利用γ型斯特林发动机实现生物甲醇副产尾气热电联产：提升能量回收效率的创新策略

《Renewable Energy》：Utilization of Off-gas from Biomethanol Production for Combined Heat Recovery and Power Generation Using a Gamma-type Stirling Engine Assembled with a Heat Recovery Unit

本综述系统探讨了利用γ型斯特林发动机（Stirling Engine）耦合热回收装置，将生物甲醇生产过程中产生的尾气进行热电联产的技术路径。研究通过优化沼气中CH4比例（30%–70%）及回收废甲醇（20%浓度），显著提高生物甲醇产率与尾气低热值（LHV）。实验表明，斯特林发动机可实现4–5 W功率输出，结合热交换器进行废热回收后，系统能效提升至33.63%，为工业级生物甲醇系统的能量循环与CO2减排提供了关键技术支撑。

　　

Highlight

甲醇合成

采用两步法甲醇合成工艺，并使用两个固定床反应器。第一和第二反应器中分别装填5 kg催化剂A和催化剂B。实验装置由Owner Food Machinery Co., Ltd（泰国曼谷）提供，其详细设备与装配如图1所示。在生产生物甲醇时，使用了一般组成为50% CH₄和50% CO₂的沼气，并通过体积比调节使CH₄比例分别达到30%（低）、50%（中）和70%（高）。

案例1——无尾气循环的甲醇合成

在CH₄比例为30%、50%和70%的条件下，每日粗甲醇产率分别为71.88 g/h、83.33 g/h和107.42 g/h，其对应纯度均超过95%（分别为95.98%、96.50%和96.95%）。杂质包括水（约50,000 ppm）、乙醇（2000 ppm）、丙酮（300 ppm）和异丙醇（120 ppm）。其中主要杂质——水，是通过CO₂加氢反应（CO₂ + 3H₂ ? CH₃OH + H₂O）和逆水煤气变换（RWGS）反应（CO₂ + H₂ ? CO + H₂O）生成的。甲醇合成主要倾向于CO加氢路径（CO + 2H₂ ? CH₃OH）。

结论

本研究探讨了利用不同组分沼气高效生产生物甲醇的潜力，并评估了将副产尾气作为斯特林发动机燃料，结合余热换热器进行热电联产的可行性。结果表明，在使用20%浓度回收甲醇且不进行尾气循环时（案例3），系统效率达到50%–70%，生物甲醇产率……