云南能投滇中天然气产业发展有限公司 650200 摘要：富甲烷气作为化工企业副产品，如能利用到城市燃气项目中，将使化工企业提高利润，解决副产品的排放问题，有利于大气环境，对城市燃气供应企业亦可提高利润，增加气源保障。 关键词：富甲烷气、城市燃气、掺混、技术、经济 0前言 某化工企业拟建设某化工产品生产线，年产副产品富甲烷气6800万m³，预计所产副产品气中CH4含量为75%，在标况下热值为30.94MJ/m³。 该富甲烷气接近二类城市燃气标准（≥31.4MJ/Nm³），但不能直接作为城镇燃气供居民用户使用。为合理利用该富甲烷气，考虑将其掺混天然气，通过增压处理后并入本市次高压系统。本方案就富甲烷气掺混天然气并入次高压系统的技术方案及经济分析和风险分析开展研究，并提出合理的方案建议。 1技术方案 富甲烷气掺混天然气并入本市次高压系统作为本市天然气利用的补充气源需考虑掺混气与现有天然气的可替换性，目前本市所使用的气源是LNG，经气化调压计量加臭后气质达到12T标准。本方案根据12T天然气华白数和燃烧势的要求确定掺混比例。 1.1华白数 当进行燃气掺混，使用于同一管网时，首先应保证燃具热负荷在使用新气体后不发生大的改变。华白数是代表燃气特性的一个参数，当燃烧器喷嘴前压力不变时，燃具热负荷Q与燃气热值H成正比，与燃气相对密度的平方根成反比，而燃气的高热值与燃气相对密度的平方根之比称为华白数。即： （式1） 式中：W ——华白数，MJ/m3； Qh——燃气高热值，MJ/m3； S——燃气相对密度。 本方案考虑采用LNG用于掺混富甲烷气，设定掺混LNG的热值为37.53 MJ/m3，其组分如表1所示。 表1 掺混用LNG组分
气体混合的相对密度如下式所示： 式中：S——混合气体的相对密度； M——混合气体的平均分子量（kg/mol）； ρ0——标准状态下混合气体的平均密度（kg/Nm3）； 1.293——标准状态下空气的密度（kg/Nm3）； V0，M——标准状态下混合气体的平均摩尔体积（Nm3/mol）； Mi——混合气体中各组分的分子量（kg/mol）； V0，Mi——标准状态下混合气体中各组分的摩尔体积（Nm3/mol）； Ci——混合气体中各组分的摩尔分数。 令掺混气中天然气所占的比例为y，则掺混气的华白数如下式所示： 混合气中可燃气体组分基本性质如下表所示：
1.2燃烧势 当掺混后气体和12T的化学、物理性质相差不大，燃烧特性比较接近时，用华白数就可以控制燃气互换性，燃具不通过任何改变就可以使用掺混后气体和12T。当燃气特性差别较大时，仅靠华白数就不足以判断两种燃气是否可以互换。这时就必须引入火焰特性指数，以判断燃气互换时是否会产生离焰、黄焰、回火和不完全燃烧的倾向性。我国城市燃气的分类标准中，引入了燃烧势CP这一指标，以便能较全面地判断燃气的燃烧特性。 燃烧势CP的计算公式如下： 式中：CP——燃烧势； k——燃气中氧含量修正系数； H2——燃气中氢的体积分数，％； CmHn——燃气中除甲烷以外的碳氢化合物的体积分数，％； CO——燃气中一氧化碳的体积分数，％； CH4——燃气中甲烷的体积分数，％； O2——燃气中氧的体积分数，％。 通过计算，LNG的掺混比例在30%至80%之间，掺混后的气体热值满足《天然气》GB17820一类天然气要求，华白数和燃烧势满足《城镇燃气分类和基本特性》GBT13611天然气12T的要求。 1.3掺混方案 目前，我国城市燃气中使用的掺混方式主要有文丘里式和比例式，由于文丘里式受混气量、混气压力等限制，大多数的企业选择比例式，国内的比例式混合器有活塞式混合器、活塞可变张口式（简称活塞式）和差压比例平衡式（简称平行管式或DCD式）。活塞式混合器结构简单，适宜从0.07~0.14MPa压力范围内的混气，该量范围比最大为16:1且无压差控制。平行管式混合器具有高精度的压差控制和流量控制，使得混合器可达到（50~100）：1的流量范围比，其操作运行可完全通过系统自动调节完成，极为方便、简单、灵敏，但其对系统调试、数据的设定要求很严格。另外，平行管式混合器结构复杂，对设备本身质量、零部件的精度要求较高，一旦损坏，维修复杂。结合富甲烷气与天然气的性质，本方案选择平行管混合方式。其结构如图1所示。 图1平行管式混气装置结构图 由于LNG的价格较富甲烷气更高，在掺混比例允许范围内，LNG所占比例越小经济性更好。本方案选取LNG所占比例为30%进行研究。本项目所生产的富甲烷气产量为8500m3/h，将其完全掺混，需天然气的量为3642.9m3/h，混合气产量为12142.9m3/h。富甲烷气从气源点出口压力为0.05MPa，经压缩机增压到1.6MPa后进入混气设备，天然气经柱塞泵增压、气化器气化、调压至1.6MPa后进入混气设备。经混气设备混合后，并入本市次高压环网。 2.经济分析 本项目主要工程量包括：2000Nm3/h气化器3台，2000L/h柱塞泵3台，BOG加热器1台，EAG加热器1台，脱水设备2套，压缩机组2套，混气撬1套，调压计量撬1套，站内监控系统1套及站内工艺管道。本项目投资估算如下表所示：
1、项目总投资I为500+6000（设定从富甲烷气产地敷设次高压管道至城市燃气用气点所需投资）+2500（富甲烷气储气设施所需投资）=9000万元，总投资9000万元，资金来源为： （1）自筹资金：2700万元，占总投资30%； （2）贷款：6300万元，占总投资70%。 项目建设借款6300万元，贷款年限10年，参照类各商业银行贷款利率为6.84%。年平均贷款利息Px，均摊到气价上I1为： 式中，Px——年平均贷款利息； A——贷款金额； r——贷款利率。 按10年折旧，均摊到气价上I0为： 项目耗电主要集中在柱塞泵和压缩机两部分，项目总功率约为：300Kw，工业用电电价按0.9元/Kw•h计算，电费均摊到气价上P电为： 混气中，生产1m3混合气所需LNG的采购成本PLNG为： 混合气按管道气气价并网销售，富甲烷气购进价为P，上缴增值税，税率为13%，城建税税率7%、教育费附加税率3%、地方教育费附加税率2%，税率合计为12%，每方混合气上缴税金P增值税为： ×13%×(1+12%) 设定混合气售价为PX，同时考虑税后利润10%（税率按25%），人工及日常办公运营等综合成本按0.15元/m3考虑，则混合气售价应为： 即P成本=0.87PX 3.结论 以富甲烷气作为城市燃气补充气源，技术可行，经济性合理，同时可减少化工企业副产品对大气环境的影响，具有一定的社会效益和经济效益。 参考文献： 《燃气输配》李猷嘉、王民生 《燃气掺混装置及其应用》黄颂丽 郭全文 陈绍新 贾艳东 Kunming City Qu Ran Municipal Gas Engineering Planing ＆ Design Co.,Ltd （作者：徐鹏、曹柱勇、徐世祥） Feasibility analysis of use high methane gas as city gas replenish source gas Abstract: The high methane gas as a byproduct of chemical enterprise. If it can use to city gas project, it will make chemical enterprises to increase profits, resolve the discharge problem of byproduct and conducive to atmospheric environment. Meanwhile, it can increase profits to the provision of city gas and increase gas supply security. Key words: high methane gas, city gas, mixing, technology, economy