秸稈沼氣發(fā)酵工藝流程

1、沼氣發(fā)酵工藝流程從全社會能源消費與供給的發(fā)展趨勢，隨著工業(yè)化發(fā)展進程使得礦物質能源日趨枯竭，盡管這是未來將會發(fā)生的事，當然也是歷史發(fā)展的必然結果，將會引起全社會的關注。世界各國都在尋求可再生的替代能源，雖然探礦開采不會立即結束，但是可再生能源的試生產也要立即開始，甚至早已經開始了。沼氣工程作為即可處理廢棄的有機物又可從中回收能源，這是采用現代化技術開發(fā)生物質能源利用的重要組成部分，也是沼氣工程產業(yè)將會乘勝發(fā)展的必然。我國的沼氣產業(yè)已從單純的能源利用發(fā)展成為廢棄物處理和生物質多層次綜合利用，并與養(yǎng)殖、種植業(yè)廣泛結合，在農村生產和生活中發(fā)揮了重要作用沼氣發(fā)酵技術確切的應該稱為厭氧發(fā)酵技術，是指從發(fā)

2、酵原料到產出沼氣的整個過程，所采用的技術和方法。沼氣發(fā)酵技術主要 包括原料的預處理，接種物的選取和富集，發(fā)酵器（在厭氧發(fā)酵過程中的發(fā)酵器也稱反應器，是沼氣發(fā)酵罐、沼氣池、厭氧發(fā)酵裝置的統(tǒng)稱 ）結構的設計，工程起動和日常運行管理等一系列技術措施。其流程圖如下所示：進料池青貯秸稈粉碎預處理厭氧發(fā)酵產氣凈化（脫水，脫硫）氣柜沼液沼渣（再利用）1.秸稈預處理：1.1.預處理：農作物秸稈通常是由木質素、纖維素、半纖維素、果膠和蠟質等化合物組成，其產氣特點是分解速度較慢，產氣周期較長。使用這種原料在入池前需進行預處理，以提高產氣效果。常用的預處理方法有物理、化學與生物方法等。物理方法主要有切碎、粉碎、汽爆

3、等。生物法的研究主要集中在菌種的篩選和發(fā)酵條件優(yōu)化方面。目前研究最多的微生物是白腐真菌。生物方法具有環(huán)境友好、處理效率高等優(yōu)點，但需要無菌操作條件和專門的培養(yǎng)設施，目前有關研究較多，實際應用很少?；瘜W法主要利用酸和堿等化學物質對秸稈進行預處理，通過化學作用破壞秸稈的內部結構，從而提高秸稈的厭氧消化性能。化學法具有處理方法簡單、時間短、效果好等優(yōu)點，但化學處理劑有可能產生二次污染。1.2.青貯：青貯池設計以為矩形，若有多個青貯池可并聯或串聯使用。粉碎的秸稈貯入青貯池后應軋實，減少內部氧氣存有量，避免原料浪費。秸稈含水量控制在65%左右，密度以大于500/m³為宜。2進料：2.1.將碳銨

4、溶于水，與接種物和青貯好的秸稈一起在進料池中混合均勻，入罐的發(fā)酵原料不要 壓實，以松散為好，池內進料口下口，直徑一米的地方不要存在發(fā)酵原料，以便以后暢通進料。2.2進料池容積一般按一次進料量設計：計算公式為：V=qt/24V進料池的有效容積，單位為立方米Q進料量，單位為立方米每天T原料滯留時間，單位為小時3.厭氧發(fā)酵3.1厭氧發(fā)酵設備厭氧發(fā)酵器須設置增溫保溫措施，應采用中溫發(fā)酵。厭氧發(fā)酵器應密閉，耐腐蝕，設正負保護器。厭氧發(fā)酵器宜采用焊接，拼裝和利物浦等成型罐體或鋼砼結構。厭氧發(fā)酵器應設置底部排泥裝置。厭氧發(fā)酵器應設有一定數量的取樣口和測溫點。厭氧發(fā)酵器的容器體積計算公式：V=W./

5、厭氧發(fā)酵裝置有效容積，單位為³物料消耗量，單位為公斤每天進料物質濃度，單位為總固體消化率，單位為產氣潛力，單位為立方米千克每天容器產氣率，單位為立方米立方米3.2沼氣發(fā)酵工藝類型對沼氣發(fā)酵的工藝分類，從不同角度，有不同的分類方法。大中型沼氣工程，強調從工程的運行溫度、工程運行的最終目標以及所選用的處理原料進行分類，如下圖所示：3.3.沼氣發(fā)酵工藝條件沼氣發(fā)酵微生物要求適宜的生活條件，對溫度、酸堿度、氧化還原勢及其它各種環(huán)境因素都有一定的要求。在工藝上滿足微生物的這些生活條件，才能達到發(fā)酵快、產氣量高的目的。.厭氧環(huán)境沼氣發(fā)酵微生物包括產酸菌和產甲烷菌兩大類，它們都是厭氧性細菌，尤其是

6、產生甲烷的甲烷菌是嚴格厭氧菌，對氧特別敏感。它們不能在有氧的環(huán)境中生存，哪怕微量的氧存在，生命活動也會受到抑制，甚至死亡。因此，建造一個不漏水、不漏氣的密閉沼氣池 （罐），是人工制取沼氣的關鍵。沼氣發(fā)酵的起動或新鮮原料入池時會帶進一部分氧，但由于在密閉的沼氣池內，好氧菌和兼性厭氧菌的作用，迅速消耗了溶解氧，創(chuàng)造了良好的厭氧條件。3.3.2.溫度沼氣發(fā)酵微生物是在一定的溫度范圍進行代謝活動，可以在8-65，溫度高低不同產氣速度不同。在 8-65，溫度越高，產氣速率越大，但不是線性關系。40-50是沼氣微生物高溫菌和中溫菌活動的過度區(qū)間，它們在這個溫度范圍內都不太適應，因而此時產氣速率會下降。當溫

7、度增高到53-55生物中的高溫菌活躍，產沼氣的速率最快。沼氣發(fā)酵溫度突然變化，對沼氣產量有明顯影響，溫度突變超過一定范圍時，則會停止產氣。一般常溫發(fā)酵溫度不會突變；對中溫和高溫發(fā)酵，則要求嚴格控制料液的溫度。概括地講，產氣的一個高峰在35左右，一個更高的高峰在54左右，因為在這兩個最適宜的發(fā)酵溫度中，由兩個不同的微生物群參與作用的結果。前者叫中溫發(fā)酵，后者叫高溫發(fā)酵。3.3.3.發(fā)酵原料原料（有機物）是供給沼氣發(fā)酵微生物進行正常生命活動所需的營養(yǎng)和能量是不斷生產沼氣的物質基礎。農業(yè)剩余物秸稈、雜草、樹葉等，豬、牛、馬、羊、雞等家畜家禽的糞便，工農業(yè)生產的有機廢水廢物（如豆制品的廢水、酒糟和糖渣

8、等），還有水生植物都可以作為沼氣發(fā)酵的原料。常用發(fā)酵原料的含水量.1適宜的料液濃度料液中干物質含量的百分比為料液濃度。對沼氣池內發(fā)酵料液濃度要求，隨季節(jié)變化而不同。在夏季，發(fā)酵料液濃度可以低些，要求濃度在 6% 左右；冬季濃度應高一些，為 8%左右。發(fā)酵料液的濃度太低或太高，對產生沼氣都不利。因為濃度太低時，即含水量太多有機物相對減少，會降低沼氣池單位容積中的沼氣產量，不利于沼氣池的充分利用；濃度太高時，即含水量太少，不利于沼氣細菌的活動，發(fā)酵料液不易分解，使沼氣發(fā)酵受到阻礙，產氣慢而少。因此，一定要根據發(fā)酵料液含水量的不同，在進料時加入相應數量的水，使發(fā)酵料液的濃度適宜，以充分合理地利用發(fā)酵

9、料液和獲得比較穩(wěn)定的產氣率。配制發(fā)酵料液的濃度，要根據發(fā)酵原料的含水量和不同季節(jié)所要求的濃度，再加入一定量的水。當沼氣池容積一定時，如果發(fā)酵原料加水量過多，發(fā)酵料液過稀，滯留期短，原料未經充分發(fā)酵就被排出，這不但影響產氣，還浪費了發(fā)酵原料；如果加水量太少，發(fā)酵料液過濃，使有機酸聚積過多，發(fā)酵受阻，產氣率降低。3.3.3.2.產氣量、產氣速度與產氣率一般認為，自然界的有機物質除礦物油和木質素外，都能被微生物發(fā)酵產生沼氣，但不同有機物質的產氣量是不同的，如下表所示。因為各種有機物質分解的難易程度不同，所以產氣速度相差很大，如下表所示。3.3.4.適宜的酸堿度PH值是指發(fā)酵器內料液的PH值，而不發(fā)酵

10、原料的PH值。沼氣微生物最適宜的PH值范圍是6.8-7.5。一般來說，當PH值<6或>8時，沼氣發(fā)酵就要受到抑制，甚至停止產氣。建議采用測定揮發(fā)酸來控制投料量，這樣可以做到精確管理。在大中型沼氣工程中給發(fā)酵器投料時，要根據PH值來控制投料量，若投料量過多，形沖擊負荷，會造成產酸過多。在間斷投料時，料液的PH值應在7上下為宜，當PH低于6.8時，產甲烷菌的生命活動將受到抑制，正常發(fā)酵將遭到破壞。當發(fā)酵器出現超負荷情況時，一方面停止進料，一方面在必要時可以投加堿性物質 （如石灰水），提高發(fā)酵器內的PH值，使發(fā)酵過程得到比較快的恢復。在投料以后PH值不應低于6.5。當 PH值在<6

11、時，則應大量投入接種物或重新進行起動。3.3.5.添加劑和抑制劑許多物質可以加速發(fā)酵過程，而有些物質卻抑制發(fā)酵的進行；還有些物質在低濃度時有刺激發(fā)酵作用，而在高濃度時產生抑制作用。沼氣池內揮發(fā)酸濃度過高 （中溫發(fā)酵0.2% 以上；高溫發(fā)酵0.36%以上）時，對發(fā)酵有阻抑作用；氨態(tài)氮濃度過高時，對沼氣發(fā)酵菌有抑制和殺傷作用；各種農藥，特別是劇毒農藥，都有極強的殺菌作用，即使微量也可使正常的沼氣發(fā)酵完全破壞。很多鹽類，特別是金屬離子，在適當濃度時能刺激發(fā)酵過程，當超過一定濃度時對發(fā)酵過程會產生強烈的抑制作用。3.3.6.碳、氮、磷的比例發(fā)酵料液中的碳、氮、磷元素含量的比例，對沼氣生產有重要的影響。

12、研究工作表明，碳氮比以2030:1為佳；碳、氮、磷比例以10:4:0.8為宜。對于以生產農副產品的污水為原料的，一般氮、磷含量均能超過規(guī)定比例下限，不需要另外投加。但對一些工業(yè)污水，如果氮、磷含量不足，應補充到適宜值。3.3.7.接種物在發(fā)酵運行之初，要加入厭氧菌作為接種物（亦稱為菌種）。在條件具備時，宜采用生態(tài)環(huán)境一致的厭氧污泥作為接種物。當沒有適宜的接種物時，需要進行菌種富集和培養(yǎng)，即選擇活性較強的污泥或是人畜糞便等，添加適量（菌種量的5%-10%）有機廢水或作物秸稈等，裝入可密封的容器內，在適宜的條件下，重復操作，擴大接種數量。沼氣發(fā)酵是沼氣微生物群分解代謝有機物產生沼氣的過程，沼氣微生

13、物像其它生物一樣，對環(huán)境有個適應范圍。上述各項是沼氣微生物群維持正?；顒铀仨毜臈l件，只有滿足這些條件要求，沼氣發(fā)酵方能正常運行下去。3.4各種厭氧發(fā)酵工藝技術參數一體兩項厭氧消化工藝適合處理固態(tài)秸稈類物料，也可處理混合原料。產酸相和產甲烷相分別在不同反應區(qū)中進行頂部設置噴淋設備，底部設置滲濾液收集設施發(fā)酵器設置活性淤泥循環(huán)接種裝置，循環(huán)量控制在秸稈量的1-3倍秸稈粉碎在10mm左右，泵進料濃度3-5%，發(fā)酵溫度在40±2，發(fā)酵周期在90天，產氣率0.8.全混合連續(xù)厭氧發(fā)酵工藝采用立式圓柱形發(fā)酵器或臥式厭氧發(fā)酵器，并帶有循環(huán)回流接種裝置歷史發(fā)酵器采用上部進料，下不出料攪拌設備的能力在

14、5-10h內將發(fā)酵器內料液循環(huán)一次干秸稈粉碎直徑在0-10mm左右，泵進料濃度4-6%，發(fā)酵溫度在38±2，發(fā)酵周期在40-50天，產氣率0.8.全混合自載體生物膜法厭氧發(fā)酵工藝采用立式或臥式厭氧發(fā)酵器，序批式進料，內設強化傳熱，傳熱攪拌裝置，保證自載體生物膜的形成和厭氧發(fā)酵秸稈粉碎直徑在10-30mm左右，泵進料濃度8%，發(fā)酵溫度在35-38，發(fā)酵周期在40-45天4.氣體凈化工藝4.1.水洗工藝因為二氧化碳和硫化氫在水中的溶解度比甲烷大，所以水洗不但可以去除二氧化碳，還可以去除硫化氫，此吸收過程是純粹的物理反應。通常沼氣通過壓縮后從吸收柱底部進入，水從頂部進入進行反相流動吸收。因

15、為硫化氫在水中的溶解度比二氧化碳大，所以水洗也可以去除硫化氫。吸收了二氧化碳和硫化氫的水可以再生循環(huán)使用，可以在吸收柱中通過減壓或者用空氣吸脫再生，當水中的硫化氫濃度比較高的時候，一般不推薦使用空氣吹脫，因為水很快又被硫污染。如果有廢水可以利用，不推薦對水進行再生。4.2.聚乙二醇洗滌工藝聚乙二醇洗滌和水洗一樣，也是一個物理吸收過程。Selexol是一種溶劑的商品名，主要成分為二甲基聚乙烯乙二醇（DMPEG）。和在水中一樣，二氧化碳和硫化氫在Selexol中的溶解度比甲烷大，不同之處是二氧化碳和硫化氫在Selexol中溶解度比水中大，這樣需要Selexol的量也會減少，更加經濟和節(jié)能。另外，水

16、和鹵化烴（填埋場沼氣中的成分）也可以elexol洗滌去除。Selexol可以再生重復使用，可以使用水蒸汽或者惰性氣體（凈化后的沼氣和天然氣）吹脫Selexol中的元素硫，但是不推薦使用空氣。4.3.碳分子篩工藝分子篩在分離沼氣中特定的氣體組成上是一種非常好的產品。通常，分子被松散地吸附在炭孔隙中，并且可以析出。通過不同的網孔大小或者壓力可進行選擇性的吸收。當壓力減小時，分子篩中吸收的化合物組分會釋放出來。所以這個過程常常被乘坐“變壓吸附（PSA）”?？梢杂媒固恐谱鞲挥形⒚准壙紫督Y構的分子篩凈化沼氣.為了節(jié)省壓縮氣體的所需的能量，需要把一系列分子篩串聯在一起。氣體壓力從一組分子篩中釋放后加入接下

17、來的一組。通常是將四組排為一列，可以同時用來去除二氧化碳和水蒸汽。利用活性炭去除了硫化氫后，冷凝器在四攝氏度下冷凝去除之后，沼氣在6*10的5次方帕的壓力下通入吸收單元，通過第一個吸收柱后可以使沼氣中的水蒸汽分壓小于10ppm，甲烷含量超過96%以上。因為第二個柱子和第四個柱子壓力相通，而第二四個柱子是先被用來抽真空脫附的，所以二個柱子壓力從6*10的5次方pa釋放到接近3*10的五次方pa，在接著減至常壓，釋放出的氣體再返回消化罐中以回首甲烷。第三個柱子壓力從1*10的五次方減少到0.1*10的五次方pa，放出的氣體主要含有二氧化碳，并有少量甲烷，通常都直接排放，也可以設置一個回收裝置來回收

18、甲烷?？梢杂眉t外檢測儀對第一個柱子分離的甲烷進行在線連續(xù)檢測，如果不能滿足所需的沃泊指數（指在同一基準條件下，單位容積燃氣的高位發(fā)熱量與其相對密度的平方根的乘積，一般是各種燃氣混合氣氣質的一個重要的度量指標），氣體需要再進行變壓吸附，如果甲烷含量足夠高的話，可以輸送進天然氣網或者通過壓縮機壓縮至250*10的五次方pa進行儲存。4.4.膜分離工藝膜法分離主要有兩種方法，一種是膜的兩邊都是氣相的高壓氣體分離；另一種是通過液體吸收擴散穿過膜的分子的低壓氣相-液相吸收分離。（1）高壓氣相分離。壓縮到36*10的五次方pa的沼氣首先通過活性炭床以去除鹵化烴和硫化氫，接著便通入濾床和加熱器。膜是由醋酸纖維素制成，可以用來分離像二氧化碳、水蒸汽和殘留的硫化氫等極性分子，它有一定的選擇性，即在不同的區(qū)域吸收硫化氫和二氧化碳，但不能分離甲烷中的氮。經驗表明，膜可以持續(xù)使用三年，在使用一年半后，因為萎縮的緣故，膜的滲透性會減少30%。（2）氣相-液相吸收膜分離。氣相-液吸收膜工藝最近才被用在沼氣凈化上，其實質是沼氣中的硫化氫和二氧化碳分子穿過一個多孔的熟睡膜在液相中被吸收去除。從下方進入的氣