车用沼气纯化装置试验研究

论文摘要

课题以沼气纯化为背景,针对规模150m3的辅热集箱式沼气工程设计出一套车用沼气纯化装置,对其所产沼气进行过滤、提纯性能测试与研究,并得出相关数据及结论。沼气经过纯化装置后甲烷含量可达93%以上,为沼气作为车用燃料替代车用天然气燃料的研究提供技术参考。本文主要研究了国内外沼气纯化工艺技术现状及进展,并针对150m3规模辅热集箱沼气工程所产的沼气气质,研究了车用沼气纯化工艺及其纯化装置,分析了车用沼气纯化装置的技术经济可行性。通过试验研究,本文得出如下结论:1、以养猪粪便为原料的150m3规模辅热集箱式沼气工程生产的沼气组成为甲烷（CH4）含量60.8%、二氧化碳含量（CO2）31.6%、一氧化碳（CO）1.02%、氢气（H2）3.24%、水分34mg/m3及其它气体。2、该沼气经过车用沼气纯化装置处理后,甲烷（CH4）含量可提高到93.1%,一氧化碳（CO）1.02%、氢气（H2）3.24%。达到车用燃气标准。3、在车用沼气纯化装置脱硫化氢单元的研究分析中表明,选择合适的脱硫剂颗粒直径、环境温度、流速等条件,硫化氢可以完全被除去。由于硫化氢（H2S）含量较低,所以甲烷含量没有明显的增高。实验得出所设计脱硫化氢单元在72小时需换料一次,脱硫剂失效后可加热再生,循环使用,工作时可采用两个脱硫器替换使用来保证脱硫的顺利进行。4、沼气经过车用沼气纯化装置的除二氧化碳单元后,甲烷（CH4）含量由原来的60.8%提高到89.6%,在0-6.5小时内脱碳效果在99%以上,即在一个换料周期6.5小时内,经过脱碳后的沼气二氧化碳（CO2）含量小于0.1%。换料时可关闭阀门,即时换料。5、沼气经过车用沼气纯化装置除水干燥单元后,气体含量为甲烷（CH4）93.1%,一氧化碳（CO）1.02%,氢气（H2）3.24%。可以达到车用燃气标准,实验得出所设计除水干燥单元在32小时需换料一次,干燥剂失效后可除水再生,循环使用,工作时可采用两个干燥器替换使用来保证干燥过程的顺利进行。6、整个车用沼气纯化装置处理效果明显,经过技术经济评价分析,其项目净现值为1243元,静态投资回收期为5.9年,具有显著的经济效益、社会效益及生态效益,特别是在缓解我国能源危机方面有着重大的意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究目的及意义
• 1.3 研究内容及方法
• 1.4 创新点
• 2 沼气的来源及特性
• 2.1 沼气的来源
• 2.2 沼气的组分
• 2.3 沼气的物理特性
• 2.3.1 沼气的密度、相对密度
• 2.3.2 沼气的湿含量
• 2.4 沼气的燃烧特性
• 2.4.1 沼气的燃烧特点
• 2.4.2 沼气的着火及其理论空气需要量
• 2.4.3 沼气的实际空气需要量及其过量空气系数
• 2.4.4 沼气的燃烧产物
• 2.4.5 沼气的热值
• 2.4.6 沼气的燃烧温度及燃烧火焰传播速度
• 2.4.7 沼气中各单一可燃气体的燃烧性能参数及沼气的的主要特性参数
• 2.5 车用沼气的技术特性
• 3 沼气纯化技术现状
• 3.1 国内沼气纯化技术现状
• 3.2 国外沼气纯化技术现状
• 3.3 沼气脱硫技术概述
• 3.3.1 氧化铁脱硫法
• 3.3.2 碳酸钠吸收法
• 3.3.3 生物氧化法
• 3.3.4 活性炭法
• 3.3.5 通过膜分离方法
• 3.4 沼气除二氧化碳技术研究概述
• 3.4.1 热钾碱法
• 3.4.2 氨水法
• 3.4.3 变压吸附法（PSA）
• 3.4.4 膜分离法
• 3.5 沼气干燥技术概述
• 3.5.1 冷分离法
• 3.5.2 液体溶剂吸收法
• 3.5.3 固体物理吸收法
• 4 车用沼气纯化装置的设计
• 4.1 设计依据与方案优化
• 4.1.1 设计依据的标准
• 4.1.2 设计原则与目标
• 4.1.3 设计技术路线及优化方案
• 4.2 车用沼气纯化系统装置设计
• 4.2.1 脱硫化氢单元
• 4.2.2 除二氧化碳单元
• 4.2.3 除水干燥单元
• 4.3 车用沼气纯化装置总体设计
• 5 车用沼气纯化装置运行性能试验研究
• 5.1 试验仪器及方法
• 5.1.1 试验仪器
• 5.1.2 试验步骤
• 5.1.3 试验中测试方法
• 5.2 试验结果分析
• 5.2.1 纯化装置进口处沼气成分及特性分析
• 5.2.2 脱硫试验分析
• 5.2.3 除二氧化碳试验分析
• 5.2.4 干燥试验分析
• 5.3 结论分析
• 6. 车用沼气纯化装置经济可行性分析
• 6.1 经济效益
• 6.2 社会效益及生态效益
• 7. 总结及展望
• 7.1 总结
• 7.2 课题研究展望
• 参考文献
• ABSTRACT
• 附图