱敏感和高熱值用戶的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是提供一種自動(dòng)化程度高的丙烷與生物天然氣混合技術(shù)。

為解決生物天然氣熱值低的技術(shù)問題，本發(fā)明采用丙烷和生物天然氣混合得到高熱值的商品生物天然氣。

生物天然氣由有機(jī)廢棄物生物厭氧發(fā)酵所得的沼氣深度凈化處理出去CO₂、水分、H₂S組分而得來。

生物天然氣甲烷體積分?jǐn)?shù)高于96％，二氧化碳百分?jǐn)?shù)不高于3％，缺少乙烷、丙烷等高碳?xì)怏w，低位熱值低于35MJ/m³。

商品生物天然氣低位熱值高于35.5MJ/m³，丙烷體積百分比低于3％。

商品生物天然氣是在常溫下，在壓力小于0.5MPa的條件下通過管道輸送或者在壓力小于20MPa的條件下通過壓縮方式儲(chǔ)存輸送。

商品生物天然氣用于車載、化工等需要高熱值和對(duì)熱值敏感領(lǐng)域與管輸天然氣互換。

丙烷與生物天然氣混合過程在氣體混合裝置內(nèi)完成；混合裝置通過PID系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

PID系統(tǒng)通過生物天然氣流量調(diào)節(jié)閥1、丙烷流量調(diào)節(jié)閥2、商品生物天然氣流量計(jì)、熱值儀聯(lián)動(dòng)，以調(diào)節(jié)丙烷和生物天然氣流量比例的方式實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

附圖說明

圖1為丙烷與生物天然氣混合工藝流程圖

具體實(shí)施方式

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由丙烷儲(chǔ)存罐、生物天然氣儲(chǔ)存柜、流量控制閥、熱值儀、流量計(jì)等組成。

生物天然氣與丙烷分別從丙烷儲(chǔ)存裝置和生物天然氣儲(chǔ)存柜流出，經(jīng)穩(wěn)壓后分進(jìn)入丙烷流量調(diào)節(jié)閥1和生物天然氣流量調(diào)節(jié)閥2；兩種氣體在氣體混合裝置混合。在混合裝置出口 后端分別安裝熱值儀和氣體流量計(jì)監(jiān)測(cè)商品生物天然氣(混合后的氣體)的熱值和流量。整個(gè)系統(tǒng)由PID控制。

PID系統(tǒng)中通過熱值儀發(fā)出信號(hào)控制丙烷流量控制閥調(diào)節(jié)丙烷流量大小，通過商品生物天然氣流量計(jì)發(fā)出信號(hào)控制生物天然氣流量控制閥調(diào)節(jié)生物天然氣大小，以控制丙烷和生物天然氣流量比例的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)商品生物天然氣的流量和熱值的控制。

當(dāng)商品生物天然氣熱值觸及低位值臨界點(diǎn)時(shí)，PID系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)調(diào)大控制閥1增大丙烷流量；當(dāng)商品生物天然氣熱值觸及高位臨界點(diǎn)時(shí)，PID系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)調(diào)小控制閥1減小丙烷流量。當(dāng)商品生物天然氣流量觸及低位臨界點(diǎn)時(shí)，PID系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)調(diào)大控制閥2增大生物天然氣的流量；當(dāng)商品天然氣流量觸及高位臨界點(diǎn)時(shí)，PID系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)調(diào)小控制閥2減小商品生物天然氣流量。

丙烷熱值和流量、生物天然氣熱值和流量、商品生物天然氣熱值和流量存在以下邏輯關(guān)系。

設(shè)丙烷熱值為常數(shù)A，流量為x；生物天然氣熱值為常數(shù)B，流量為y；商品生物天然氣熱值為C，流量為z。則：

Ax+By＝Cz

x+y＝z；

在PID系統(tǒng)中，首先通過熱值計(jì)量?jī)x測(cè)出生物天然氣和丙烷的熱值A(chǔ)、B，作為常數(shù)輸入系統(tǒng)；再設(shè)定商品氣熱值C和流量x的變化范圍作為參數(shù)輸入系統(tǒng)。通過帶傳感信號(hào)的控制閥1、控制閥2、流量計(jì)和熱值計(jì)量?jī)x聯(lián)動(dòng)控制丙烷流量x和生物天然氣流量y，以控制丙烷和生物天然氣流量比例的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行并保障商品生物天然氣的質(zhì)量。

自動(dòng)的丙烷與生物天然氣混合技術(shù)的應(yīng)用

某日產(chǎn)30000Nm3/d生物天然氣加工廠生產(chǎn)的沼氣提純后，其組分如表一所示，由于其有效可燃組分主要是甲烷，缺少C2、C3組分，其低位熱值僅有34.8MJ/m³。該工廠計(jì)劃將該清潔可再生的生物天然氣與管道天然氣互換作為天然氣出租車的氣源。由于燃?xì)獬鲎廛嚨陌l(fā)動(dòng)機(jī)是按管道天然氣設(shè)計(jì)的，管道天然氣熱值為36.3MJ/m³，試用時(shí)發(fā)現(xiàn)未加丙烷的生物天然氣代替管道天然氣后，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足現(xiàn)象。

表一生物天然氣成分表

為克服發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足，應(yīng)用本發(fā)明。將體積分?jǐn)?shù)不超過3％的丙烷(低位熱值85.9MJ/m ³)和生物天然氣混合，把商品生物天然氣低位熱值提高到36MJ/m³。具體方案如下：

設(shè)置生物天然氣熱值為常數(shù)34.8MJ/m³，流量為x；丙烷熱值為常數(shù)85.9MJ/m³，流量為y；混合后氣體熱值變動(dòng)為35.9～36.1MJ/m³(熱值波動(dòng)±0.1MJ/m³)，流量為1237.5～1262.5m ³/h(流量波動(dòng)±1％)。各參數(shù)間符合以下關(guān)系：

34.8x+85.9y＝35.9～36.1

x+y＝35.9～36.1；

PID系統(tǒng)中，當(dāng)成品氣熱值觸及35.9MJ/m³時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)增大丙烷流量計(jì)2流量；當(dāng)成品氣熱值觸及36.1MJ/m³時(shí)，減小丙烷流量計(jì)2的流量。當(dāng)成品氣流量觸及1237.5m³/h時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)增大生物天然氣的流量；當(dāng)成品氣流量觸及1262.5m³/h時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)減小成品氣流量。

應(yīng)用本發(fā)明后，生物天然氣的熱值由原來相當(dāng)與常規(guī)天然氣的95.9％提高到99.1％，熱值與常規(guī)天然氣已經(jīng)非常接近。與丙烷混合后的商品生物天然氣代替常規(guī)天然氣作為天然氣出租車的氣源，動(dòng)力不足的問題得到有效解決。