【摘要】：由于化石能源緊缺,價(jià)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(diǎn)。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(shí)也能解決沼氣儲存、運(yùn)輸困難問題,是實(shí)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)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(jìn)行了研究；依據(jù)熱力學(xué)焓熵(?)理論,研究工藝參數(shù)對沼氣液化系統(tǒng)的(?)損失影響;在深入分析天然氣液化流程的基礎(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(jì)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(jìn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,得到了甲烷含量較高的發(fā)酵原料的混合比例。實(shí)驗(yàn)表明黃儲玉米秸稈合理儲存既能培養(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(jì)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?jǐn)?shù)降至9%以下；通過實(shí)驗(yàn)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?jǐn)?shù)由58.2%提高到82.8%,二氧化碳體積分?jǐn)?shù)由36.4%下降到8.8%。 基于熱力學(xué)焓熵(?)理論,研究了沼氣液化系統(tǒng)的(?)變化規(guī)律。設(shè)計(jì)混合制冷劑沼氣液化流程,模擬系統(tǒng)中設(shè)備(?)損失分布,結(jié)果表明沼氣液化系統(tǒng)(?)損失最大的設(shè)備是壓縮機(jī),其次是換熱器和冷卻器；建立小型實(shí)驗(yàn)平臺,對混合制冷劑沼氣液化體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用該節(jié)能方案后,壓縮機(jī)的(?)損失減少12.2%,冷卻器的(?)損失減少27.2%,實(shí)驗(yàn)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(jì)氮?dú)馀蛎�、混合制冷劑兩種液化系統(tǒng),模擬得出系統(tǒng)中壓縮機(jī)、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(fù)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(jī)的比功耗與比冷卻水負(fù)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(diǎn)的溫度、壓力、摩爾焓、摩爾熵、摩爾流量和氣相分?jǐn)?shù)。結(jié)果表明：生物質(zhì)LNG液化率為0.9242,系統(tǒng)的能耗為0.455kWh/Nm3
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2687008