沼气发酵及分离提纯技术的研究

沼气发酵及分离提纯技术的研究
作者：董世勇
来源：《农村实用科技信息》2015年第08期
摘要：随着全球经济的快速增长，化石能源价格也随着能源需求量的加大而逐渐上升，这不仅增加了经济运行的成本及风险性，同时对环境也造成了许多不利影响。

沼气作为一种新型环保能源，其开发利用有效地解决了上述问题，本研究将主要对沼气发酵及分离提出技术进行分析与探讨。

关键词：沼气；发酵理论；分离提纯；技术研究
近年来，出于经济发展与环境保护的需要，沼气的开发利用获得了迅速发展。

沼气热值高，环保经济，使用便利且抗爆性能好，尤其是分离提纯后的沼气在车用燃料方面具有很高的利用价值，其发展前景十分广阔。

1 沼气发酵阶段理论分析
沼气发酵又叫做厌氧发酵，厌氧消化或者甲烷发酵，指的是将有机物放置在一定水分，厌氧以及温度环境下，通过大量多种微生物的分解代谢作用发生一系列生物化学反应，，最后生成二氧化碳与甲烷等混合气体。

沼气的发酵过程较为复杂，按照理论大致可分为三个主要阶段。

第一，水解阶段。

在该阶段中，细菌会产生胞外酶，主要用于大分子有机物的体外酶解，例如纤维素，胞外酶的分解作用会这类大分子的蛋白质，多糖以及脂肪等分解为小分子的肽，氨基酸，单糖和脂肪酸等。

酶解后的有机物会溶解于水中，供微生物生存使用。

第二，产酸阶段。

产酸细菌是这一阶段的关键微生物，它会吸收水解阶段产生的各种物质，并且在胞内酶的作用下使这些被吸收的物质进一步分解成发挥性能更小的分子化合物，例如有机酸，二氧化碳及氢气等。

第三，甲烷生产阶段。

经过前两个阶段，沼气池内的小分子有机物会大量增多，而含氧量大幅降低，形成厌氧环境。

厌氧环境给甲烷菌的生命活动创造了良好的生存条件，它们会充分利用产酸阶段形成的物质进行甲烷与二氧化碳的生产活动[1]。

2 影响沼气发酵的因素
沼气发酵过程十分复杂，影响因素众多，其中影响较大的因素首先是环境问题。

用于沼气发酵的微生物机体构造简单，环境适应能力较差，因此对环境因素的变化十分敏感，是影响沼气发酵的关键因素。

具体包括沼气发酵的温度，料液的浓度与成分等，此外，料液中对微生物有害的成分也会影响沼气发酵。

其次是发酵原料。

由于农村地区可用于沼气发酵的原料成分复杂，种类繁多，因此入池发酵大多数采用混合原料，混合原料根据来源，种类及数量进行配比。

而对于工业沼气工程来说，发酵原料较为单一，操作简便，配比固定，通常采用添加工业
原料的方式调节原料各类物质的配比关系。

最后是发酵的工艺条件。

工艺条件是沼气发酵系统安全高效运行的重要前提，因此应尽量保证：适合甲烷菌生存的最佳厌氧环境；6至8 之间的合适发酵液酸碱值；10摄氏度至60摄氏度的正常发酵温度；充分高效的搅拌工作，以保证发酵液的顺利流动；加入适量的添加剂来提高发酵速度，例如碳酸钙和尿素等。

3 沼气分离提纯技术研究
3.1 干燥技术
沼气在发酵的过程中会产生大量的水蒸气，尤其是在中温或者高温的环境中，沼气产生的水蒸气会会更多，对沼气产品的质量与应用造成很大影响。

因此，沼气的分离提纯需要借助干燥技术来辅助完成。

现代工业中常用的干燥技术主要有溶剂吸收技术，低温冷凝技术以及固体干燥剂吸附技术这三种。

溶剂吸收技术采用吸水能力较强的未饱和溶液将气体中的水分吸收，使气体中的含水量降低。

低温冷凝技术利用气体饱和分压力对气体含水量的影响使水蒸气发生冷凝。

固体干燥剂吸附技术采用附体吸附原理，当气体通过干燥剂的多孔表面时，气体中的水蒸气就会被干燥剂吸附于表面，从而实现干燥的目的。

3.2 活性炭吸附技术
沼气中含有大量的硫化氢物质，溶于水蒸气后会对容器，管道，气缸以及压缩机等造成严重的损坏。

因此，沼气在分离提纯的过程中意思那个要将其中的硫化氢气体进行彻底脱除。

最常采用的活性炭吸附技术，活性炭具有良好的吸附性能，具有微孔多，吸附量大，成本低以及热稳定性好等诸多优点。

目前活性炭吸附技术去除沼气中硫化氢的工艺发展较为成熟，过程主要可以概括为：活性炭吸附硫化氢-吸附器泄压-气体通过脱硫反应罐-硫化氢气体发生化学反应-生成硫和水-混合气体通过脱液器-除去硫成分-硫化铵溶液洗除硫，形成硫化铵-加热溶液-分解为硫化铵和硫磺[2]。

活性炭吸附技术操作简单，效率高，成本低，具有很高的利用价值。

3.3 分离技术
沼气中二氧化碳的含量很高，对沼气产品的质量会造成一定影响，因此需要对沼气中的甲烷与二氧化碳进行分离，来提高车用燃料中甲烷的纯度。

分离技术有助于提升沼气的应用价值，增加沼气工程的经济效益，通常采用分子筛吸附床法，该方法利用4A分子筛吸附剂对甲烷和二氧化碳吸附容量的差异性，实现两者之间的分离。

相比较甲烷，4A分子筛对二氧化的吸附作用更强，使二氧化碳只能被吸附停留在床层的进口端，阻止其从塔的出口位置排除。

对吸附床进行减压后即可使二氧化碳与参与组分脱除，吸附剂也可多次被重复使用。

4 结语
沼气作为一种新型环保能源，具有极高的应用价值，沼气产品的生产不仅需要经过繁杂的发酵过程，且后期的分离与提纯技术也十分关键。

为了提高沼气产品的质量及效益，应充分满
足沼气发酵所需要的各种条件，同时运用先进高效的分离提纯技术进一步提高沼气产品的质量与成本效益，使其更好地为人们的生产生活服务。

参考文献
[1]王美娟.沼气建设在农业可持续发展中的作用[J].农业与环境发展，2014，12（15）：113-115.
[2]宋灿辉，肖波，史晓燕，等.沼气净化技术现状[J].中国沼气，2013，（15）：56-57.。