一种车用新燃料

     作者：张毅                                                                                            

    随着能源短缺和环境污染问题日益严重，绿色可再生能源亟待开发。沼气是目前应用最广泛的生物质能源之一，将沼气通过净化提纯后可变成生物燃气，替代汽油或天然气作为汽车燃料使用，不但可缓解城市能源紧张的局面，还能减少城市空气污染，必将成为我国发展新型能源的一条重要途径。

    1  沼气的成分和物化性质

    沼气是生物质厌氧发酵的产物，是一种可燃的混合气体。主要成分为CH4(体积分数500/0~70%)和C02（体积分数30%~40%），还有少量的H2S、02、CO、N2及其他碳氢化合物等。沼气成分不但取决于发酵原料的种类及其相对含量，而且随着发酵条件及发酵阶段的不同而变化。沼气若要替代天然气在汽车上直接燃烧利用，必须对沼气进行净化处理，脱除C02、H2S、H20及其他杂质，使纯化后的沼气达到汽车内燃机对车用燃料的要求。我国目前尚未出台车用沼气标准，车用沼气参照《车用压缩天然气》( GB 18047-2000)中的规定，主要性能指标应符合表1要求。

    2制备工艺

    2.1  总工艺流程

    本工艺利用木薯淀粉／酒精高浓度有机废水为原料，采用“改进型UASB -TLP工艺技术”处理木薯淀粉／乙醇废水，厌氧发酵后快速产生大量沼气，再利用化学吸收工艺技术净化沼气，去除其中的H2S、C02、硅氧烷等主要杂质，再脱水压缩成为高压生物燃气，产品达到车用压缩天然气标准。总工艺流程如图1。

    2.2工艺要点

    (1)厌氧发酵工段

本工段的任务是生产沼气。木薯淀粉／乙醇废水经过初级沉淀池实现部分固液分离，液体部分经过酸化池（预处理池）完成酸化处理，再经过在调节池调节pH和去除部分悬浮物后，进入改进型UASB -TLP厌氧反应器进行厌氧发酵产沼气。工艺流程见图2。

    (2)沼气净化及压缩工段

    本工段的任务是对沼气进行净化提纯处理，脱除C02、H2S、H20及其他杂质，使纯化后的沼气达到GB 18047-2000的规定。

    经厌氧发酵产生的沼气汇集到沼气气柜，经鼓风机加压到22 kPa送入干法脱硫系统，通过2个内装氧化铁及活性炭干脱硫剂、串联操作的脱硫塔，将沼气中的H2S质量含量降至30 mg/m3以下后进人前置冷却器管程，与壳程循环水换热，将沼气温度降至40。C以下，经前置分离器分离冷凝水后送往增压机将压力升至0.8 MPa，经冷却降温、分离油水后送塔前分离器、塔前过滤器进一步分离油水，然后进入吸收塔下部，由下至上通过塔内填料层，与吸收塔从上而下的乙醇胺溶液逆流接触，充分反应，将沼气中的C02体积分数降至3%以下，从吸收塔顶部出来温度为80℃左右的沼气进入塔后冷却器管程，与壳程循环水进行换热后温度降至40C以下，经分离器分离溶液和凝结水后送往CNG压缩机进口气体缓冲罐，缓冲后送往CNG压缩机，将纯化后的沼气压力由0.8  MPa升高至20.0 MPa，高压纯化气经冷却、分离油水后送人气体干燥装置，利用分子筛吸附进一步脱除气体中的水分，达到车用天然气的标准后送往并联操作的2台专用天然气加气柱直接进行计量装车，送往汽车加气站供用户使用。该工段的工艺流程见图3。

    (3)吸收剂再生工段

    吸收塔内与沼气充分接触后吸收了C02的工作液称为富液。富液送溶液换热器与再生塔底部出来的贫液换热，富液温度升至lOOoC以上进入再生塔上部，富液从上而下通过再生塔内填料层，从再生塔底出来的工作液进入溶液煮沸器壳程与管程的低压蒸汽换热，工作液温度升至120。C进入再生塔底部，富液中的C02在再生塔内通过减压及再生塔底工作液加热产生的水蒸汽汽提后解析出来，从再生塔顶引出，经再生气冷却器将温度降至40℃以下进入二氧化碳分离器进行气水分离后就地放空，二氧化碳分离器内分离排出的凝结水可根据系统工作液的总量与浓度，决定是排地沟还是通过回流泵送回再生塔顶部维持系统工作液的水平衡。再生塔底部再生完全的工作液经溶液换热器加热富液回收余热后进入贫液冷却器壳程，与管程循环水换热后温度降至80℃以下，通过溶液过滤器、贫液过滤器过滤机械杂质后送入贫液泵加压至1.2 MPa以上送往吸收塔上部循环使用。

    系统中各冷却设备均采用循环水作为冷却介质，回水全部送至循环水回水总管封闭循环；系统中产生的蒸汽冷凝液全部送回锅炉回收利用；系统设置溶液贮槽用于停车期间贮存系统工作液用，设置地下槽、补液泵用于回收各导淋工作液及补充新鲜工作液，确保成分稳定满足生产需求。

该工段的工艺流程见图4。

    3技术经济评价

    以广西某淀粉厂年产600万m3车用燃气项目为例，该项目于201 1年通过峻工验收，至今已经正常运行3年多，每天可产车用压缩燃气1.4万m3，每立方米综合成本比天然气节约50 010以上，每天供南宁市100多辆出租车使用，相对于汽油，平均每辆车每公里可节约0.2元，每天可节省80余元，每年可增收2万元，运行成本降低了20%。不但给淀粉企业和出租车司机带来经济利益，更实现了节能环保的目标。经南宁市环保监测站对使用该生物燃气的车辆尾气进行检测显示，使用沼气纯化生物燃气的车辆与使用燃油的车辆相比，CO排放量减少20%，C02排放量减少99 010。利用木薯淀粉／酒精高浓度有机废水为原料生产车用压缩燃气的工艺较为简便，在经济上具有巨大的吸引力，该工艺的最大特点是能量利用率高，整个装置设计的保险系数小，大大降低了投资费用，生产稳定性好，产品收率高，质量稳定。据称与其他工艺相比较，在生产成本上占有较大优势。以广西某淀粉厂年产600万m3车用燃气项目为例，单位产品的原材料及公用工程消耗定额见表2。

    4结语

    综上所述，沼气通过净化提纯后可替代天然气使用，并入城市天然气管网或作为车用沼气。该项目对沼气生产企业的沼气向高端技术发展及商品化有重要的意义，有利于工业生产与农业特别是劣质土地非粮食农作物种植相结合，有利于环境保护与循环经济相结合，有利于农产品深加工由单一新产品结构向形成产业链发展，可发挥当地的资源优势，带动地方经济发展，增收农民收入，促进农业现代化。

    5摘要：

    介绍了以有机废水为原料生产沼气，经分离提纯、压缩后生产车用燃料的工艺流程，并对其技术经济进行了评价。