压缩天然气CNG的加臭技术探讨

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【摘要】随着城市cng的应用越来越普遍，CNG母站、子站及运输、使用过程中产生问题越来越受到人们的重视。本文重点介绍了压缩机天然气母站生产过程中的原料天然气的加臭问题，以及CNG工艺生产过程中臭剂的添加工艺。

【关键词】CNG；加臭

1 引言

CNG是一种理想的清洁车用替代能源，其技术经过数十年的发展已经日趋成熟，并在很多城市得以应用，随着CNG的大量应用，CNG的生产、运输及使用的相关问题也随着而来，特别是CNG的加臭问题。

2 CNG的生产、使用流程

CNG生产、使用流程：来自输气管网的原料天然气经过滤、调压、计量后，进入深度脱水装置（经脱水、脱硫处理后，使得气质含水量达到汽车用气标准，同时保障压缩机系统正常运行）；进入压缩机的天然气经过压缩机压缩后排气压力达到25MPa，通过CNG加气柱充装至CNG管束车，CNG管束车再运输至CNG加气子站，通过子站的加气机加装至CNG汽车上作为动力能源使用。

3 通用的CNG母站生产工艺

为了保证生产的连续性以及原料气来源的稳定，功能齐全的CNG母站大都建立在天然气门站内，同时功能齐全的CNG母站兼带CNG子站的功能，具体生产工艺。

4 CNG生产过程中的臭剂问题

在以上的CNG母站生产过程中，我们并没有看见加臭工艺，那是因为这里介绍的CNG母站生产工艺过程中的第一步，原料天然气默认为加过臭剂的天然气，即符合城市燃气规范的天然气。

4.1 CNG母站原料气即城市燃气的加臭问题：城镇燃气设计规范中明确指出，城市燃气应具有可以察觉的臭味，无臭味或者臭味不足的燃气应加臭，其臭味程度应符合以下要求：

4.1.1燃气中含臭计量的要求：

无毒燃气（一般指不含一氧化碳、氰化氢等有毒成分的气体）泄露到空气中，达到爆炸下限的20%浓度时，应能察觉；有毒燃气（一般指含一氧化碳、氰化氢等有毒成分的气体）泄露到空气中，达到人体可承受的有害浓度之前，应能察觉。

4.1.2臭味剂的选择原则

使用浓度范围内对人体无毒；具有极难闻的臭味，且与一般气体气味有明显的区别，如汽油味、厨房散发的油味和化妆品散发的气味等；能完全燃烧，燃烧后不生成有害的或有臭味的物质；有适当的挥发性；不易腐蚀燃气管道活燃具；难溶于水，易于操作，价格低廉。

4.1.3常用臭味剂与加臭程度

目前大多城市燃气常用的臭味剂为四氢噻吩（分子式C4H8S，简称HTH）。国际上，加臭的程度是以加味强度等级来衡量的，欧洲煤气研究集团DVGW工作规程G280（07/80）报告把气味强度划分为7个等级，如下所示：0级，未察觉有气味；0.5级，气味很弱；1级，气味弱；2级，气味中等（警戒气味级）；3级，气味强烈；4级，气味强烈；5级，气味极大（气味强度上升的上限）。欧洲各主要国家天然气的四氢噻吩浓度如下：德国，浓度R7.5mg/m3；法国，20-25mg/m3；荷兰，18mg/m3。

4.2 CNG干燥脱水过程

实际生产中，大多数的CNG母站生产工艺都是按照上述工艺生产的。在生产过程中需要对CNG原料气、产品气及CNG生产过程中各个环节进行质量分析。在化验分析中，我们看到了天然气中的四氢噻吩含量在通过脱水装置前后有明显的变化。分析数据连续4日脱水前后含量（mg/m3）：第1日脱水前：5.42，脱水后：有小峰无数值；第2日脱水前：3.41，脱水后：0；第3日脱水前：0.17，脱水后：0；第4日脱水前：4.7，脱水后：有小峰无数值。

经过天然气干燥脱水装置四氢噻吩几乎没有了。CNG干燥脱水装置选用的是GDT型前置式干燥器，其工作原理是：GDT型干燥器采用两塔轮流工作制，即一塔工作时，另一塔处于再生状态，达到设定的工作周期时即需人工切换工作状态。干燥器根据分子筛等压吸附原理设计。吸附干燥是一个屋里吸附过程，当含有水份的天然气通过分子筛床层时，分子筛将天然气气体中的水份吸附分离，从而实现气体的干燥。吸附达到饱和后，吸附床层通过高温再生气体加热的方法，将其中的水份驱除，从而实现吸附剂的再生。

CNG干燥脱水装置是利用分子筛吸附天然气中的水分从而达到干燥的目的。分析下分子筛的结构特点。分子筛分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有均匀的微孔结构，直径大小均匀，能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和不饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来，即具有“筛分”分子的作用，故称分子筛。吸附功能：分子筛对物质的吸附来源于物理吸附（范德华力），其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场，对极性分子（如水）和不饱和分子有出强烈的吸附能力。可见，分子筛不仅仅是对水分有极强的吸附能力，而且对所有极性分子和不饱和分子都具有很强的吸附能力。正是由于水、四氢噻吩这样的极性分子通过装满分子筛的干燥器时被分子筛吸附掉了，所以按照现有的CNG生产工艺，产品CNG中的四氢噻吩含量几乎为零。

5 CNG母站加臭设计工艺

5.1 CNG各生产工艺点压力示意如下：原料天然气，1-2.5MPa；脱水、脱硫后，1-2.5MPa；CNG压缩机后，20-25MPa；CNG加气柱，20-25MPa。燃气加臭系统由加臭泵和自控系统两部分组成。将各参数输入自控系统，自控系统就能控制泵的工作频次，达到想要的加臭量。加臭泵通过加臭管线将臭剂加到燃气管线上。加臭泵的工作压力要高于加臭点的燃气关系设计作压力，这样才能保证臭剂加到燃气管线里。

5.2 加臭点的选择：原料天然气的压力约在1MPa-2.5MPa之间，加臭机只要出口压力略高于原料天然气的压力即可。选择工作压力为2.5-3.0MPa的加臭泵就能满足需求。如果选在压缩机后或加气柱后端的工艺点上，则需要25MPa以上的加臭泵才能满足加臭要求。出口压力越高，加臭泵的价格就越高。考虑到CNG干燥脱水对四氢噻吩的吸附问题和CNG母站生产工艺的各个环节的压力不同，最经济的加臭点应该选在干燥脱水后、进入CNG压缩机前。

查阅有关CNG的设计规范，虽然没有找到关于CNG的臭剂说明，但随着车辆尤其是出租车使用CNG作为燃料的日益增多，CNG车辆的安全问题尤其变得重要。我们希望城市CNG车辆的普及既能在环保上又能在安全上给我们带来便利。

参考文献：

[1]城市燃气设计规范（GB50028-2006），中国建筑工业出版社，2006

[2]汽车加油加气站设计与施工规范（GB50156-2012），中国计划出版社，2012

[3]城镇燃气基础知识，国防科技大学出版社，2015