沼氣液化抽取生物質(zhì)LNG關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、由于化石能源緊缺，價格上漲及其所引起的環(huán)境污染問題使沼氣能源的利用成為近年來研究熱點。沼氣液化能提高沼氣能量密度和燃燒特性，使其可作為清潔能源替代天然氣用于生產(chǎn)生活領(lǐng)域，同時也能解決沼氣儲存、運輸困難問題，是實現(xiàn)沼氣綜合化、規(guī)?；玫闹匾夹g(shù)手段。液化后的沼氣稱為生物質(zhì)LNG（Liquefied Natural Gas），然而與天然氣相比，沼氣存在甲烷含量低、二氧化碳含量高、凈化工藝不完善、液化系統(tǒng)能耗高等問題，制約著沼氣液化技術(shù)的發(fā)

2、展。
　　 本文在深入分析研究國內(nèi)外沼氣凈化與液化技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究沼氣液化制取生物質(zhì)LNG的關(guān)鍵技術(shù)問題;根據(jù)厭氧發(fā)酵理論，以黃儲玉米秸稈作為原料，研究了密閉存放的預(yù)處理方法對秸稈中纖維素和半纖維素降解率的影響，以及秸稈與其他發(fā)酵原料混合發(fā)酵對沼氣產(chǎn)量和甲烷含量的影響?；谙嗥胶饫碚?，采用低溫液化冷能技術(shù)，對二氧化碳的分離進行了研究;依據(jù)熱力學(xué)焓熵(炯)理論，研究工藝參數(shù)對沼氣液化系統(tǒng)的(炯)損失影響;在深入分析天然氣液化

3、流程的基礎(chǔ)上，研究了沼氣液化系統(tǒng)中的工藝參數(shù)對系統(tǒng)能耗的影響;將撬裝化設(shè)計技術(shù)引入沼氣液化系統(tǒng)，建立了凈化與液化耦合的沼氣液化系統(tǒng)。
　　 以厭氧發(fā)酵理論為指導(dǎo)，研究了黃儲玉米秸稈密閉處理培育自然菌種提高纖維素降解的預(yù)處理方法。對玉米秸稈進行了CMC酶、木聚糖酶、濾紙酶及外切酶的酶活分析，發(fā)現(xiàn)中層秸稈酶活比底層高;對玉米秸桿分別與牛糞、污泥混合發(fā)酵進行實驗研究，得到了甲烷含量較高的發(fā)酵原料的混合比例。實驗表明黃儲玉米秸稈合理儲存

4、既能培養(yǎng)微生物又可以降低預(yù)處理成本。
　　 基于液化冷能技術(shù)，構(gòu)建了適用于分離沼氣中二氧化碳的凈化系統(tǒng)。模擬分析了壓力和溫度對二氧化碳分離的影響規(guī)律，利用氣液相狀態(tài)方程計算了該系統(tǒng)的熱力學(xué)工藝參數(shù)，結(jié)果表明該系統(tǒng)技術(shù)適合分離二氧化碳含量在20％～50％的沼氣，分離后沼氣中二氧化碳摩爾分數(shù)降至9％以下;通過實驗優(yōu)化了低溫液化分離二氧化碳的工藝條件:在壓力3.7MPa、溫度-78.5℃、流量0.8g/s條件下，沼氣中的甲烷體積分數(shù)由

5、58.2％提高到82.8％，二氧化碳體積分數(shù)由36.4％下降到8.8％。
　　 基于熱力學(xué)焓熵(炯)理論，研究了沼氣液化系統(tǒng)的(炯)變化規(guī)律。設(shè)計混合制冷劑沼氣液化流程，模擬系統(tǒng)中設(shè)備(炯)損失分布，結(jié)果表明沼氣液化系統(tǒng)(炯)損失最大的設(shè)備是壓縮機，其次是換熱器和冷卻器;建立小型實驗平臺，對混合制冷劑沼氣液化體系進行實驗研究，提出了沼氣液化后的閃蒸氣體預(yù)冷液化系統(tǒng)內(nèi)混合制冷劑的節(jié)能方法，實驗結(jié)果表明:采用該節(jié)能方案后，壓縮機的(

6、炯)損失減少12.2％，冷卻器的(炯)損失減少27.2％，實驗證明了該方法的有效性。
　　 基于熱力學(xué)最小能耗原理，設(shè)計氮氣膨脹、混合制冷劑兩種液化系統(tǒng)，模擬得出系統(tǒng)中壓縮機、冷卻器功耗及沼氣液化率等性能參數(shù)，分析了各換熱器中管路換熱負荷—溫度的分布情況，得到了多組元混合制冷劑在換熱器中相變耦合的性能曲線;研究了制冷劑級數(shù)對液化系統(tǒng)的影響，研究表明帶預(yù)冷混合制冷劑的流程能耗低于單級制冷流程能耗;分析了該流程中的各參數(shù)對壓縮機的比

7、功耗與比冷卻水負荷影響，得到了高、低壓制冷劑的壓力、溫度、沼氣及制冷劑中組分變化等對液化系統(tǒng)比能耗的影響規(guī)律。
　　 在深入研究小型天然氣撬裝化系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將撬裝化與模塊化引入沼氣液化系統(tǒng)，建立了凈化與液化耦合的沼氣撬裝化液化系統(tǒng)。采用低溫液化分離二氧化碳的凈化系統(tǒng)與預(yù)冷和混合制冷耦合的冷箱，得出液化系統(tǒng)的全流程節(jié)點的溫度、壓力、摩爾焓、摩爾熵、摩爾流量和氣相分數(shù)。結(jié)果表明:生物質(zhì)LNG液化率為0.9242，系統(tǒng)的能耗為0.45