沼氣精制制備車用燃料生產(chǎn)工藝研究論文
摘要：介紹了以有機(jī)廢水為原料生產(chǎn)沼氣，經(jīng)分離提純、壓縮后生產(chǎn)車用燃料的工藝流程，并對(duì)其技術(shù)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞：沼氣；精制；車用燃料；生產(chǎn)工藝；技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)
能源是人類生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。工業(yè)革命以來，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎(chǔ)上的能源體系極大地推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展。然而隨著人類經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境污染與能源危機(jī)的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻［1］。近10多年來，我國汽車數(shù)量增長迅速，汽車的大量使用，不但使得汽油及天然氣的需求大增，而且加劇了空氣污染。據(jù)官方統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，汽車尾氣是城市霧霾天氣的一個(gè)主要成因(貢獻(xiàn)占20%～30%)。隨著能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，綠色可再生能源亟待開發(fā)。沼氣是目前應(yīng)用最廣泛的生物質(zhì)能源之一，將沼氣通過凈化提純后可變成生物燃?xì)�，替代汽油或天然氣作為汽車燃料使用，不但可緩解城市能源緊張的局面，還能減少城市空氣污染，必將成為我國發(fā)展新型能源的一條重要途徑。
1沼氣的成分和物化性質(zhì)
沼氣是生物質(zhì)厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物，是一種可燃的混合氣體。主要成分為CH4(體積分?jǐn)?shù)50%～70%)和CO2(體積分?jǐn)?shù)30%～40%)，還有少量的H2S、O2、CO、N2及其他碳?xì)浠衔锏�。沼氣成分不但取決于發(fā)酵原料的種類及其相對(duì)含量，而且隨著發(fā)酵條件及發(fā)酵階段的不同而變化。沼氣若要替代天然氣在汽車上直接燃燒利用，必須對(duì)沼氣進(jìn)行凈化處理，脫除CO2、H2S、H2O及其他雜質(zhì)，使純化后的沼氣達(dá)到汽車內(nèi)燃機(jī)對(duì)車用燃料的要求［2］。我國目前尚未出臺(tái)車用沼氣標(biāo)準(zhǔn)，車用沼氣參照《車用壓縮天然氣》(GB18047—2000)中的規(guī)定，主要性能指標(biāo)應(yīng)符合要求。
2制備工藝
2.1總工藝流程
本工藝?yán)媚臼淼矸?酒精高濃度有機(jī)廢水為原料，采用“改進(jìn)型UASB－TLP工藝技術(shù)”處理木薯淀粉/乙醇廢水，厭氧發(fā)酵后快速產(chǎn)生大量沼氣，再利用化學(xué)吸收工藝技術(shù)凈化沼氣，去除其中的H2S、CO2、硅氧烷等主要雜質(zhì)，再脫水壓縮成為高壓生物燃?xì)�，產(chǎn)品達(dá)到車用壓縮天然氣標(biāo)準(zhǔn)。
2.2工藝要點(diǎn)
(1)厭氧發(fā)酵工段
本工段的任務(wù)是生產(chǎn)沼氣。木薯淀粉/乙醇廢水經(jīng)過初級(jí)沉淀池實(shí)現(xiàn)部分固液分離，液體部分經(jīng)過酸化池(預(yù)處理池)完成酸化處理，再經(jīng)過在調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)pH和去除部分懸浮物后，進(jìn)入改進(jìn)型UASB－TLP厭氧反應(yīng)器進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣。
(2)沼氣凈化及壓縮工段
本工段的任務(wù)是對(duì)沼氣進(jìn)行凈化提純處理，脫除CO2、H2S、H2O及其他雜質(zhì)，使純化后的沼氣達(dá)到GB18047—2000的規(guī)定。經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣匯集到沼氣氣柜，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓到22kPa送入干法脫硫系統(tǒng)，通過2個(gè)內(nèi)裝氧化鐵及活性炭干脫硫劑、串聯(lián)操作的脫硫塔，將沼氣中的H2S質(zhì)量含量降至30mg/m3以下后進(jìn)入前置冷卻器管程，與殼程循環(huán)水換熱，將沼氣溫度降至40℃以下，經(jīng)前置分離器分離冷凝水后送往增壓機(jī)將壓力升至0.8MPa，經(jīng)冷卻降溫、分離油水后送塔前分離器、塔前過濾器進(jìn)一步分離油水，然后進(jìn)入吸收塔下部，由下至上通過塔內(nèi)填料層，與吸收塔從上而下的乙醇胺溶液逆流接觸，充分反應(yīng)，將沼氣中的CO2體積分?jǐn)?shù)降至3%以下，從吸收塔頂部出來溫度為80℃左右的沼氣進(jìn)入塔后冷卻器管程，與殼程循環(huán)水進(jìn)行換熱后溫度降至40℃以下，經(jīng)分離器分離溶液和凝結(jié)水后送往CNG壓縮機(jī)進(jìn)口氣體緩沖罐，緩沖后送往CNG壓縮機(jī)，將純化后的.沼氣壓力由0.8MPa升高至20.0MPa，高壓純化氣經(jīng)冷卻、分離油水后送入氣體干燥裝置，利用分子篩吸附進(jìn)一步脫除氣體中的水分，達(dá)到車用天然氣的標(biāo)準(zhǔn)后送往并聯(lián)操作的2臺(tái)專用天然氣加氣柱直接進(jìn)行計(jì)量裝車，送往汽車加氣站供用戶使用。
(3)吸收劑再生工段
吸收塔內(nèi)與沼氣充分接觸后吸收了CO2的工作液稱為富液。富液送溶液換熱器與再生塔底部出來的貧液換熱，富液溫度升至100℃以上進(jìn)入再生塔上部，富液從上而下通過再生塔內(nèi)填料層，從再生塔底出來的工作液進(jìn)入溶液煮沸器殼程與管程的低壓蒸汽換熱，工作液溫度升至120℃進(jìn)入再生塔底部，富液中的CO2在再生塔內(nèi)通過減壓及再生塔底工作液加熱產(chǎn)生的水蒸汽汽提后解析出來，從再生塔頂引出，經(jīng)再生氣冷卻器將溫度降至40℃以下進(jìn)入二氧化碳分離器進(jìn)行氣水分離后就地放空，二氧化碳分離器內(nèi)分離排出的凝結(jié)水可根據(jù)系統(tǒng)工作液的總量與濃度，決定是排地溝還是通過回流泵送回再生塔頂部維持系統(tǒng)工作液的水平衡。再生塔底部再生完全的工作液經(jīng)溶液換熱器加熱富液回收余熱后進(jìn)入貧液冷卻器殼程，與管程循環(huán)水換熱后溫度降至80℃以下，通過溶液過濾器、貧液過濾器過濾機(jī)械雜質(zhì)后送入貧液泵加壓至1.2MPa以上送往吸收塔上部循環(huán)使用。系統(tǒng)中各冷卻設(shè)備均采用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，回水全部送至循環(huán)水回水總管封閉循環(huán);系統(tǒng)中產(chǎn)生的蒸汽冷凝液全部送回鍋爐回收利用;系統(tǒng)設(shè)置溶液貯槽用于停車期間貯存系統(tǒng)工作液用，設(shè)置地下槽、補(bǔ)液泵用于回收各導(dǎo)淋工作液及補(bǔ)充新鮮工作液，確保成分穩(wěn)定滿足生產(chǎn)需求。
3技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)
以廣西某淀粉廠年產(chǎn)600萬m3車用燃?xì)忭?xiàng)目為例，該項(xiàng)目于2011年通過峻工驗(yàn)收，至今已經(jīng)正常運(yùn)行3年多，每天可產(chǎn)車用壓縮燃?xì)?.4萬m3，每立方米綜合成本比天然氣節(jié)約50%以上，每天供南寧市100多輛出租車使用，相對(duì)于汽油，平均每輛車每公里可節(jié)約0.2元，每天可節(jié)省80余元，每年可增收2萬元，運(yùn)行成本降低了20%。不但給淀粉企業(yè)和出租車司機(jī)帶來經(jīng)濟(jì)利益，更實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。經(jīng)南寧市環(huán)保監(jiān)測(cè)站對(duì)使用該生物燃?xì)獾能囕v尾氣進(jìn)行檢測(cè)顯示，使用沼氣純化生物燃?xì)獾能囕v與使用燃油的車輛相比，CO排放量減少20%，CO2排放量減少99%。利用木薯淀粉/酒精高濃度有機(jī)廢水為原料生產(chǎn)車用壓縮燃?xì)獾墓に囕^為簡便，在經(jīng)濟(jì)上具有巨大的吸引力，該工藝的最大特點(diǎn)是能量利用率高，整個(gè)裝置設(shè)計(jì)的保險(xiǎn)系數(shù)小，大大降低了投資費(fèi)用，生產(chǎn)穩(wěn)定性好，產(chǎn)品收率高，質(zhì)量穩(wěn)定。據(jù)稱與其他工藝相比較，在生產(chǎn)成本上占有較大優(yōu)勢(shì)。以廣西某淀粉廠年產(chǎn)600萬m3車用燃?xì)忭?xiàng)目為例，單位產(chǎn)品的原材料及公用工程消耗定額。
4結(jié)語
綜上所述，沼氣通過凈化提純后可替代天然氣使用，并入城市天然氣管網(wǎng)或作為車用沼氣。該項(xiàng)目對(duì)沼氣生產(chǎn)企業(yè)的沼氣向高端技術(shù)發(fā)展及商品化有重要的意義，有利于工業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)特別是劣質(zhì)土地非糧食農(nóng)作物種植相結(jié)合，有利于環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)相結(jié)合，有利于農(nóng)產(chǎn)品深加工由單一新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)向形成產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，可發(fā)揮當(dāng)?shù)氐馁Y源優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增收農(nóng)民收入，促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。
參考文獻(xiàn)
［1］黃紹蘭．CO捕集回收技術(shù)研究［J］．環(huán)境污染與防治，2008，30(12)：77－81．
�。�2］尹冰．車用沼氣提純凈化工藝技術(shù)研究［J］．現(xiàn)代化工，2009，29(11)：28－33．
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