多原料高浓度混合共发酵制气与纯化提质研究最终报告

摘要

该研究针对目前我国规模化生物燃气工程原料单一、产气率低、装备落后等技术瓶颈,旨在开发多种原料混合共发酵制气关键技术,优化高效率、低能耗厌氧发酵工艺与装置,并对生物燃气进行纯化提质和高值利用研究,使生物燃气分别达到民用或燃气的要求.针对畜禽粪便、作物秸秆、有机垃圾和农产品废弃物等四大类20多种不同原料成分分析及产气潜力和特性研究,进行了单一物料和不同物料混合的厌氧消化实验,以此建立了沼气发酵原料特性及产气性能数据库,并研究多种原料的C/N比及营养物质的合理调配技术,提高了单一原料的产气效率.研究了畜禽粪便、有机垃圾等原料中的去除泥砂和有害杂质工艺.针对秸秆发酵,着重研发原料切碎、贮存和预接种混合技术及装置,提高秸秆产气效率.研究了高浓度发酵(TS≥10%)和干发酵(TS≥20%)过程中混合原料的搅拌方式及混合程度对厌氧共发酵工艺的影响,优化了不同混合原料的发酵工艺参数,提高原料产气率.开展了多原料高浓度混合共发酵制气基础研究.包括混合原料配比技术的研究;不同类型模型底物的厌氧水解动力学研究;不同单一原料的厌氧水解动力学研究;高浓度单相厌氧消化模型;固体床两相厌氧消化模型;沼气的生物脱硫技术基础研究.采用甲烷氧化脱氧工艺去除沼气中的氧,针对沼气脱氧剂和沼气脱氧工艺展开了研究.根据沼气中硫化物的形态分布,采用多种吸附剂有针对性地吸附不同的硫化物,主要研究了精脱硫剂及脱硫工艺.采用碳酸丙烯酯法和加压水洗法脱除沼气中的CO2,针对吸收溶剂地研制及脱除CO2工艺的开发展开了研究.该研究最终建立了不同发酵原料成分及其产气特性的数据库,两种以上混合原料厌氧共发酵,进料固形物含量大于10%,中温沼气产率大于1.2 Nm3/m3罐容天.建设了多原料共发酵的中试装置一套.完成示范工程建设,形成产业化核心技术,达到如下指标:产品CH497%,CO 23%,H2S 10 ppm,甲烷回收率≥99%,压力≤1.0 Mpa;纯化能耗≤0.80 kwh/m3生物天然气;精脱硫剂硫容≥10%,碚硫温度为常温;在贵金属催化剂作用下,使垃圾场沼气中的O2<0.60%达到欧洲标准;沼气中硫化氢、羰基硫、二硫化碳、硫醇、硫醚和噻吩等硫化物脱至1 ppm以下.