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高效生产生物燃料
作者:Keith Loria
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炼油设备, 生物柴油生产设备, 煤化工设备, ...
生物燃料市场被公认为全球增长最快的行业之一,可想而知,市场对该领域内最新的发展、动向和机遇的关注都呈现出增长的趋势。Keith Loria将就泵产品该如何应对极其多样化的生产技术进行报道。

以往,由于欧洲对柴油燃料及其相关技术欣然接受,因而占据了全球 生物柴油近90%的消耗量。而近来,美国生物柴油的产量一直处于攀升状态。实际上生物柴油一直以来都被美国能源部称为“发展最快的替代燃料”,毫无疑问,生物柴油未来将在该国扮演更加举足轻重的角色。

生物燃料的应用多种多样,泵产品生产厂商要根据客户和生物柴油厂的自身实际需要进行生产。泵对于所有流体处理应用来说都是至关重要的设备,对于生物柴油的生产也是如此。由于对这类“可替代”燃料的环保性和经济性的认识更加深刻;对“如何改善和提高与多种生物燃料相关的生产过程”的需求也更进一步。因此,在泵的配置问题上,我们必须做到“因地制宜”。

威肯泵业(Viking Pump)的产品经理John Hall谈道,“关于哪项是最佳选择,现在揭晓答案还为时过早,因为大多数的此类设施仍处在工厂试验运行阶段,而这些设施也正在探求优化自身工艺的方法,并逐渐意识到选用合宜的泵技术在其中的意义。”

生物柴油和生物气的生产是相对较新的应用,螺杆泵在其中的应用日益增多。许多专家相信,根据泵的特定用途,离心泵或螺杆泵是生物柴油生产的最佳选择。比如,泵送极严酷的中间产品,如具有高挥发性成份的还原甲醇,除了特殊的机械密封还需要特殊的定子。

泵出

螺杆泵(progressing cavity pump)(图1)具备高度成熟的技术设计。近年来的改进包括2/3螺杆几何结构,这种设计比过去几十年所采用的1/2螺杆几何结构具有更高的经济性。此外,露缝接头和优化的冲洗接口经验证是适用于高清洁应用需求的另外两项改进。通过这些特性,螺杆泵不但可以应用于传统的废水和污泥处理领域,还适用于食品、医药及化妆品等行业。

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Hall谈到:“螺杆泵可以实现如1升/分这样的小流量,至1500加仑/分的大流量的控制范围,同时可以在整个流量范围内进行控制。因此,对流量优化的范围是相当广的。”

在处理有机废物时,通常关注最多的就是对机械磨损的防护。不过,生物柴油的生产商却对化学防护最为看重。生物柴油及其前体具有较强的化学侵蚀性,因此,开发出能够实现泵的经济运行的材料尤为关键。

作为生产阿尔维勒泵(Allweiler Pump)的德国TennCom公司的CEO,Kurt-Christian Tennstadt博士说 :“人们必须意识到为每一台泵、每一个部件选用合适的材料的重要性,习惯于依赖设计者和供应商,却不去借鉴他们曾经合作过的生物柴油厂的经验,是不可取的做法。”

生物燃料厂的泵送任务

生物柴油制造的机理就是将植物油与甲醇及某种催化剂(如甲氧基纳)进行混合,并添加硫酸进行pH值的修正。通过酯基转移作用得到生物柴油以及甘油,甘油是具有商业用途的副产品。

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Sam Smith是伦敦的Michael Smith Engineers有限公司的总经理,他告诉我们,用于油罐车装载和卸载的非撬装原料泵通常是在较低的压力下,以相对高得多的流量运行;而在装有成套设备的工厂,许多泵送任务是低流量和较高压力的组合。一些齿轮泵,如Liquiflo齿轮泵经验证是适合这些应用的理想选择。“外齿轮带动流体进入泵体。外齿轮泵送原理(如图2所示)是,它的两个回转齿轮在泵的吸入端松开,空间由小变大(形成真空)使大气压将流体压入泵内。叶轮泵适用于从化学品到液化气体等流体的输送场合(图3)。

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在以较低的压力输送较高流量的场合,离心泵,如Dickow KM系列离心泵为首选。经验证,Dickow离心泵作为无密封的无泄漏泵在这种工况中获得了成功应用,它可应对包括甲醇、精炼或未精炼油品、生物柴油、甘油和水在内的流体。

Smith还补充道,“Dickow泵已证明对泵送植物油、粗制和精炼生物柴油和热沉积液体(hot bottoms liquor)确实有效。薄膜式计量泵已被应用在精确计量甲氧基钠和用于pH值修正的硫酸等场合。”

诸多挑战

起初,许多的泵制造商都低估了来自这些工厂的问题,往往只给它们提供并安装了不能胜任工作的常规泵型。而现在,那些涉足这些领域多年的泵制造商们已经积累了丰富经验,所选用的材料也已经过测试,这些材料通常都容易取得。

在生物柴油生产的阶段,中间产物和最终产品往往都具有较强的化学侵蚀性。Tennstadt评价道,“常规泵型很快就会呈现出受到化学物质侵蚀的迹象,且不久就会失效并需要频繁的维护。很显然,这类泵并不适用于生物柴油的生产。”

鉴于这些原因,每个用于生物柴油生产的泵件都必须具有较高的抗化学侵蚀能力,并且要完全适应于其所输送的液体。找到合适的材料对于设计出能够高效运行的泵产品来说至关重要。

Tennstadt说 :“多年来,不锈钢材料对于泵壳和联接件等金属部件来说,仍是不错的选择。然而,对用于定子的密封件和橡胶件而言,要达到相当的抗侵蚀等级就需要专门的技术诀窍,以及广泛可选的潜在合成材料。”

按照格兰富公司(Grundros)的经理David Considine所述,泵送生物燃料成品的最关键之处在于轴封,其次是弹性材料的选取。同时,对于规格上要求ATEX或EX防爆认证产品的考量也同样重要。他还说,“如果生物燃料的最终产品是洁净和轻质的,那么大多数经过处理的燃料在性质上同样是均一的,这样就可以采用离心叶轮泵进行泵送。而在制造过程中,使用到容积泵的可能性更大。”

技术问题

用于生物柴油厂的泵有时必须从真空端吸入液体,而且要能够应对吸入段液体的高温,这就会产生突出的技术难题。
位于美国加州Redlands的百士吉泵业(PSG)的区域经理Doug Cumpston解释道:“转子和定子需要经过特别设计,以应对75-110℃的温度范围。精确适应热力工况确保泵可以在其整个温度区间内以优化的效率进行工作。对于橡胶定子,这是通过与转子的密切匹配来实现的。”

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阿尔维勒泵以40℃的梯度工作(图4)。当采用由聚四氟乙烯制成的固体材料定子时,对定子(而非转子)进行了调整。在这些情形下,温度梯度就会显著变得更小。此手段可以在所要求的温度范围内实现性能的优化。对于工厂主和产品设计者来说,可以减少替换部件的库存是好消息。新部件可以更快更经济地供应到位 ;此外,部件还可以在泵和泵和工厂和工厂之间进行交换。

Hall说道,许多接触生物燃料的都是农民,他们不具备有关泵或生产工艺的专业知识,因此就不能像一些传统工业里的工人一样解决一些问题。

另外一个难题出现在泵送生物燃料原料的环节,那是因为,用户往往希望在溶液中尽可能少地掺入水分。莫依诺公司(Moyno)的Gary Williams说,“这样一来,得到的产品就会有相当高的固体含量而仅含极少量的水。困难在于泵送原料(图5)时不会再次注水。我们已经完成了大量试验,并已找出了完成这项工作的方法。螺杆泵可以应对类型广泛的产品,所以泵送不同类型的原料自然也不在话下。”

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莫依诺制造的泵采用不同的金属材料,因而可以适应于任何一种可能的过程应用。该公司同时提供各种给料装置,以协助将原料推送入泵(图6)。这使得整个过程更为高效。Williams评价 :“我们甚至还生产用于高固体含量的双螺杆喂料机;也有用于较薄浆体的法兰单元。螺杆泵的计量性能卓越,因而在这方面大大优于其他类型的容积泵。”

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展望

威肯公司的Hall相信,至少有100家不同的公司正在参与生物燃料新技术的开发,因而每年对泵的需求量只会与日俱增。他总结道:“新的原料和工艺层出不穷,由其诞生的最终产品也五花八门。生物燃料可用作民用燃油和工业锅炉燃油;而你的车,和其他类别繁多的末端应用也需要燃料。在这场角逐中,没有哪一项单一的技术可以成为赢家。”(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (9/15/2012)
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