高压水洗沼气提纯毕业设计

所属系化工与制药工程系

专业化学工程与工艺

学号06111205

姓名张冬燕

指导教师杨世品

起讫日期2015.1 --- 2015.6

设计地点东南大学成贤学院

东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）

诚信承诺

本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。

学生签名：

日期：

高压水洗提纯自动控制系统

摘要

沼气提纯有吸收法、变压吸附法、低温冷凝法和膜分离方法四种方法可以实现。我国对于沼气的利用率还不是特别高，而高压水洗沼气提纯工艺尚处于起步阶段。文章选用高压水洗吸收法提纯沼气。利用Aspen plus设计高压水洗的整套流程图并对塔进行模拟计算，通过计算算出进水量、进气量、塔压、水位等参数，再通过计算出的控制参数利用西门子PLC 软件进行程序设计，采用PID控制算法进行编程，以充分提高沼气中甲烷的含量。

关键词：沼气提纯；高压水洗；aspen plus；西门子PLC；PID控制

The Automatic Control System of Purifying by High Pressure

Water Washing

Abstract

The four ways for biogas purification is absorption、PSA、cryocondensation law and membrane separation processes. For the utilization of biogas is not particularly high in the China and high pressure washing biogas purification technology is still in its infancy. This article choose high-pressure water absorption purified biogas. Aspen plus is used to desgin the entire flow chart of the high pressure washing biogas and tower simulation. When calculate the amount of water、intake air 、pressure of the tower、the water level and other parameters, I will use Siemens PLC design automatic control system.I use PID control algorithm control the sysiem in order to fully enhance the methane content of the biogas,then improve the utilization of methane.

Key words: Biogas purification;High pressure washing;Aspen plus;Siemens PLC;PID controling

目录

摘要............................................................................................................................................ I 关键词........................................................................................................................................ I 第一章引言 (1)

第二章沼气提纯装置 (2)

第三章提纯设计 (3)

3.1 吸收塔装置 (3)

3.2 闪蒸罐装置 (4)

3.3 解吸塔装置 (4)

第四章仿真分析 (6)

4.1 工艺参数 (6)

4.2 结果讨论 (7)

第五章自动控制简介 (8)

5.1 自动控制设计思路 (8)

5.2 PLC简介 (8)

5.2.1 可编程控制器概念 (8)

5.2.2 可编程控制器的工作原理 (9)

5.2.3 PID控制算法 (10)

5.3 MCGS简介 (12)

5.3.1 MCGS组态软件的概述 (12)

5.3.2 MCGS组态软件分析 (12)

第六章自动控制方案设计 (14)

6.1 流量PID控制逻辑图 (15)

6.1.2 PID梯形图 (17)

6.2 MCGS设计 (19)

结论 (23)

鸣谢 (24)

参考文献 (25)

第一章引言

沼气属于一种生物质能源，它通过人畜粪便、污水处理、有机废物厌氧发酵处理、高浓度有机废水厌氧降解处理、垃圾填埋等过程。沼气相对于石油、煤炭等常规性能源具有节能减排、成本低、缓解温室效应、可再生性等优点。在此背景下，通过提升沼气中的甲烷含量使之达到天然气标准要求的沼气提纯[1]技术成为一种有前景的发展方向。

由于现如今的石油、煤炭等能源紧缺，市场价格不稳，对环境的污染大，而沼气具有节能减排、可再生、成本低等优点，所以国内进一步加快推进了对于沼气工程的进程。现如今，我国已经拥有大大小小的沼气工程将近七万多处，而现有的生活污水处理沼气有将近十九万处，其中受益人群达1.5亿之多。在几年前的国内的沼气主要来源有污粪处理、工业废水、生活污水，而现如今国内沼气开始来源于秸秆沼气化、城市生活垃圾等其他领域。沼气的利用也开始从单一的生活用气发展到汽车燃料等方面。

虽然国内沼气的发展迅速，但是国外对于沼气的利用更加明显，美国在九十年代的时候已经开始实施沼气埋地计划，二十一世纪初，国外某些汽车公司开始施行埋地气体利用计划，他们将埋于地下的甲烷与废油混合生产汽车燃料。而美国电力公司也在二十一世纪初将沼气发电投入运营。尼泊尔农村从二十世纪五十年代开始使用沼气作为燃料，迄今为止成千上万的家庭都在使用沼气。在这么多国家中，德国的沼气建设在世界上应该算是发展最快的国家之一，在德国，他们非常重视绿色能源的建设，单单是沼气建设，据不完全统计，在2010年的时候德国就已经有多大400万户的居民在使用沼气生产出来的电能，德国在多个方面实现对沼气的利用。如天然气方面，德国已经率先实现了将提纯的沼气注入天然气管网中的技术。德国在沼气建设方面已经实现了产业一体化，从沼气生产、提纯以及实使用，每一步都达到了规模化的发展。在2010年，仅萨克森州的清洁能源使用已经占总能源利用的15%。德国沼气建设方面已经形成了市场，并且他们的沼气生产技术还在不断地发展。

对于现如今的沼气发展趋势，沼气成为人类主要的能源之一已成为一种不可逆转的趋势，因此沼气提纯技术具有很大的发展前景。沼气提纯有多种方法，如吸收法，膜分离方法等等。其中变压吸附法在沼气提纯中应该属于应用较为广泛的一种方法，首先变压吸附法是一种比较方便简单的方法，其次它的科技水平低，其所需的成本低，能耗小，并且提纯效率高。但是在我国，这种技术还不是相当的成熟，国内对于变压吸附法的发展不如国外迅速。其实变压吸附法并不仅仅应用于沼气提纯，它广泛应用于各种气体提纯，比如制氧、制氮，而他尤其广泛应用于制氧方面，我国对于变压吸附法制氧取得了初步的发展，我国的变压吸附制氧设备已经初步达到了系列化。

在国外，变压吸附法在国外已经得到迅速的发展，尤其在日本，日本使用变压吸附法制氧已经取得了突破性的成就，日本三菱公司已经建成了世界上最大的变压吸附制氧设备。德国对于这种方法也得到了进展性的突破。