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天然的沼气热值和转化率都较低且应用范围受限,而沼气经浓缩净化后则可提高成分中甲烷的相对含量,其热值及转化率增加,应用范围也大大扩展,浓缩后的甲烷通常称为生物质甲烷。沼气灌装工艺及集成装备技术即是对生物质甲烷技术的研究探索,论文研究开发出了一套工艺及集成装备,主要做了以下工作:
首先,系统研究了沼气的基本概念及组分的热物理性质,为沼气的深入开发奠定了理论基础。
其次,对沼气的农业和工业气源状况进行了系统分析,对国内的一些大中型沼气工程案例进行了研究,为灌装工艺及装备技术的应用限定了开发范围。
第三,对沼气甲烷化做了工艺研究,结合天然气生产状况,结合工艺设计原则,提出沼气提品的最核心三个工艺为:脱碳、脱硫和脱水,提出沼气灌装的关键工艺是增压。对几个工艺方案进行了对比,结合效率、成本等指标,优化了流程。
第四,针对广西农业厅坛洛生态园180立方米沼气池进行了灌装工艺和集成装备设计,对集成装备进行了阻力损失计算,得出设计的功能集成装备能够达到压力要求。
第五,为了验证工艺及装备的可行性,对180立方米中型沼气池进行了工业试验,主要进行了灌装试验、燃烧试验、气体成分检测试验。结合试验结果,对工艺和装备进行了性能评价、成本概算和诊断分析。得出设计工艺和装备基本可行,但功能设备效率较低,局部需要优化改进。
第六,结合试验情况对灌装工艺及设备进行了全面反求思考,诊断出灌装工艺及装备的不足,并进行了优化改进。针对化学脱碳性能的不足,结合甲烷和二氧化碳的物性差异,提出在高压压缩机中间级设计高压气液分离器进行物理分离的方法;针对试验工艺的功能缺陷与不足,对灌装工艺进行了优化反求设计;针对灌装中氮气和氧气的干扰,对灌装操作进行了改进;针对试验过程中润滑油的失效问题,提出了配制并采用新型润滑油的方法;针对装置的不足,提出了采用新型轻质钢瓶,并在关键点上装设一些重要测定仪器的方法。之后对工业灌装进行了全面展望思考,提出大中型沼气工程开发的层次性,提出中型沼气工程适于开发移动式集成功能装备,大型沼气工程适于采用液化工艺,进行固定化生产。
最后,对大、中型沼气工程分别做了开发研究,分别提出了技术开发路线。