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头条 | 沼气提纯车用CNG加气站的应用关键了解一下!

作者:admin 发布日期: 2019-05-21 二维码分享
头条 | 沼气提纯车用CNG加气站的应用关键了解一下!
沼气净化提纯技术经过多年的发展,已形成一系列的成熟技术。在能源应用上,天然气管网或车用压缩天然气是沼气高值化利用的重要方向。瑞典、德国等欧洲国家在沼气净化提纯制取生物甲烷技术上处于先进地位,基于此,我国在沼气净化提纯领域已引进相关先进技术,实现了车用压缩天然气(CNG)的小规模化生产,推动了我国车用沼气市场的发展。
一、CNG来源
车用压缩天然气(CNG)的主要来源是厌氧消化沼气、垃圾填埋气。厌氧消化沼气通常是指厌氧消化过程中在缺氧的情况下分解有机物质而产生的不同气体的混合物,可以由农业废弃物、粪便、市政垃圾、植物秸秆、污水、植物和食物垃圾为原料产生,其基质、产沼技术和气体收集技术都会影响厌氧消化沼气的组份和产气量。与厌氧消化沼气很相似,垃圾填埋气是填埋场中有机物厌氧消化产生的沼气。其甲烷含量通常比厌氧消化沼气为低,通常还包含填埋气取气过程中渗入的空气带来的氮气和氧气。与农场的厌氧消化沼气相比,垃圾填埋气可以含有很多种痕量气体。按来源和消化器类型的不同,厌氧消化沼气或垃圾填埋气可含有诸如硫化氢,有机挥发物,氨气和硅氧烷等杂质气体。表1为垃圾填埋气、厌氧消化沼气和天然气特性。
表1. 垃圾填埋气、厌氧消化沼气和天然气特性
在用于CNG汽车之前,粗沼气或垃圾填埋气需经提纯、加压后达到CNG利用纯度后直接输送或经槽车送至加气站作为CNG汽车的气源。沼气提纯主要包括预处理与CO2/N2/O2脱除两个步骤。农场沼气典型的能源利用是发电、锅炉燃料,空间和水加热。但也可从厌氧消化器中抽取一股粗沼气提纯为生物质甲烷,压缩到3,600 psig成为CNG,以利于储存和配送。农民可以利用这一可再生的压缩天然气作为车辆和拖拉机的燃料,也可以卖给加气站。图1为自农场到CNG汽车的CNG生产利用流程图,表2为一般规模农场的沼气生产潜能。
 
图1. 自农场到CNG汽车的CNG生产利用流程图
表2. 一般规模农场的沼气生产潜能
二、CNG加气站应用关键
与汽、柴油的加油站不同,CNG加气站不是“一个规模适合所有需求的”。建造零售或车队用途的CNG加气站需要计算车型所需加气量的压力和储量合理性。对站内压缩机尺寸和储气量做出合适的选择会极大地影响加气成本和适合的加气车辆类型。目前有慢充站、快充站和混合充气站三种可选的加气类型。
慢充站:车队中返回基地的车辆在加气站.常使用的是慢充模式。在这些站,所有的车辆都连到加气柱上,同时过夜充气。慢充站将CNG直接充入车内,用车上的燃料箱储存。完整的充气过程大约需要8个小时。.主要的优势是可以采用较小的压缩机,很少或没有储气以降低资本性花费。此外,压缩热可以慢慢耗散,更易于充满。
快充站:快充更适合较小的容积(一次小于50L),间歇充气和需要快速周转的场合(如6分钟或更短),服务于日间车辆的零售加气站可考虑快充能力。
混合充气站:对于需要利用慢充优势,同时又要为外部车辆或内部快充车辆提供服务的加气站,通常采用混合快充和慢充系统。对于快充站来说,与其他运营车队的组织合作共担加气站建设是非常有利的,因为它能提高设施的利用率。
CNG加气站的主要设备是压缩机。压缩机的动态特性、热动力性能、运行可用率和可靠性对于CNG加气站的运行有重大影响。为汽车燃料箱的加注量(因而增加行驶里程),需采用多级压缩机将沼气提纯后的低压(45到290 psig / 3-20 barg)可再生天然气压缩到高压(大约3600 / 248 barg)。此外,由于可再生天然气的小密度和易燃性,压缩机要求很高的密封效率。在此应用下,往复式活塞压缩机是CNG加气站适合的压缩机。
经压缩后的可再生天然气成为压缩生物质甲烷,其体积不到其处于标准大气压下体积的1%。其后通常采用连锁的柱型或球形容器在2900-3600 psig / 200-248 barg的压力下储存和配送。因没有液化压缩,生物质甲烷的体积能量密度约为液化天然气的42%,柴油燃料的25%。压缩生物质甲烷(CBM)可以替代汽油、柴油和丙烷/液化石油气。如前所述,CBM燃烧生成的污染气体比化石燃料少得多。在外泄的情况下也比其它燃料好,因为比空气轻,所以泄漏时散放更快。CBM可用于经过改装的可燃用天然气的传统汽油/内燃机汽车,或是为CNG专用的,或是有分立的汽油燃料系统的,或与其他的燃料如柴油系统并用的(双燃料)。表3为燃料能量当量表。
表3. 燃料能量当量表
天然气汽车(NGV)快充加气站的一个关键设备是CNG储气罐。事实上,美国机械工程师学会(ASME)的标准中地面储存容器确实定义了快充加气的用途。存储量的大小取决于服务车辆的总数,以及每辆车需要的加气量,和车辆充满气要求的时间长度,快充站使车辆能停下并在短时间内充注完成。为更快充气,须从预压缩的储气罐取气。与加油站不同,天然气需储存在地面上。因为是高压储气,故需要在符合ASME标准的容器内储存。储气罐被布置成连锁的气瓶组,即有中、低、高压瓶组。
一般的经验法则是,在三级连锁的布置下仅40%的储气可用于加注。亦即一个30,000立方英尺的储气连锁罐可以快充12,000立方英尺的天然气,这大约相当于96加仑的汽油当量。表4为体积和能量换算表。一个优先顺序控制盘控制压缩机向高压、中压和低压瓶组充气。在加气时,车辆首先从低压瓶组取气,然后依次从中、高压瓶组取气。压缩机依次向高、中、低压瓶组补气。

表4. 体积和能量换算表
三、结语
目前,沼气用于做饭、照明、工业用热和蒸汽生产,这类传统低附加值的利用方式已经不适合沼气产业的规模化与商业化发展方向。中国沼气正处于迅速发展阶段,车用沼气的市场前景广阔,需求多种多样。在发展规模化沼气净化提纯技术的同时,一方面应当进行技术改进,借鉴国外经验,实现沼气生产的小规模化,使沼气净化更加普及;另一方面应加大对沼气压缩、管道输送和罐装储存使用的研发力度,实现车用沼气的普及,切实缓解中国面临的严峻能源及生态危机,发挥沼气能源巨大的经济、环境和社会效益。

来源:沼气圈



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