发展沼气产业 助推低碳农业

衡阳县农村沼气产业起步较早,发展迅猛,效益显著,对改善农村人居环境、提升农民生产生活水平具有重要作用,实现了经济效益、社会效益双丰收。近些年随着城镇化高速推进,农村常住人口大幅减少。2018年非洲猪瘟疫情暴发以来,衡阳县养殖业遭到毁灭性打击,导致户用沼气池几乎“全军覆没”,大中型沼气工程项目运行形势也不容乐观。全县74个养殖小区和联户沼气池,目前仍在使用的只有14个;10个大型沼气池,目前仍在使用的只有7个。

聚酰亚胺复合膜的制备及其在沼气提纯中的应用

为解决沼气分离过程中单级膜过程产物CO_(2)纯度低及CH4的损失率较高等问题,通过界面聚合法制备了具有超高分离性能的具有聚酰亚胺分离层的复合膜,研究了操作温度、进料侧压力及切割比等因素对分离效果的影响。结果表明:该膜适用的温度及压力范围较广,不同操作条件下的膜均表现出了优异的分离性能,产出的CO_(2)纯度高,CH4的损失率低。低温、低压、低切割比有利于渗透侧高纯CO_(2)的输出;高温、高压、低切割比则有利于渗余侧CH4的回收。使用该膜模拟沼气分离,在切割比为0.1下操作,当进气压力为0.2 MPa、温度为25℃时,通过单级膜过程,渗透侧可得到99%的CO_(2),渗余侧CH4回收率可高达99%。在很宽的操作范围内,本文制备的复合膜在沼气中CO_(2)组分分离时,CH4损失率可控制在1%范围内,是理想的CO_(2)/CH4分离膜。

沼气多孔介质燃烧换热器的燃烧换热特性研究

为促进沼气的实际应用,解决燃烧器对沼气热值变化的适应性问题,设计了一台基于沼气的多孔介质燃烧换热器.通过试验研究了沼气热值变化时,不同燃烧强度、不同水量下多孔介质燃烧换热器的燃烧室壁面温度分布、热效率及污染物排放情况.结果表明:沼气中甲烷含量为50%~70%时均可在燃烧换热器中稳定燃烧,燃烧室壁面温度变化在75℃以内;热值瞬时变化时,燃烧换热器仍能维持稳定燃烧,出口水温相较于燃烧室壁面最高温度响应速度略滞后;燃烧换热器有良好的换热能力,热效率随燃烧强度的增加而减小,随燃气热值和水量的增加而增加;尾部换热器传热系数和燃烧室传热系数都随燃烧强度的增加而增加;NOx排放随燃烧室壁面温度降低而降低,最高为27 mg/m^(3);CO排放量最大为151 mg/m^(3)。

一株产电菌的产电性能及低温沼气发酵过程微生物群落特征

在利用牛粪和小麦秸秆为原料,采用实验室模拟低温生产沼气试验进行低温沼气发酵过程中,筛选到1株产电菌H11,鉴定为Shewanella属。该菌在自制人工双室微生物燃料电池中具有良好的产电性能,产电功率密度最高可达13.88mW·m^(-2)。基因组解析发现了286个与产电相关的基因,分布在与电子转移、细胞色素C相关蛋白和NADH脱氢酶等16个基因家族。为了探究低温沼气发酵过程中的微生物群落特征,在发酵不同阶段采集微生物样品,利用分子生物学方法和传统微生物培养法,随着发酵进程的推进,微生物群落在门水平上广古菌门(Euryarchaeota)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、乌斯古菌门(Woesearchaeota)、泉古菌门(Miscellaneous Crenarchaeota Group)占绝对优势。而在属水平上的优势菌群为甲烷马赛球菌(Methanomassiliicoccus)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)、甲烷囊菌属(Methanoculleus),相对丰度分别达到30.1%、17.3%、9.68%,且Methanoculleus的优势一直持续至发酵的第120天。优势菌群相关性分析表明,随着低温沼气发酵进程的推进,优势菌群由细菌向古菌演变且二者之间具有紧密的互营关系。

太阳能辅助沼气化学回热的新型冷热电联产系统模拟分析

提出了一种太阳能辅助沼气化学回热的新型冷热电联产系统,在新系统中考虑了沼气池的热负荷,并通过中温槽式太阳能生产大量水蒸气来构建一种高水碳比的沼气蒸汽重整工艺。基于Aspen Plus仿真软件,分析了水碳比对新系统和参比系统性能的影响。结果表明:在设计点工况下,新系统的发电效率较参比系统提高13.4%;在2个系统供冷量相同的情况下,新系统供热量较参比系统高1476.69 kW,增幅为110.62%;由于太阳能的引入带来了产电收益,集热温度为170℃时,新系统的太阳能净发电效率最低值(17%)仍高于集热温度为300~400℃时传统槽式太阳能热发电系统的最大发电效率(16%)。

底物配比对两种蔬菜废叶厌氧发酵产沼气性能的研究

为了探究底物配比对蔬菜废叶厌氧发酵产沼气性能的影响,本研究对春光市场上典型的两种蔬菜废叶进行混合厌氧发酵,采用批量式试验,在恒温35±1℃条件下,测定不同配比蔬菜废弃物厌氧发酵的总固体含量(TS)、挥发性固体含量(VS)、挥发性脂肪酸(VFA)质量浓度、pH值变化、产沼气量及甲烷含量等指标变化。结果表明,C组即底物配比为6∶4时,两种蔬菜废叶的TS降解率为46.95%,VS降解率为55.56%,VFA质量浓度为300.00mg•L^(-1),日产沼气量最高为410mL,累积产沼气总量为2272mL,甲烷含量为65.15%,均普遍优于其他试验组。

基于BP神经网络的沼气测产与环境智能监测系统设计

针对规模化沼气生产的监测难、风险管控能力弱、产量预测难等痛点,围绕沼气工程的管理现状与发酵工艺流程,设计和开发了基于BP神经网络的沼气测产与环境智能监测系统,运用了传感器技术、LoRa无线通讯技术、物联网技术、BP网络神经技术等,实现了对沼气生产池内的温度、压力、甲烷浓度、流量的数据远程监测,建立了沼气产量预测模型,为沼气生产管理提供了有效数据。经过测试,数据采集精度控制在±0.2%,产量预测准确度为80%,为实现大规模沼气监测的信息化、网络化提供了技术支持,具有广阔的应用价值和推广前景。

无动力发酵沼气装置应用场景浅析

近年来,随着国际能源革命的深入推进,可再生能源正在逐渐替代传统能源,生态环境保护已成共识,全球能源高效化、清洁化、低碳化、智能化转型的基本框架已经形成,绿色多元化转型迫在眉睫。“沼气+”的推广应用意义重大,可以缓解农村能源短缺、优化农村能源应用、调整农业产业结构、改善农村人居环境。

沼气工程技术在滇东北农村生态环境治理中的应用

在乡村振兴背景下,滇东北地区农村生态环境问题是当下农村发展中亟须解决的问题。沼肥作为一种优质的有机肥,可以有效缓解化肥、农药过量施用造成的农业面源污染问题。本文分析了滇东北农村生态环境存在的主要问题,综合利用沼气工程技术的优势,提出农村生态环境治理对策,并对沼肥种植技术的综合效益进行了分析,以期为农村地区合理利用资源、整治环境污染、促进绿色发展、优化生态环境提供参考。

Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂催化沼气蒸汽重整制氢性能研究

沼气蒸汽重整是重要的制氢方式,开发高效稳定的催化剂是其规模化应用的重要环节。基于此,采用连续浸渍法制备了一系列基于ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体的Ni基催化剂,对其进行了沼气蒸汽重整制氢催化性能测试。利用N_(2)吸/脱附、XRD等表征方法,分析了催化剂的织构性质、晶相组成等。探究了催化剂的物理结构和化学性质对沼气蒸汽重整制氢的影响机制,并探讨了焙烧温度与金属助剂Fe对催化剂催化性能的影响。结果表明,在700°C、空速12000 h^(-1)条件下,焙烧温度为550°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)表现出突出的催化性能,CH_(4)转化率和H_(2)产率分别稳定在89.94%和81.49%。ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合载体相比于Al_(2)O_(3)载体增大了催化剂的比表面积,促进了平均粒径较小的Ni在载体表面的高度分散,进而提高了催化剂的催化沼气蒸汽重整制氢性能。焙烧温度可以调控催化剂的比表面积和孔体积,焙烧温度为550°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)的比表面积和孔体积比焙烧温度为700°C制得的Ni/ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)大。Fe与ZrO_(2)的耦合改性提升了催化剂的还原性能,生成了更多高活性Ni^(0),有利于甲烷干重整制氢反应的发生,调控了气体产物中的n_(H_(2))/n_(CO)。

计及改进粒子群算法优化BP神经网络的沼气产量软测量预测模型

为准确预测大中型沼气工程的日产气量,提出一种利用基于PSO-BP模型的软测量方法。首先,依托软测量技术选取参数;其次,以进料量、发酵温度、液位、罐内液压等参数作为输入量,沼气日产量为输出量进行模型建立。在此基础上,使用线性降低权重系数法和引入变异算子对粒子群算法进行改进,并对BP神经网络进行初始化来提高模型性能。通过实验比较改进PSO-BP模型、传统BP神经网络以及遗传算法优化的BP神经网络在预测沼气日产量方面的性能,采用改进的PSO-BP模型进行预测时,均方根误差(RMSE)、决定系数(R2)和平均绝对误差(MAE)分别为1.38440、0.84011和1.00910,证明改进PSO-BP模型结合软测量技术对进行复杂非线性牛粪高温厌氧发酵过程预测的可行性,同时可保证预测结果的精准性。

用于沼气纯化的有机胺溶液吸收法研究进展

有机胺溶液吸收法作为一项成熟的碳捕集技术,具有CO_(2)吸收速率快、选择性高及再生效果好等诸多优点,在沼气纯化领域具有重要的研究意义和应用价值,但也存在再生能耗高、易于挥发、易于降解和一些环境风险问题.不同类型的胺所表现出的沼气纯化效果不同,其中伯胺和仲胺的CO_(2)吸收速率较快,但再生所需的能耗较大,叔胺和空间位阻胺的CO_(2)吸收速率较慢,但再生能耗较低.本文从有机胺吸收法的工艺流程、反应机理、可操控变量、存在的问题及其应用现状等方面系统地回顾了有机胺吸收法在沼气纯化领域的研究进展,提出了相应的研究思路和建议,为继续推动有机胺吸收法在沼气纯化领域的应用提供指导.研究结果表明,适当提升有机胺的浓度可以明显提高CO_(2)的吸收效率,且混合胺溶液有利于改善单胺溶液沼气纯化过程中经济性较低的问题.此外,相比于传统的干法吸收法,有机胺溶液吸收法在CO_(2)捕集过程中的能耗会增加30%以上,这意味着有机胺溶液吸收法相对于干法吸收法需要更多的能源投入.

基于医疗废物和沼气的零碳排放制氢系统研究

为了实现清洁高效的资源利用,提出了一种利用医疗废物和沼气的零碳排放制氢系统,该系统由等离子体汽化、固体氧化物燃料电池、蒸汽轮机循环和自热重整组成。混合系统被设计为一个能够生产氢气、热量和电力的多联产系统,以自身维持整个计划生产氢气所需的能源消耗。对制氢系统的热力学和技术经济性进行了研究,结果表明,以医疗废物和沼气为原料的制氢工艺的能量效率和效率分别达到63.20%和59.15%,高于其他工艺;此外,该系统可以在3.25 a内收回初始成本,预计净现值将在25 a内达到80752.48万元。

寒区畜禽粪污高浓度沼气发酵系统研究

针对寒冷地区畜禽规模化养殖粪污处理问题,研制出了一种寒区畜禽粪污高浓度沼气发酵系统。该系统具有沼气产率高,冬季运行稳定、耗能低,畜禽粪污处理效果好,处理过程环保,无臭味外排,无固体、液体污染的优点。采用太阳能加热,冬季发酵物料温度保持在35~45℃,平均容积产气率达到1.49m 3·m-3·d-1,沼气甲烷含量60%~65%,产气率高,质量好。产物沼气用于烧菜、供暖,清洁环保;沼渣用于有机蔬菜生产,绿色安全,品质好;沼液用于农田肥料,提高产量。

湿垃圾厌氧沼气资源化利用技术经济分析

随着厌氧消化技术在湿垃圾处置项目中日趋成熟,厌氧生化反应产生沼气的资源化利用成为湿垃圾资源化最重要的途径。对厌氧沼气提纯制生物天然气、热电联产、直燃供热和制备氢气等4种利用技术的原理、流程和特点进行总结。结合4个典型工程案例的数据,以沼气利用规模3000 m^(3)/h为基准,建立经济模型并进行成本和效益分析。4个典型案例综合效益排序为沼气热电联产(有电价补贴)>沼气提纯制天然气>沼气热电联产(无电价补贴)>沼气直燃供热。湿垃圾项目沼气资源化利用方案的最终选择应充分考虑项目规模、选址边界条件、投资、电力和蒸汽成本、产品市场消纳及价格、综合经济效益等多种因素。研究结果表明,产品价格是影响沼气资源化利用方案综合效益的最核心因素。当天然气销售价格超过2.28/2.68元/m^(3)(在有园区协同廉价供电和供热的条件下)或蒸汽销售价格超过191.50/229.30元/t时,对应的沼气利用方案综合效益高于无/有上网电价补贴的热电联产方案。

基于膜分离的沼气及烟气CO_(2)捕集技术应用进展

在实现“碳达峰、碳中和”目标过程中,碳捕集技术成为当下研究热点之一。目前,碳捕集技术主要包括吸收法、吸附法、膜分离法等。在众多碳捕集技术中,膜分离法利用气体分子在膜内渗透速率的差异实现分离,具有节能、高效、操作方便且无二次污染等优势,是近些年发展迅速的CO_(2)捕集技术。在过去的几十年里,虽然在文献中有许多种不同的碳捕集膜材料被报道,其CO_(2)分离性能远超Robeson上限,但只有少数膜材料被应用于工业过程中,或正在向工业应用方向发展。事实上,许多膜的研究在实验室规模下进行,测试膜面积较小,且对于膜分离法的实际应用报告较少。结合工业CO_(2)分离/捕集过程,介绍了商业膜和经过中试规模测试的膜的应用,分析了膜分离技术用于沼气脱碳和烟气碳捕集的试验进展及工程应用案例,并针对当前存在的问题,提出对未来基于膜分离法的工业碳捕集的发展方向的建议。

INNIO颜巴赫沼气发电技术 创新驱动,降本增效——新型沼气发电方案助力纸企节能减排

INNIO颜巴赫是一家全球领先的能源解决方案及服务供应商,致力于推动工业和社区实现可持续能源,为发电领域提供创新的解决方案,帮助用户可持续地生产和管理能源,引领传统能源向绿色能源的快速转型。颜巴赫旗下两大品牌,颜巴赫、瓦克夏全球驰名。产品输出功率覆盖200kW-10MW,凭借高可靠性、经济性、燃料多样性等特点,广泛应用于社区、工业及基础设施。

基于微信小程序的沼气工程动态监管系统设计与实现

基于省市县三级沼气工程动态监管业务,通过微信小程序与SpringBoot框架实现了一个基于微信的沼气工程动态监管系统。用户在微信小程序中即可实现信息上报。该系统采用微信小程序作为前端,使用SpringBoot开发后端,通过封装视图、Redis缓存机制获取数据,系统架构轻便,收集数据速度快,具有一定推广价值。

沼气中氧氮气脱除方法进展

总结了从沼气或填埋气中脱除氧气和氮气的常用方法,指出了当前研究的热点方向。立足于现阶段的技术,介绍了通过物理吸附法同时脱除O2和N2的理论基础,辅以2个工业实施案例进行了详细分析。为沼气深度提纯后制成附加值更高的产品提供了一些可借鉴的方法。

中高温条件下羊粪与芒果废弃枝叶混合厌氧发酵产沼气研究

为研究中高温下条件下羊粪与芒果废弃枝叶混合厌氧发酵的产沼气特性影响,选取风干后的羊粪与芒果废弃枝叶进行厌氧发酵产沼气试验。试验设置5个配比:单一羊粪、单一芒果废弃枝叶、羊粪与芒果废弃枝叶(1∶1、1∶3、3∶1)3个配比,在3种恒温温度(35℃、45℃、55℃)下进行厌氧发酵,共计15个处理,发酵周期32天。试验结果表明:相对于芒果废弃枝叶单一发酵,羊粪与芒果废弃枝叶混合发酵可获得较好的产气效果,但相对于羊粪单一发酵,各温度下混合发酵的产气量并没有更好的表现。综合比较,羊粪和芒果废弃枝叶混合发酵在配比3∶1、45℃发酵状态下的发酵完成时间最短为17天,且TS产气率和VS产气率最大,具有一定的产气潜力。