頭條 | 沼氣提純車用CNG加氣站的應用關鍵了解一下！
沼氣凈化提純技術經過多年的發展，已形成一系列的成熟技術。在能源應用上，天然氣管網或車用壓縮天然氣是沼氣高值化利用的重要方向。瑞典、德國等歐洲國家在沼氣凈化提純制取生物甲烷技術上處于**地位，基于此，我國在沼氣凈化提純領域已引進相關**技術，實現了車用壓縮天然氣（CNG）的小規模化生產，推動了我國車用沼氣市場的發展。
一、CNG來源
車用壓縮天然氣（CNG）的主要來源是厭氧消化沼氣、垃圾填埋氣。厭氧消化沼氣通常是指厭氧消化過程中在缺氧的情況下分解有機物質而產生的不同氣體的混合物，可以由農業廢棄物、糞便、市政垃圾、植物秸稈、污水、植物和食物垃圾為原料產生，其基質、產沼技術和氣體收集技術都會影響厭氧消化沼氣的組份和產氣量。與厭氧消化沼氣很相似，垃圾填埋氣是填埋場中有機物厭氧消化產生的沼氣。其甲烷含量通常比厭氧消化沼氣為低，通常還包含填埋氣取氣過程中滲入的空氣帶來的氮氣和氧氣。與農場的厭氧消化沼氣相比，垃圾填埋氣可以含有很多種痕量氣體。按來源和消化器類型的不同，厭氧消化沼氣或垃圾填埋氣可含有諸如硫化氫，有機揮發物，氨氣和硅氧烷等雜質氣體。表1為垃圾填埋氣、厭氧消化沼氣和天然氣特性。
表1. 垃圾填埋氣、厭氧消化沼氣和天然氣特性
在用于CNG汽車之前，粗沼氣或垃圾填埋氣需經提純、加壓后達到CNG利用純度后直接輸送或經槽車送至加氣站作為CNG汽車的氣源。沼氣提純主要包括預處理與CO2/N2/O2脫除兩個步驟。農場沼氣典型的能源利用是發電、鍋爐燃料，空間和水加熱。但也可從厭氧消化器中抽取一股粗沼氣提純為生物質甲烷，壓縮到3,600 psig成為CNG，以利于儲存和配送。農民可以利用這一可再生的壓縮天然氣作為車輛和拖拉機的燃料，也可以賣給加氣站。圖1為自農場到CNG汽車的CNG生產利用流程圖，表2為一般規模農場的沼氣生產潛能。
 
圖1. 自農場到CNG汽車的CNG生產利用流程圖
表2. 一般規模農場的沼氣生產潛能
二、CNG加氣站應用關鍵
與汽、柴油的加油站不同，CNG加氣站不是“一個規模適合所有需求的”。建造零售或車隊用途的CNG加氣站需要計算車型所需加氣量的壓力和儲量合理性。對站內壓縮機尺寸和儲氣量做出合適的選擇會極大地影響加氣成本和適合的加氣車輛類型。目前有慢充站、快充站和混合充氣站三種可選的加氣類型。
慢充站：車隊中返回基地的車輛在加氣站.常使用的是慢充模式。在這些站，所有的車輛都連到加氣柱上，同時過夜充氣。慢充站將CNG直接充入車內，用車上的燃料箱儲存。完整的充氣過程大約需要8個小時。.主要的優勢是可以采用較小的壓縮機，很少或沒有儲氣以降低資本性花費。此外，壓縮熱可以慢慢耗散，更易于充滿。
快充站：快充更適合較小的容積（一次小于50L），間歇充氣和需要快速周轉的場合（如6分鐘或更短），服務于日間車輛的零售加氣站可考慮快充能力。
混合充氣站：對于需要利用慢充優勢，同時又要為外部車輛或內部快充車輛提供服務的加氣站，通常采用混合快充和慢充系統。對于快充站來說，與其他運營車隊的組織合作共擔加氣站建設是非常有利的，因為它能提高設施的利用率。
CNG加氣站的主要設備是壓縮機。壓縮機的動態特性、熱動力性能、運行可用率和可靠性對于CNG加氣站的運行有重大影響。為汽車燃料箱的加注量（因而增加行駛里程），需采用多級壓縮機將沼氣提純后的低壓（45到290 psig / 3-20 barg）可再生天然氣壓縮到高壓（大約3600 / 248 barg）。此外，由于可再生天然氣的小密度和易燃性，壓縮機要求很高的密封效率。在此應用下，往復式活塞壓縮機是CNG加氣站適合的壓縮機。
經壓縮后的可再生天然氣成為壓縮生物質甲烷，其體積不到其處于標準大氣壓下體積的1%。其后通常采用連鎖的柱型或球形容器在2900-3600 psig / 200-248 barg的壓力下儲存和配送。因沒有液化壓縮，生物質甲烷的體積能量密度約為液化天然氣的42%，柴油燃料的25%。壓縮生物質甲烷（CBM）可以替代汽油、柴油和丙烷/液化石油氣。如前所述，CBM燃燒生成的污染氣體比化石燃料少得多。在外泄的情況下也比其它燃料好，因為比空氣輕，所以泄漏時散放更快。CBM可用于經過改裝的可燃用天然氣的傳統汽油/內燃機汽車，或是為CNG專用的，或是有分立的汽油燃料系統的，或與其他的燃料如柴油系統并用的（雙燃料）。表3為燃料能量當量表。
表3. 燃料能量當量表
天然氣汽車（NGV）快充加氣站的一個關鍵設備是CNG儲氣罐。事實上，美國機械工程師學會（ASME）的標準中地面儲存容器確實定義了快充加氣的用途。存儲量的大小取決于服務車輛的總數，以及每輛車需要的加氣量，和車輛充滿氣要求的時間長度，快充站使車輛能停下并在短時間內充注完成。為更快充氣，須從預壓縮的儲氣罐取氣。與加油站不同，天然氣需儲存在地面上。因為是高壓儲氣，故需要在符合ASME標準的容器內儲存。儲氣罐被布置成連鎖的氣瓶組，即有中、低、高壓瓶組。
一般的經驗法則是，在三級連鎖的布置下僅40%的儲氣可用于加注。亦即一個30,000立方英尺的儲氣連鎖罐可以快充12,000立方英尺的天然氣，這大約相當于96加侖的汽油當量。表4為體積和能量換算表。一個優先順序控制盤控制壓縮機向高壓、中壓和低壓瓶組充氣。在加氣時，車輛首先從低壓瓶組取氣，然后依次從中、高壓瓶組取氣。壓縮機依次向高、中、低壓瓶組補氣。

表4. 體積和能量換算表
三、結語
目前，沼氣用于做飯、照明、工業用熱和蒸汽生產，這類傳統低附加值的利用方式已經不適合沼氣產業的規模化與商業化發展方向。中國沼氣正處于迅速發展階段，車用沼氣的市場前景廣闊，需求多種多樣。在發展規模化沼氣凈化提純技術的同時，一方面應當進行技術改進，借鑒國外經驗，實現沼氣生產的小規模化，使沼氣凈化更加普及；另一方面應加大對沼氣壓縮、管道輸送和罐裝儲存使用的研發力度，實現車用沼氣的普及，切實緩解中國面臨的嚴峻能源及生態危機，發揮沼氣能源巨大的經濟、環境和社會效益。

來源(yuan)：沼(zhao)氣圈