沼氣精制制備車(chē)用燃料生產(chǎn)工藝研究論文
摘要：介紹了以有機廢水為原料生產(chǎn)沼氣，經(jīng)分離提純、壓縮后生產(chǎn)車(chē)用燃料的工藝流程，并對其技術(shù)經(jīng)濟進(jìn)行了評價(jià)。
關(guān)鍵詞：沼氣；精制；車(chē)用燃料；生產(chǎn)工藝；技術(shù)經(jīng)濟評價(jià)
能源是人類(lèi)生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎。工業(yè)革命以來(lái)，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大地推動(dòng)了人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展。然而隨著(zhù)人類(lèi)經(jīng)濟的高速發(fā)展，環(huán)境污染與能源危機的挑戰日益嚴峻［1］。近10多年來(lái)，我國汽車(chē)數量增長(cháng)迅速，汽車(chē)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。據官方統計的數據顯示，汽車(chē)尾氣是城市霧霾天氣的一個(gè)主要成因(貢獻占20%～30%)。隨著(zhù)能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴重，綠色可再生能源亟待開(kāi)發(fā)。沼氣是目前應用最廣泛的生物質(zhì)能源之一，將沼氣通過(guò)凈化提純后可變成生物燃氣，替代汽油或天然氣作為汽車(chē)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(體積分數50%～70%)和CO2(體積分數30%～40%)，還有少量的H2S、O2、CO、N2及其他碳氫化合物等。沼氣成分不但取決于發(fā)酵原料的種類(lèi)及其相對含量，而且隨著(zhù)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(chē)上直接燃燒利用，必須對沼氣進(jìn)行凈化處理，脫除CO2、H2S、H2O及其他雜質(zhì)，使純化后的沼氣達到汽車(chē)內燃機對車(chē)用燃料的要求［2］。我國目前尚未出臺車(chē)用沼氣標準，車(chē)用沼氣參照《車(chē)用壓縮天然氣》(GB18047—2000)中的規定，主要性能指標應符合要求。
2制備工藝
2.1總工藝流程
本工藝利用木薯淀粉/酒精高濃度有機廢水為原料，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氣，產(chǎn)品達到車(chē)用壓縮天然氣標準。
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(guò)初級沉淀池實(shí)現部分固液分離，液體部分經(jīng)過(guò)酸化池(預處理池)完成酸化處理，再經(jīng)過(guò)在調節池調節pH和去除部分懸浮物后，進(jìn)入改進(jìn)型UASB－TLP厭氧反應器進(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)，使純化后的沼氣達到GB18047—2000的規定。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)機加壓到22kPa送入干法脫硫系統，通過(guò)2個(gè)內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(guò)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(guò)塔內填料層，與吸收塔從上而下的乙醇胺溶液逆流接觸，充分反應，將沼氣中的CO2體積分數降至3%以下，從吸收塔頂部出來(lái)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水后送往CNG壓縮機進(jìn)口氣體緩沖罐，緩沖后送往CNG壓縮機，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，達到車(chē)用天然氣的標準后送往并聯(lián)操作的2臺專(zhuān)用天然氣加氣柱直接進(jìn)行計量裝車(chē)，送往汽車(chē)加氣站供用戶(hù)使用。
(3)吸收劑再生工段
吸收塔內與沼氣充分接觸后吸收了CO2的工作液稱(chēng)為富液。富液送溶液換熱器與再生塔底部出來(lái)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(guò)再生塔內填料層，從再生塔底出來(lái)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在再生塔內通過(guò)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(lái)，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，二氧化碳分離器內分離排出的凝結水可根據系統工作液的總量與濃度，決定是排地溝還是通過(guò)回流泵送回再生塔頂部維持系統工作液的水平衡。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(guò)溶液過(guò)濾器、貧液過(guò)濾器過(guò)濾機械雜質(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。系統中各冷卻設備均采用循環(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);系統中產(chǎn)生的蒸汽冷凝液全部送回鍋爐回收利用;系統設置溶液貯槽用于停車(chē)期間貯存系統工作液用，設置地下槽、補液泵用于回收各導淋工作液及補充新鮮工作液，確保成分穩定滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。
3技術(shù)經(jīng)濟評價(jià)
以廣西某淀粉廠(chǎng)年產(chǎn)600萬(wàn)m3車(chē)用燃氣項目為例，該項目于2011年通過(guò)峻工驗收，至今已經(jīng)正常運行3年多，每天可產(chǎn)車(chē)用壓縮燃氣1.4萬(wàn)m3，每立方米綜合成本比天然氣節約50%以上，每天供南寧市100多輛出租車(chē)使用，相對于汽油，平均每輛車(chē)每公里可節約0.2元，每天可節省80余元，每年可增收2萬(wàn)元，運行成本降低了20%。不但給淀粉企業(yè)和出租車(chē)司機帶來(lái)經(jīng)濟利益，更實(shí)現了節能環(huán)保的目標。經(jīng)南寧市環(huán)保監測站對使用該生物燃氣的車(chē)輛尾氣進(jìn)行檢測顯示，使用沼氣純化生物燃氣的車(chē)輛與使用燃油的車(chē)輛相比，CO排放量減少20%，CO2排放量減少99%。利用木薯淀粉/酒精高濃度有機廢水為原料生產(chǎn)車(chē)用壓縮燃氣的工藝較為簡(jiǎn)便，在經(jīng)濟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)裝置設計的保險系數小，大大降低了投資費用，生產(chǎn)穩定性好，產(chǎn)品收率高，質(zhì)量穩定。據稱(chēng)與其他工藝相比較，在生產(chǎn)成本上占有較大優(yōu)勢。以廣西某淀粉廠(chǎng)年產(chǎn)600萬(wàn)m3車(chē)用燃氣項目為例，單位產(chǎn)品的原材料及公用工程消耗定額。
4結語(yǔ)
綜上所述，沼氣通過(guò)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(chē)用沼氣。該項目對沼氣生產(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)與農業(yè)特別是劣質(zhì)土地非糧食農作物種植相結合，有利于環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟相結合，有利于農產(chǎn)品深加工由單一新產(chǎn)品結構向形成產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，可發(fā)揮當地的資源優(yōu)勢，帶動(dòng)地方經(jīng)濟發(fā)展，增收農民收入，促進(jìn)農業(yè)現代化。
參考文獻
�。�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．
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