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沼气与循环农业废弃物综合利用

更新日期:2017-05-12 浏览次数:1524

1.农业废弃物厌氧消化技术

⑴畜禽粪便处置与能源化利用

    随着国家对畜禽粪便污染治理的要求和对沼气工程支持力度的加大,畜禽粪便厌氧制沼气技术得到了快速的发展,工艺技术水平和装备水平都得到了巨大的提升,但是仍然有大量的工程运行不良甚至废弃。对于不同原料、不同产品需求的技术方案简单化和自动化水平低导致的投入大于产出、运行管理不善是重要原因。本技术以稳定高效运行和经济效益最大化为导向,通过过程物质流和能量流分析,确定各个工段的优化参数和匹配方案,并开发了过程监控系统和总能控制体系包括太阳能加温、沼液回流、余热回收装置和热泵控制系统 建立基于能源与经济平衡的畜禽粪便处理处置方案。

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关键技术:

①厌氧发酵过程监测与控制技术。

    监测和分析底物预处理程度及环境因子参数(温度、pHVFA、氨氮)对发酵产气效率的影响,以达到理性设计与调控发酵过程,提高沼气发酵效率。

②能量梯级利用及总能控制技术

 作物秸秆沼气循环生产关键技术

    针对农村大量产生的秸秆等废弃物原料的高效转化利用,通过物理和生物预处理,开发出配套预处理设备,使得高木质纤维素类物料经过预处理后变得更加容易生物降解;针对预处理后高固态原料的特性,开发了高浓度厌氧消化工艺,并研发过程参数检测和调控技术。形成了一套集存储-预处理-发酵产沼气于一体的高木质纤维原料厌氧消化技术,并对整体系统工艺的能量,物质平衡和经济性分析,提出最佳的系统技术集成方案,构建了具有自主知识产权的高木质纤维素废弃物处理系统的关键技术和成套产业化设备。本技术秸秆发酵浓度≥8%,容积产气率1.0-1.5m3/m3.d,干物质消化率45-50%

    该项目的推广将提升我国农业废弃物资源处理与利用水平,使大量废弃的生物质资源,尤其是农村的大量农业废弃物得到有效利用,大幅度减少这类废弃物对环境的污染,改善农村环境,同时可以得到清洁能源产品沼气,产生一定的经济效益,为建设社会主义新农村发挥举足轻重的作用。

关键技术:

①秸秆微生物强化酸化预处理技术

采用兼氧微生物强化酸化水解技术预处理秸秆,避免浮渣层形成,提升秸秆产气率。

②开展沼液回流对系统稳定性及产气效率的影响研究;针对沼液大量、长期回流工艺中可能出现氨抑制、沼液TS过高等影响因素,开发了适宜的脱氮、沉降技术,解除沼液长期回流影响,减少沼液排放。

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⑶农村生活垃圾及果蔬废弃物厌氧消化技术

    农村生活垃圾及果蔬废弃物的连续厌氧发酵存在许多问题。主要问题之一在于这些垃圾的易腐性。由于易降解有机质含量高,在厌氧发酵中常常导致过快的水解速率,其代谢产物有机酸不能够及时被微生物利用则会造成大量累积,导致系统酸化,pH值降低,抑制产甲烷过程,最后造成系统崩溃。本技术采用高效的两相厌氧发酵系统。即将水解产酸过程与产甲烷过程分开,为产酸菌和产甲烷提供最佳的生长和代谢条件同时,由于产酸相的有机负荷率高,缓冲能力较强,因而冲击负荷造成的酸积累不会对产酸相有明显的影响,且能对产甲烷相负荷进行有效控制,最终提高系统的抗冲击能力,提高消化效率。

关键技术

①生物质垃圾、尾菜均质预处理技术

    针对农村生活垃圾中餐厨和果蔬类生物质垃圾非均质、半流态等特点,开发集除杂、破碎、均质、浆化于一体的预处理技术及设备。从而改善有机物的物化性质,提高微生物对难降解有机物的降解,优化垃圾的厌氧消化过程。

②混合原料调配技术与自动化监测与调控

    研究不同原料配比对厌氧发酵过程的影响,通过调节原料配比、调整负荷和添加营养元素或pH缓冲剂等多种方式对厌氧发酵过程进行自动化精细调控,以保证厌氧消化的高效、稳定运行。

③固体渗滤床(LBR+上流式厌氧污泥床(UASB两相厌氧消化装置

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                     固体渗滤床(LBR+上流式厌氧污泥床(UASB两相厌氧消化装置

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⑷沼气工程物联网技术

    近年来,物联网技术发展迅速,并在工业、农业各个领域得到快淫推广。根据沼气工程建设和运行的特点,物联网监控技术是一项十分适合沼气工程管控的先进技术,将有利于提高沼气工程的建设监督和运营管理水平。

1.为创新沼气项目补贴方式提供技术支撑

    沼气工程物联网的建设能对沼气、沼肥和发电进行实时监控和计量统计,能有效防止业主弄虚作假,骗取项目资金,为“农业废弃物处理收费机制”和“终端补贴”提供技术支撑和补贴依据。

2.提高沼气工程管控水平和生产效率

    沼气工程物联网对沼气工程生产全程进行在线监测,通过数据库和专家咨询系统可及时发现并解决设备问题、排除运行故障,通过智能化管控系统,实现进出料、输配气、沼肥生产和污水处理等环节自动化控制,能提高产气量、提升沼肥生产质量和污水处理效果,实现沼气工程管理科学化、控制自动化、运行智能化,节约劳动成本,降低能耗,提高沼气工程生产效率。

3.保障沼气工程运行安全

    通过沼气工程物联网智能预警系统和视频监控,能对运行参数异常、设备故障、操作违规和灾害天气发出警报,并以短信等方式通知操作人员和管理人员,如: 沼气站内烟雾探测报警、水位超高报警、沼气泄漏、物料过载报警,无关人员误入、违规操作报警等,能排除人员伤亡、工程损坏、起火爆炸等安全隐患,有效保障沼气工程运行安全。

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                                       沼气物联网平台结构图

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                                         物联网系统拓扑结构图

⑸循环农业中种植、养殖业废弃物的综合利用技术

    通过多种创新单体工艺技术集成实现种植、养殖废弃物处理和多层次循环利用,为循环农业微网系统构建提供整体解决方案。遵循农业循环经济的发展理念,根据废弃物成分的特点差异,建立起最为适宜的生态循环模式,构建种植、养殖业园区废弃物资源化利用,冷、热、电及有机肥自给的封闭循环微网系统(支持材料:实用新型专利7,专著10),达到微网系统能源、资源投入少、废水、废气等近零排放、有机种植和生态养殖的目的。

    如图1中所示,本项目通过热化学和生物化学组合技术手段,实现种植、养殖业废弃物的高值转化和循环利用,种植业产生的植物纤维性废弃物和养殖业产生的畜禽粪便分别通过燃烧和厌氧发酵技术为微网系统提供热力、电力、燃气等能源产品,沼气发电余热采用吸收式热泵技术回收产生冷源,减少微网系统对化石能源的消耗。生物质燃烧草木灰及沼液沼渣为种植提供有机肥,减少化学肥料施用,对于改善土壤效力、节水灌溉、提高农产品品质等有积极作用通过多层次能量回收和废弃物深度利用技术,实现能量自给和废弃物彻底、清洁消纳,减少污染物排放。

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                                 循环农业中种植、养殖业废弃物的综合利用示意图

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2.沼气净化提纯制备生物天然气技术

    2015年我国天然气进口614亿立方米对外依存度达32.7%,年产沼气能力相当于当年进口量的15%左右。与发达国家相比我国主管网发展迅速但支线管网覆盖不够广泛,还有待进一步发展,实现全面气化还需多种气源和运输途径来补充。

    将沼气提纯而得到的品质接近石化天然气的生物天然气,并入天然气管网或压缩用于车用燃气、工业燃料,可以显著提升沼气的价值,扩大使用范围,提高工程的经济性。大力发展生物天然气可以有效地弥补我国天然气短缺,节能减排效应非常突出。

    加快生物天然气产业化发展,既能做好有机废弃物综合利用,增加可再生能源消费,又能保护生态环境,支持循环农业发展,变废为宝,一举多得。

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    本技术根据我国沼气工程的工艺特点和规模,通过对现有提纯技术的工艺创新和控制水平优化,提高了沼气纯化的效率和甲烷得率,使沼气提纯的能耗和生产成本显著降低。并开发了自动化、标准化、模块化的沼气提纯装置,加强了控制元件和控制系统的开发,提高了系统的稳定性和适应能力。本技术提纯燃气中甲烷含量>97%,热值31.4MJ/m3,含水率低于15g/Nm320℃),H2S含量不超过15mg/Nm3,符合天然气国家标准(GB17820-1999)和车用压缩天然气标准GB18047-2000)。

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                                  沼气净化提纯制备生物天然气工艺流程

⑴生物脱硫技术

    与传统物理法、化学法相比,生物脱硫技术具有条件较温、操作简单、维护费用和能耗低、清洁环保、产物可资源化等优点。

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                                            生物脱硫工艺流程图

技术特点

①硫化氢去除率达98%以上 ,可处理沼气中含有的硫化氢浓度最大达到1.5%

②可选用污水作为营养盐来源,运行费用低。

③操作弹性大

④可以准确地控制氧气的供应量,确保氧含量符合生物天然气产品的要求。通过在线监测和控制精确控制生物脱硫过程,全自动运行,确保脱硫稳定性

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⑵加压水洗沼气脱碳技术与装备

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                                   加压吸收提纯沼气的工艺流程示意图

    所示的加压吸收提纯沼气的工艺流程为:将沼气加压和冷却后送入吸收塔,吸收剂从吸收塔顶部进入,在吸收塔内沼气自下而上与吸收剂逆向接触,富CH4气从吸收塔的顶部被引出,经干燥后储存;从吸收塔底部排出的溶液进入闪蒸塔将溶解的CH4和部分CO2释放出来,这部分混合气体回储气罐重新与原料气混合再次参与洗涤分离从闪蒸塔排出的溶液进入解吸气提耦合塔,压力从闪蒸压力降到0.1 MPa,解吸出来的二氧化碳解吸段的顶部被引出;之后解吸段排出的溶液经排液管进入气提段,利用空气进行(真空)吹脱再生,之后作为吸收剂返回吸收塔。

技术特点

①开发了强化气液两相传质的水洗反应器,有效提高了工艺的能源利用效率;在洗涤水再生中通过合理的分段膨胀工艺,降低了甲烷损失,实现了较高的甲烷回收率。采用解吸气提耦合技术,不仅可以回收更多的二氧化碳,而且可以减小气提的空气流量,所需降温能耗低,操作简单。

缓冲罐可以减少装置的控制点,有利于装置的稳定运行,并对系统的安全性有重要作用;

整个装置分为两个撬块,实现防爆区和非防爆区的分离,有利于装置的安全性,同时降低了部分设备的防爆等级,实现装置经济性能的最优化;

④处理后甲烷含量高于97%,甲烷损失率小于3%

⑤系统处理能力强,可用于100-4000m3/h处理气量。配备紫外杀菌系统,防止产生微生物膜降低系统效率。

⑥采用自主研发低浓度CH4催化氧化技术对尾气进行热能回收利用,降低提纯系统的甲烷损失,提高了系统的能量利用效率

⑦系统全自动化控制运行,操作简单。

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                                        解吸气提耦合示意图

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⑶沼气膜脱碳技术

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技术特点:

①选用二级或三级膜组分离工艺,根据用户需要实现最高的甲烷浓度(95-99%)和甲烷回收率(95-99%)

②每立方米沼气提纯能耗约为0.26-0.28kwh

③高度自动化控制,可远程监控和操作设备。

④仅需日常保养维护,运行成本低;

⑤模块化,集成化设计。设备占地面积小,移动性强。

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3.横向技术服务:

⑴农业废弃物沼气工程的咨询、设计与施工

⑵生物天然气示范县县域规划

⑶沼气工程检测

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                                             甲烷潜力分析仪

气相色谱    沼气分析仪    氨氮分析仪    COD分析仪


联系人:许海朋

电话: 13869147021

邮箱: youjian365@163.com













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