生物燃料市場被公認為全球增長最快的行業之一,可想而知,市場對該領域內最新的發展、動向和機遇的關注都呈現出增長的趨勢。keithloria將就泵產品該如何應對極其多樣化的生產技術進行報道。以往,由于歐洲對柴油燃料及其相關技術欣然接受,因而占據了全球生物柴油近90%的消耗量。而近來,美國生物柴油的產量一直處于攀升狀態。實際上生物柴油一直以來都被美國能源部稱為“發展最快的替代燃料”,毫無疑問,生物柴油未來將在該國扮演更加舉足輕重的角色。生物燃料的應用多種多樣,泵產品生產廠商要根據客戶和生物柴油廠的自身實際需要進行生產。泵對于所有流體處理應用來說都是至關重要的設備,對于生物柴油的生產也是如此。

由于對這類“可替代”燃料的環保性和經濟性的認識更加深刻;對“如何改善和提高與多種生物燃料相關的生產過程”的需求也更進一步。因此,在泵的配置問題上,我們必須做到“因地制宜”。關于哪項是最佳選擇,現在揭曉答案還為時過早,因為大多數的此類設施仍處在工廠試驗運行階段,而這些設施也正在探求優化自身工藝的方法,并逐漸意識到選用合宜的泵技術在其中的意義。生物柴油和生物氣的生產是相對較新的應用,螺桿泵在其中的應用日益增多。許多專家相信,根據泵的特定用途,離心泵或螺桿泵是生物柴油生產的最佳選擇。

比如,泵送極嚴酷的中間產品,如具有高揮發性成份的還原甲醇,除了特殊的機械密封還需要特殊的定子。泵出螺桿泵(progressingcavitypump)(圖1)具備高度成熟的技術設計。近年來的改進包括2/3螺桿幾何結構,這種設計比過去幾十年所采用的1/2螺桿幾何結構具有更高的經濟性。此外,露縫接頭和優化的沖洗接口經驗證是適用于高清潔應用需求的另外兩項改進。通過這些特性,螺桿泵不但可以應用于傳統的廢水和污泥處理領域,還適用于食品、醫藥及化妝品等行業。hall談到:“螺桿泵可以實現如1升/分這樣的小流量,至1500加侖/分的大流量的控制范圍,同時可以在整個流量范圍內進行控制。因此,對流量優化的范圍是相當廣的。”在處理有機廢物時,通常關注最多的就是對機械磨損的防護。

不過,生物柴油的生產商卻對化學防護最為看重。生物柴油及其前體具有較強的化學侵蝕性,因此,開發出能夠實現泵的經濟運行的材料尤為關鍵。作為生產阿爾維勒泵(allweilerpump)的德國tenncom公司的ceo,kurt-christiantennstadt博士說:“人們必須意識到為每一臺泵、每一個部件選用合適的材料的重要性,習慣于依賴設計者和供應商,卻不去借鑒他們曾經合作過的生物柴油廠的經驗,是不可取的做法。”生物燃料廠的泵送任務生物柴油制造的機理就是將植物油與甲醇及某種催化劑(如甲氧基納)進行混合,并添加硫酸進行ph值的修正。通過酯基轉移作用得到生物柴油以及甘油,甘油是具有商業用途的副產品。samsmith是倫敦的michaelsmithengineers有限公司的總經理,他告訴我們,用于油罐車裝載和卸載的非撬裝原料泵通常是在較低的壓力下,以相對高得多的流量運行;而在裝有成套設備的工廠,許多泵送任務是低流量和較高壓力的組合。一些齒輪泵,如liquiflo齒輪泵經驗證是適合這些應用的理想選擇。“外齒輪帶動流體進入泵體。外齒輪泵送原理(如圖2所示)是,它的兩個回轉齒輪在泵的吸入端松開,空間由小變大(形成真空)使大氣壓將流體壓入泵內。葉輪泵適用于從化學品到液化氣體等流體的輸送場合(圖3)。

在以較低的壓力輸送較高流量的場合,離心泵,如dickowkm系列離心泵為首選。經驗證,dickow離心泵作為無密封的無泄漏泵在這種工況中獲得了成功應用,它可應對包括甲醇、精煉或未精煉油品、生物柴油、甘油和水在內的流體。smith還補充道,“dickow泵已證明對泵送植物油、粗制和精煉生物柴油和熱沉積液體(hotbottomsliquor)確實有效。薄膜式計量泵已被應用在精確計量甲氧基鈉和用于ph值修正的硫酸等場合。”諸多挑戰起初,許多的泵制造商都低估了來自這些工廠的問題,往往只給它們提供并安裝了不能勝任工作的常規泵型。

而現在,那些涉足這些領域多年的泵制造商們已經積累了豐富經驗,所選用的材料也已經過測試,這些材料通常都容易取得。在生物柴油生產的階段,中間產物和最終產品往往都具有較強的化學侵蝕性。tennstadt評價道,“常規泵型很快就會呈現出受到化學物質侵蝕的跡象,且不久就會失效并需要頻繁的維護。很顯然,這類泵并不適用于生物柴油的生產。”鑒于這些原因,每個用于生物柴油生產的泵件都必須具有較高的抗化學侵蝕能力,并且要完全適應于其所輸送的液體。找到合適的材料對于設計出能夠高效運行的泵產品來說至關重要。tennstadt說:“多年來,不銹鋼材料對于泵殼和聯接件等金屬部件來說,仍是不錯的選擇。然而,對用于定子的密封件和橡膠件而言,要達到相當的抗侵蝕等級就需要專門的技術訣竅,以及廣泛可選的潛在合成材料。”按照格蘭富公司(grundros)的經理davidconsidine所述,泵送生物燃料成品的最關鍵之處在于軸封,其次是彈性材料的選取。同時,對于規格上要求atex或ex防爆認證產品的考量也同樣重要。他還說,“如果生物燃料的最終產品是潔凈和輕質的,那么大多數經過處理的燃料在性質上同樣是均一的,這樣就可以采用離心葉輪泵進行泵送。而在制造過程中,使用到容積泵的可能性更大。

”技術問題用于生物柴油廠的泵有時必須從真空端吸入液體,而且要能夠應對吸入段液體的高溫,這就會產生突出的技術難題。位于美國加州redlands的百士吉泵業(psg)的區域經理dougcumpston解釋道:“轉子和定子需要經過特別設計,以應對75-110℃的溫度范圍。精確適應熱力工況確保泵可以在其整個溫度區間內以優化的效率進行工作。對于橡膠定子,這是通過與轉子的密切匹配來實現的。”阿爾維勒泵以40℃的梯度工作(圖4)。當采用由聚四氟乙烯制成的固體材料定子時,對定子(而非轉子)進行了調整。在這些情形下,溫度梯度就會顯著變得更小。此手段可以在所要求的溫度范圍內實現性能的優化。對于工廠主和產品設計者來說,可以減少替換部件的庫存是好消息。

新部件可以更快更經濟地供應到位;此外,部件還可以在泵和泵和工廠和工廠之間進行交換。hall說道,許多接觸生物燃料的都是農民,他們不具備有關泵或生產工藝的專業知識,因此就不能像一些傳統工業里的工人一樣解決一些問題。另外一個難題出現在泵送生物燃料原料的環節,那是因為,用戶往往希望在溶液中盡可能少地摻入水分。莫依諾公司(moyno)的garywilliams說,“這樣一來,得到的產品就會有相當高的固體含量而僅含極少量的水。困難在于泵送原料(圖5)時不會再次注水。我們已經完成了大量試驗,并已找出了完成這項工作的方法。螺桿泵可以應對類型廣泛的產品,所以泵送不同類型的原料自然也不在話下。”莫依諾制造的泵采用不同的金屬材料,因而可以適應于任何一種可能的過程應用。該公司同時提供各種給料裝置,以協助將原料推送入泵(圖6)。這使得整個過程更為高效。

williams評價:“我們甚至還生產用于高固體含量的雙螺桿喂料機;也有用于較薄漿體的法蘭單元。螺桿泵的計量性能卓越,因而在這方面大大優于其他類型的容積泵。”展望威肯公司的hall相信,至少有100家不同的公司正在參與生物燃料新技術的開發,因而每年對泵的需求量只會與日俱增。他總結道:“新的原料和工藝層出不窮,由其誕生的最終產品也五花八門。生物燃料可用作民用燃油和工業鍋爐燃油;而你的車,和其他類別繁多的末端應用也需要燃料。在這場角逐中,沒有哪一項單一的技術可以成為贏家。”