生物質天然氣工藝系統(tǒng)及技術路線

發(fā)布時間：2023-06-14 16:38:50

最近在做某市的可再生能源規(guī)劃，收集了一些生物質天然氣的資料，通過整理、總結，將生物質天然氣的工藝系統(tǒng)及主要的技術路線介紹一下，供

最近在做某市的可再生能源規(guī)劃，收集了一些生物質天然氣的資料，通過整理、總結，將生物質天然氣的工藝系統(tǒng)及主要的技術路線介紹一下，供同行參考，指正，文中內容來自于文獻整理。

本篇介紹生物質厭氧發(fā)酵工藝；下一篇介紹生物質氣化工藝。

1 生物質天然氣工藝系統(tǒng)

生物質天然氣生產工藝流程主要分為原料預處理系統(tǒng)、厭氧發(fā)酵系統(tǒng)、沼氣凈化及提純系統(tǒng)、固液分離系統(tǒng)、有機肥生產系統(tǒng)、沼液存儲系統(tǒng)、其他配套系統(tǒng)等，生物天然氣生產工藝流程圖如下圖所示。

2 原料預處理系統(tǒng)

2.1 秸稈預處理

秸稈與畜禽糞便物理特性不同，秸稈的有機成分以纖維素和半纖維素為主，在厭氧發(fā)酵過程中，木質纖維素很難被厭氧微生物直接降解，導致產氣率低、易結塊等問題。采用合理的預處理技術，可以低成本并有效地改變秸稈的物理結構，提高厭氧發(fā)酵效率。主要技術包括物理、化學和生物方法，各處理方法比較見下表：

綜合對比分析，由于物理研磨法技術、設備成熟可靠，而且處理后能充分提高發(fā)酵效率，因此在實際工程運用時推薦采用物理法。

2.2 進料方式

經(jīng)過預處理的原料可以由螺旋輸送機或皮帶送至厭氧發(fā)酵罐，但是受輸送機或皮帶角度限制，輸送高度有限，無法滿足大型發(fā)酵罐需求，因此，近年來出現(xiàn)勻漿池+泵進料和混合勻漿泵進料兩種方式。勻漿池+泵進料方式，是在發(fā)酵罐前設置勻漿池，由攪拌器攪拌均勻后通過泵送至厭氧發(fā)酵罐。混合勻漿泵進料方式是采用特殊的混合輸送泵將原料送入?yún)捬醢l(fā)酵罐內，混合輸送泵有兩個進料口，同時接收秸稈和畜禽糞便漿液，并在泵體內進行混合和輸送過程，該泵通常采用進口設備（表 3）。結合實際運行項目，目前對進料系統(tǒng)穩(wěn)定性要求高，因此采用混合勻漿泵進料方式比較可靠，能有效避免輸送泵堵塞等問題。

3 厭氧發(fā)酵系統(tǒng)

當前生物天然氣工程常用的基本工藝有兩種：完全混合厭氧反應發(fā)酵工藝（CSTR）和高濃度升流式厭氧污泥床發(fā)酵工藝（USR）。

CSTR 采用帶有攪拌漿的罐式反應器，通過攪拌使物料與菌種充分混合均勻，在罐體內設置加熱盤管，罐體外做好保溫，維持物料反應溫度，具有較高的產氣

率。CSTR工藝有以下特點：

1）機械攪拌促使物料與微生物充分混合反應，且適用于高濃度物料；

2）采用產氣儲氣一體化技術，相比傳統(tǒng)分體式工藝節(jié)省占地面積 10%～20%，降低造價 10%～15%；

3）發(fā)酵罐頂儲氣囊通入適量氧氣，可去除沼氣中大部分的 H2S，預脫硫降低了后續(xù)沼氣凈化裝置的處理，降低設備投資。

USR 工藝采用上流式污泥床原理，罐內不設置機械攪拌，產氣率偏低，通常只有 0.4～1.2。

除選擇合適的厭氧工藝外，還需確定厭氧發(fā)酵的溫度工藝，根據(jù)厭氧菌的生活形態(tài)，一般分為中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵兩種，分析比較見下表。

通過對比分析，中溫發(fā)酵雖然殺菌效果差，但是在后續(xù)有機肥生產工序里可以通過二次殺菌，實現(xiàn)無害化處理目標，綜合項目整體經(jīng)濟效益，通常選用能耗較低的中溫發(fā)酵工藝，項目啟動初期，利用小型熱水鍋爐作為熱源，機組正常啟動后利用 CHP 發(fā)電機組及換熱器，將 CHP 機組余熱轉換為二次需要的溫度，為發(fā)酵罐供熱，通常供回水溫度為 60/40 ℃，以確保罐內 35～38℃的發(fā)酵溫度。

4 沼氣凈化提純系統(tǒng)

4.1 沼氣凈化工藝

沼氣凈化主要是進行脫硫處理，將 H2S 從沼氣中分離。目前常見的工藝有干法脫硫、濕法脫硫和生物脫硫，工藝原理及投資、運行費用比較見下表。

綜合以上對比分析可知，濕法脫硫成本高，實際工程可采用罐內生物粗脫硫+干法脫硫工藝，既能保證脫硫效率，又能大幅降低沼氣凈化成本。

4.2 沼氣提純工藝

沼氣提純主要是對沼氣進行脫碳處理，將沼氣中的 CO2 脫除，可以提高甲烷體積分數(shù)和沼氣熱值，經(jīng)過有效提純后的沼氣中甲烷體積分數(shù)可達 95%以上。目前主流的沼氣提純技術主要有變壓吸附法（PSA）、膜分離法、物理吸收法、化學吸收法和低溫分離法，各方法工藝原理及運行效果對比見下表。