1 概述

沼氣需要經過凈化提純，達到天然氣的氣質標準后才可并入天然氣管網(wǎng)，根據(jù)分離原理的不同，沼氣提純方法可分為：吸附法、吸收法、膜分離法、低溫分離法等

。當前加壓水洗法、化學吸收法、PSA法和膜分離法等技術已經實現(xiàn)了商業(yè)化應用。水洗法是最常見的沼氣凈化方法

，該方法的原理是利用CO

和H

S在水中的溶解度遠大于甲烷而實現(xiàn)分離。采用高壓水洗滌所獲得的甲烷純度可以達到96%以上

。水洗法的突出優(yōu)勢是在整個過程中不需要化學品。胺洗法是一種化學吸收方法，該方法的原理是將CO

和H

S的化學鍵合到有機洗滌劑上。在化學吸收過程中，通常使用不同的鏈烷醇胺溶液和乙醇胺水混合物作為吸收劑來分離CO

。PSA法即變壓吸附法，根據(jù)不同壓力下吸附劑對不同氣體吸附能力的不同，實現(xiàn)沼氣中CO

和CH

的分離，常用的吸附劑有活性炭、分子篩和硅膠等。

這些方法中，胺洗法和水洗法甲烷回收率高，能耗低，但需定期補充溶劑，并對污水排放有較高要求；PSA法和膜分離法集成度高，運輸安裝簡單。胺洗法和水洗法適用于規(guī)模較大的工程，而膜分離法和PSA法適用于中小規(guī)模的工程。在實際應用中，生物天然氣工程還需根據(jù)自身的特點選擇合適的技術。低溫分離法

是利用沼氣中甲烷和二氧化碳沸點的顯著差異，在低溫條件下將二氧化碳轉變?yōu)橐后w或固體，并使甲烷依然保持為氣相，從而實現(xiàn)二者的分離。低溫分離法可以得到純度極高的二氧化碳和甲烷，但是將沼氣冷卻到-80 ℃以下，需要消耗大量的能量，能耗高，所以一般不采用。

另一方面，天然氣的長輸管道均采用高壓輸送，高壓天然氣管道中蘊藏著巨大的壓力能。在輸送給城市配氣管網(wǎng)時，需要降壓，目前通常采用調壓器降壓，當壓降較大時，為了彌補焦耳-湯姆遜效應帶來的溫降，還需要在調壓前對輸送介質加熱，不僅高壓管道的壓力能被浪費了，還需要額外消耗能源。在降壓過程中，天然氣溫度降低，產生冷能。目前常用

的壓力能回收利用方式包括壓力能發(fā)電及壓力能制冷兩大類， 主要用于發(fā)電、制冰、冷水空調、燃氣輪機進氣冷卻、天然氣脫水及其液化、制取干冰及液態(tài) CO

、輕烴分離、LNG及天然氣水合物(NGH)調峰、橡膠粉碎和冷庫等領域

?，F(xiàn)代化城市天然氣基礎設施完善，城區(qū)及周邊一般都建有許多天然氣調壓設施，在需要將城市有機廢棄物發(fā)酵產生的沼氣提純成生物天然氣且并入天然氣管網(wǎng)的情況下，恰好可以利用高壓天然氣中蘊含的壓力能，在調壓站完成沼氣提純和并網(wǎng)過程。

本文提出了一種利用高壓天然氣管道壓力能提純沼氣的工藝，使用HYSYS軟件進行了模擬及敏感性分析，解決了沼氣低溫法提純成本高、能量消耗大以及高壓天然氣調壓過程能源浪費的問題。

② 天然氣進口壓力對單位能耗的影響

2 工藝描述

① 原料氣參數(shù)

本文所提流量均為壓力為101.3 kPa，溫度為0 ℃的標準狀態(tài)下的流量。文中壓力均指絕對壓力。

假定通過管道從沼氣廠輸送而來的待處理沼氣壓力為0.2 MPa，溫度為25 ℃，流量為30×10

m

/d。待處理沼氣的CH

、CO

、N

摩爾分數(shù)分別為0.635、0.350、0.015。天然氣調壓站進口壓力為4 MPa，出口壓力為0.4 MPa，進口溫度為15 ℃，流量為100×10

m

/d。天然氣組成見表1。

② 工藝流程描述

利用高壓天然氣管道壓力能提純沼氣的工藝流程見圖1。高壓管道天然氣經第1臺天然氣膨脹機K-100膨脹至1.6 MPa后，進入第2臺天然氣膨脹機K-101膨脹至0.4 MPa。接著分別流經換熱器HE-106、HE-104和HE102與待處理物流進行熱量交換，為其提供冷量。最后，天然氣進入后續(xù)流程。待處理低壓沼氣先儲存于儲罐中，實際操作時根據(jù)高壓天然氣的流量調節(jié)從儲罐流入工藝裝置待處理低壓沼氣的流量。

待處理低壓沼氣首先經過3臺沼氣壓縮機加壓至5 MPa，然后進入換熱器HE-100預冷，來自第1臺分離器S-100下方出口的物流為其提供冷量。接著進入換熱器HE-101和HE-102進行換熱，溫度降至-45 ℃，物流9進入第1臺分離器進行初次提純。分離后，提純后的沼氣從上方出口流出。物流11則流入用于冷卻高溫沼氣流的換熱器HE-100。為了讓物流10滿足第2分離階段的要求，使其經過換熱器HE-103后，溫度達到-52 ℃。物流13經換熱器HE-104降溫至-61 ℃，然后物流14進入節(jié)流閥VLV-100，將壓力和溫度降至4 MPa和-67.01 ℃。達到上述壓力和溫度后，沼氣進入第2個分離器S-101。之后物流18從上方出口流出。隨后依次經過換熱器HE-105、HE-106，然后流經節(jié)流閥VLV-101后，其壓力和溫度分別為0.4 MPa和-120 ℃。在最后階段，物流21進入第3分離階段。分離器S-102的殘留物從底部流出，進入換熱器HE-103，以降低物流10的溫度，物流26經收集后可用于制作干冰等。提純后的沼氣從分離器S-102的頂部排出，并通過換熱器HE-105和換熱器HE-101，以利用其冷量，最后經緩沖罐，物流28進入0.4 MPa的天然氣管網(wǎng)，物流27、29均為沼氣儲罐下方排出廢料，集中處理。工藝流程中各物流參數(shù)見表2。

② 數(shù)學模型

本區(qū)位于內蒙古高原南緣，地處高原與山地、寒溫帶與暖溫帶、半干旱與半濕潤、農業(yè)與牧業(yè)等的過渡地帶。生態(tài)環(huán)境極度脆弱，草場沙化和水土流失問題嚴重，地下水嚴重超采。主導基礎功能為水源涵養(yǎng)和生態(tài)維護，水土保持重點是通過小流域綜合治理，加強丘陵區(qū)水土流失治理，提高林草覆蓋率，加強草場管理，防治土地沙化，發(fā)展節(jié)水工程，保障群眾生產生活用水。

壓縮機C-100、C-101、C-102的輸入功率分別為774.5、643.0、360.4 kW,膨脹機K-100、K-101的輸出功率分別為744.0、904.2 kW。

值得一提的是，這些多民族社區(qū)中的佛寺，除了有佛教早晚課、念經等活動外，還是年度性民俗活動或地方祭祀活動的重要場所。比如，龍泉寺所在的社區(qū)有彝族、漢族，每年會舉行祭龍活動，布依族群眾會在他們社區(qū)的小廟舉行地母會。對此，祝國寺從不干涉。素祥法師說，“這些是傳統(tǒng)習俗，我們又是外行了。”

上述的工藝流程中，為了解決天然氣壓力流量與待處理沼氣壓力流量不相匹配的問題，在待處理沼氣側設置雙膜儲罐。整個流程以高壓天然氣能夠提純的沼氣流量為基準，處理不了的沼氣儲存于雙膜儲罐中。兩臺天然氣膨脹機產生的功用于發(fā)電，電能優(yōu)先用于驅動沼氣壓縮機壓縮沼氣，多余的電量上網(wǎng)，驅動壓縮機電量不足時從電網(wǎng)取電。

① 基準工況和影響因素

3 工藝計算原理

① 低溫分離原理

低溫分離法是利用沼氣中甲烷和二氧化碳組分沸點的顯著差異，在低溫條件下將二氧化碳轉變?yōu)橐后w或固體，并使甲烷依然保持為氣相，從而實現(xiàn)二者的分離。甲烷及二氧化碳的飽和溫度和飽和壓力曲線見圖2。

由圖2可知，在壓力相同的條件下，二氧化碳的飽和溫度與甲烷飽和溫度相比較高。因此，當沼氣溫度降低時，二氧化碳被優(yōu)先液化。

該區(qū)出露地層為第四系上更新統(tǒng)沖洪積(Q3-4apl)卵礫石層和黃土層狀粉土。上部為黃土狀分圖層，邊坡出露厚度6～12 m，發(fā)育垂向節(jié)理；下部為卵礫石層，出露厚度大于10 m，局部夾有沖洪積粗砂層，多呈互層狀。

We then extract two sub-matrices Ux1and Ux2 from Uxwhose rows correspond to the partition of the two sub-arrays Xa1and Xa2.Clearly,we have

相平衡方程是計算液化過程物理參數(shù)的基礎

。模擬流程采用Peng-Robinson方程

對物流熱物性進行計算。流程中的物料流運算均滿足質量守恒方程，能量流運算均滿足能量守恒方程。

③ 評價指標

采用流程的單位能耗作為評價指標，在高壓管道天然氣體積流量一定的情況下，天然氣進口壓力、出口壓力、待處理沼氣的流量及待處理沼氣壓力是影響單位能耗的關鍵參數(shù)。單位能耗的計算見式(1)：

(1)

式中

——單位能耗，kW·h/m

——待處理沼氣的體積流量，m

/h

Δ

——壓縮機消耗的功率與膨脹機產生的功率的差值，kW

④ 模擬假設

高壓管道天然氣不帶液進入膨脹機；壓縮機的絕熱效率為80%；膨脹機的絕熱效率為80%；處理完成后的沼氣中甲烷摩爾分數(shù)大于95%。

(2)回填土采用3∶7灰土，分層鋪攤，每層鋪攤后隨之耙平，鋪土厚度為200～250 mm；采用壓路機壓實，壓實系數(shù)應≥0.96。

4 結果與討論

各級安全參與人員可在線創(chuàng)建和啟動檢查計劃，系統(tǒng)生成并推送對應的檢查表至檢查人的手持終端，檢查人持手持終端按照標準檢查表進行比對檢查，并反饋問題。

經過軟件模擬計算，天然氣體積流量為100×10

m

/d、進口壓力為4 MPa、出口壓力為0.4 MPa的情況下，可以將體積流量為30×10

m

/d、壓力為200 kPa、甲烷摩爾分數(shù)為63.5%的沼氣提純至甲烷摩爾分數(shù)為95.4%，單位能耗為0.010 4 kW·h/m

。

在待處理沼氣體積流量為30×10

m

/d、壓力為0.2 MPa，天然氣體積流量為100×10

m

/d、出口壓力為0.4 MPa的情況下，天然氣進口壓力對單位能耗的影響見圖3?？梢钥闯?，隨著天然氣進口壓力的升高，由于天然氣出口壓力一定，天然氣進出口壓差增大，高壓天然氣通過膨脹機產生的輸出功越多，而壓縮沼氣所消耗的功不變，單位能耗隨之下降。

選擇2015年8月—2017年8月在我院進行分娩的160例初產婦作為研究對象，所有產婦均為單胎，將其隨機分為觀察組與對照組，每組各80例。觀察組中，年齡20～39歲，平均（27.46±3.75）歲；孕周36～40周，平均（38.79±1.04）周；體質量59～83 kg，平均（65.13±4.25）kg。對照組中，年齡21～39歲，平均（27.38±3.26）歲；孕周36～40周，平均（38.24±1.13）周；體質量58～84 kg，平均（66.37±5.16）kg。兩組的基線資料比較，差異不具有統(tǒng)計學意義（P＞0.05），具有可比性。

在高壓管道天然氣體積流量一定的情況下，分析天然氣進口壓力、天然氣出口壓力、待處理沼氣的流量、待處理沼氣壓力對單位能耗的影響。

③ 天然氣出口壓力對單位能耗的影響

CYP3A5*3基因多態(tài)性對穩(wěn)定期腎移植受者他克莫司血藥濃度及腎功能的影響 ………………………… 衛(wèi)澤武等（2）：183

在待處理沼氣體積流量為30×10

m

/d、壓力為0.2 MPa，天然氣體積流量為100×10

m

/d、進口壓力為4 MPa的情況下，天然氣出口壓力對單位能耗的影響見圖4?？梢钥闯觯S著天然氣出口壓力的升高，由于天然氣進口壓力一定，天然氣進出口壓差減小，高壓天然氣通過膨脹機產生的輸出功越少，而壓縮沼氣所消耗的功不變，單位能耗隨之升高。

④ 待處理沼氣體積流量對單位能耗的影響

在待處理沼氣壓力為0.2 MPa，天然氣體積流量為100×10

m

/d、進口壓力為4 MPa、出口壓力為0.4 MPa的情況下，待處理沼氣體積流量對單位能耗的影響見圖5?？梢钥闯觯S著待處理沼氣體積流量的增加，壓縮沼氣所消耗的功增加，高壓天然氣通過膨脹機產生的輸出功不變，雖然待處理沼氣流量也增加，但單位能耗整體上還是呈增加趨勢。

⑤ 待處理沼氣壓力對單位能耗的影響

復合齒輪裝置由動力分配行星齒輪機構和電動機減速行星齒輪機構等組成。通過采用2套行星齒輪機構的齒圈和中間軸主動齒輪及駐車鎖止齒輪做成一體的復合齒輪，使復合齒輪裝置的結構更為緊湊和輕量化。動力分配行星齒輪機構的太陽齒輪連接至MG1、行星架連接至發(fā)動機、齒圈位于復合齒輪上。電動機減速行星齒輪機構的太陽齒輪連接至MG2、齒圈位于復合齒輪上、行星架固定至傳動橋外殼(圖3)。

在待處理沼氣體積流量為30×10

m

/d，天然氣體積流量為100×10

m

/d、進口壓力為4 MPa、出口壓力為0.4 MPa的情況下，待處理沼氣壓力對單位能耗的影響見圖6?？梢钥闯?，隨著待處理沼氣壓力的升高，由于壓縮后的沼氣壓力一定，所以壓縮沼氣所消耗的功減少，而高壓天然氣膨脹產生的輸出功是一定的，因此單位能耗呈下降趨勢。

5 結論

① 天然氣體積流量為100×10

m

/d、進口壓力為4 MPa、出口壓力為0.4 MPa的情況下，可以將體積流量為30×10

m

/d、壓力為200 kPa、甲烷摩爾分數(shù)為63.5%的沼氣提純至甲烷摩爾分數(shù)為95.4%，單位能耗為0.010 4 kW·h/m

。

四是涉法涉訴管理標準化。加強機構隊伍建設，配備4名工作人員和1名律師顧問。加強痕跡化管理，出臺《臺賬登記管理規(guī)范》《市財政涉法涉訴事務管理辦法》等一系列制度，規(guī)范法律程序，理順內部機制，為辦案和定性提供法律事實和證據(jù)。嚴格考核問責機制，落實“第一責任人”職責。

② 當其他條件一定時，天然氣進口壓力升高，單位能耗下降；天然氣出口壓力升高，單位能耗升高；待處理沼氣流量增加，單位能耗增加；待處理沼氣壓力升高，單位能耗下降。

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