探秘：厭氧發(fā)酵直接制取生物天然氣CH4濃度高達(dá)94%

時(shí)間：2017-05-04作者：湖北銳意自控系統(tǒng)有限公司瀏覽：131

近日在湖南某沼氣工程現(xiàn)場，工作人員驚奇地發(fā)現(xiàn)：僅通過厭氧發(fā)酵工藝，竟然直接制取出了CH4濃度高達(dá)94%的生物天然氣！眾所周知，一般沼氣生產(chǎn)生物天然氣要經(jīng)過凈化和提純兩個(gè)步驟，才可得到高甲烷濃度的生物天然氣，以用作管道燃?xì)?、熱電?lián)供、生產(chǎn)壓縮天然氣和罐裝燃?xì)獾?。而該沼氣工程?xiàng)目并沒有復(fù)雜的凈化、提純過程，就制出了CH4濃度高達(dá)94%的生物天然氣，讓人匪夷所思！
據(jù)了解，該項(xiàng)目厭氧發(fā)酵罐規(guī)模為800m3 ，其發(fā)酵原料主要來源于種豬養(yǎng)殖場的糞便與尿液，項(xiàng)目數(shù)據(jù)監(jiān)測則采用武漢四方光電子公司-湖北銳意自控的沼氣工程監(jiān)測方案Gasboard-9230產(chǎn)品，用以對沼氣流量，沼氣成分，發(fā)酵罐溫度和PH值等數(shù)據(jù)的監(jiān)測與無線傳輸。對于直接通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)出CH4濃度高達(dá)94%的沼氣，所有人的**反應(yīng)是檢測儀器出了故障。為了解決大家心里的困惑，公司派出檢測人員，攜帶系列專業(yè)氣體檢測儀器，逐一對項(xiàng)目產(chǎn)出的沼氣成分進(jìn)行檢測。
工作人員首先使用**CH4和50%CO2的標(biāo)準(zhǔn)氣體，對現(xiàn)場一體化沼氣分析系統(tǒng)Gasboard-9060進(jìn)行校準(zhǔn)。
首先，采用該在線檢測設(shè)備對現(xiàn)場沼氣成分進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示CH4濃度為94.39%！根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在沒有進(jìn)行提純前，沼氣成分中的CH4一般在40-65%之間，很難**過70%。如今卻是94.39%。
隨后，使用公司較新研發(fā)的沼氣分析儀（智能便攜型）Gasboard-3200Plus進(jìn)行檢測。該產(chǎn)品采用非分光紅外氣體分析技術(shù)，其分析儀器檢測顯示的結(jié)果依然達(dá)到了94.42%！與在線儀器無差別，儀器故障的可能性逐漸被排除。
考慮到沼氣中除含有甲烷外，可能還含有復(fù)雜的烷烴成分（乙烷等），在紅外吸收光譜中，甲烷的中紅外吸收特征波長易受乙烷影響，從而影響檢測設(shè)備對甲烷濃度的測量。為了排除這種可能，檢測人員提出采用公司的紅外煤氣分析儀Gasboard-3100再檢測一次。煤氣分析儀Gasboard-3100同樣采用非分光紅外氣體分析技術(shù)，可同時(shí)測量煤氣、生物燃?xì)獾臒嶂担约凹淄?、乙烷等氣體濃度，較重要的是可排除乙烷影響并準(zhǔn)確檢測甲烷濃度。然后，檢測結(jié)果仍是驚人的96.08%的高濃度！自此，儀器故障、檢測不準(zhǔn)的原因被徹底排除了。
排除了儀器故障問題，但疑云仍未撥開！為此，銳意自控總經(jīng)理熊友輝博士攜帶相關(guān)氣體成分檢測儀器驅(qū)車300多公里，親臨項(xiàng)目現(xiàn)場對該沼氣項(xiàng)目再次進(jìn)行了深入調(diào)查研究與分析。
現(xiàn)場在線監(jiān)測系統(tǒng)顯示儀器進(jìn)氣流量正常，這次Gasboard-9060監(jiān)測系統(tǒng)顯示CH4濃度為91.38%。
從這次現(xiàn)場的檢測數(shù)據(jù)來看，厭氧發(fā)酵產(chǎn)出的沼氣CH4含量確實(shí)在90%以上，檢測數(shù)據(jù)可靠性沒有問題。但是有一個(gè)現(xiàn)象引起了大家的重視，就是該項(xiàng)目安裝的超聲波沼氣流量計(jì)BF-3000的瞬時(shí)流量接近是零，累計(jì)流量只有1500多立方米。也就是說，安裝監(jiān)測系統(tǒng)一個(gè)月以來，平均每日的產(chǎn)氣量只有50m3左右，顯然這個(gè)沼氣工程沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的中溫發(fā)酵1.0（800m3）的容積產(chǎn)氣率，即使是常溫發(fā)酵，容積產(chǎn)氣率0.3（240m3）也沒有達(dá)到。為了探其究竟，熊博士與業(yè)主進(jìn)行了深入的交流。
由于發(fā)電機(jī)組噪音大，發(fā)電也不能上網(wǎng)，生產(chǎn)的沼氣用途不大，因此實(shí)際發(fā)電沒有正常進(jìn)行，只是偶爾需要的時(shí)候發(fā)電。同時(shí)沼氣發(fā)酵產(chǎn)生的沼液沼渣也需要處理，而附近沒有可以完全消納沼液沼渣的場所，因此厭氧發(fā)酵裝置無法真正發(fā)揮作用。由于本項(xiàng)目位于一個(gè)大型的水庫附近，糞污排放受到嚴(yán)格控制，為了徹底解決問題，業(yè)主將干清糞的糞便用于生產(chǎn)**肥，清糞的糞水和尿液通過沉淀池后一部分進(jìn)入發(fā)酵罐用于生產(chǎn)沼氣，一部分通過自行設(shè)計(jì)的微曝氣池再進(jìn)入額外設(shè)計(jì)的好氧生化氧化池進(jìn)行水處理，發(fā)酵罐產(chǎn)生的沼液沼渣也排入好氧生化氧化池進(jìn)行污水處理后達(dá)標(biāo)排放。
由于大量廢水進(jìn)入?yún)捬醢l(fā)酵罐產(chǎn)生的沼氣不被經(jīng)常使用，較易溶于水的CO2被溶解（水洗沼氣凈化提純就是利用這個(gè)原理），并隨著大量低濃度的沼液一起排出，造成發(fā)酵罐中沼氣CH4含量的不斷升高。至此，沼氣工程項(xiàng)目直接制取高濃度生物天然氣的原因終于真相大白。通過持續(xù)脫除溶解在發(fā)酵液中的CO2，沼氣中CH4含量持續(xù)升高，甚至達(dá)到接近天然氣的水平。其實(shí)國外正在進(jìn)行厭氧發(fā)酵沼氣原位提純的研究，通過改變厭氧發(fā)酵過程中CO2、H2等含量，脫除CO2或增加H2含量等都可以顯著提高沼氣中的CH4含量，達(dá)到直接制取生物天然氣的目標(biāo)。
通過本次調(diào)研我們也發(fā)現(xiàn)，限制我國大型養(yǎng)殖企業(yè)沼氣工程發(fā)展的難點(diǎn)在于沼液沼渣的處理，沼液看似是一種**肥，但是受**肥覆蓋面積、長期使用適應(yīng)性以及需求季節(jié)性的影響，企業(yè)都很難妥善處理沼液的利用問題，沼渣以及基于干糞形成的**肥倒是不存在銷售出路問題。如果不能有效處理沼液問題，采用干濕分離，沖水糞尿采用污水處理工藝或許是一個(gè)較加正確的選擇。
目前，大型畜禽糞便沼氣工程或許需要一次整體系統(tǒng)性的技術(shù)提升，才能夠從一個(gè)不健康的產(chǎn)業(yè)中走出來！


來源：微信公眾號@沼氣工程及其測控技術(shù)


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  詞條說明

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