沼气发酵及分离提纯技术研究

【摘要】：随着世界经济发展，国际能源需求日益增加导致化石能源价格大幅上涨，经济运行成本和运行风险也与日俱增。化石能源的大量使用，导致环境问题突出。为了保护环境、降低碳排放量和实现能源供给多元化，新能源开发利用越来越受到世界各国的重视。沼气作为一种新型能源，由于其可再生和低碳环保的特点，沼气工程的保有量和建设量不断增加。为进一步扩大沼气发酵工程的适用地域，提高沼气及其发酵副产品的利用质量，提升沼气发酵工程的综合经济效益，降低沼气发酵工程的综合成本，必须加强对沼气发酵和分离提纯技术的研究。 根据秸秆中温发酵和沼气成份的特点，系统地进行了秸秆中温发酵罐的发酵工艺设计研究和沼气的变压吸附法分离提纯系统研究。根据秸秆发酵的特点，吸收现有发酵罐的优缺点，设计了一款适合秸秆发酵的发酵罐系统。对发酵罐进行了热平衡分析计算研究，提出了发酵罐系统的热设计和热补偿方案，以使发酵系统适应维持秸秆中温发酵的需要。为了对这种新型的沼气发酵系统的性能和功能目标的实现进行更进一步的分析研究和改进，在理论分析设计的基础上还进行了数值模拟研究，并对所设计的发酵罐结构进行了改进。 通过对沼气的变压吸附法分离提纯系统设计研究，实现了沼气的脱水脱硫，将有害气体硫化氢转化为硫单质，实现二氧化碳和甲烷分离，提高沼气的利用品质，扩大沼气的应用范围。分离后的硫单质可作为化工原料，二氧化碳可用作食品生产，甲烷气可用作车用燃气，整个生产和使用过程无废物和有害物质产生，实现了沼气的高值利用。 【关键词】：沼气 发酵 分离提纯 变压吸附 高值利用
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 插图索引10-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 国内外沼气生产和利用技术概况12-13
• 1.3 本课题研究目标、思路、内容和意义13-15
• 1.3.1 研究目标13
• 1.3.2 研究内容13
• 1.3.3 研究思路13-14
• 1.3.4 研究意义14-15
• 第2章 大中型沼气工程简介15-19
• 2.1 大中型沼气工程特点15
• 2.2 沼气发酵原理15-17
• 2.2.1 沼气发酵三阶段理论15-16
• 2.2.2 沼气发酵的影响因素16-17
• 2.3 提高厌氧发酵装置效率的途径17-19
• 2.3.1 保持发酵罐内足够多的微生物17
• 2.3.2 提高微生物活性17
• 2.3.3 加强微生物与底物传质效果17-19
• 第3章 沼气发生系统工艺设计19-34
• 3.1 沼气发生系统整体设计19
• 3.2 秸秆厌氧消化的预处理系统设计19-21
• 3.2.1 秸秆常规预处理技术19-20
• 3.2.2 预处理系统设计20-21
• 3.2.3 预处理系统负荷设计21
• 3.3 沼气厌氧发酵罐系统设计21-27
• 3.3.1 常规大型厌氧发酵系统简介21-24
• 3.3.2 沼气发酵罐系统结构设计24-25
• 3.3.3 沼气发酵罐的负荷容积设计25-27
• 3.4 发酵罐内部流场的模拟实验研究27-32
• 本章小结32-34
• 第4章 沼气发酵系统维温设计34-51
• 4.1 保温设计的意义34
• 4.2 沼气发酵系统维温设计34-38
• 4.2.1 物料流动造成的热量流动35-36
• 4.2.2 非物料流动造成发酵罐的热量流动36-38
• 4.3 沼气发酵系统热负荷计算38-45
• 4.3.1 发酵罐顶部漏热量计算38-40
• 4.3.2 发酵罐地上圆柱部分漏热量40-45
• 4.3.3 地下部分换热量计算45
• 4.4 最小保温层计算45-50
• 4.4.1 加热器在中心处布置45-47
• 4.4.2 加热器在发酵罐内布置位置研究47-50
• 本章小结50-51
• 第5章 沼气分离提纯及高值利用51-55
• 5.1 发酵产品综合利用意义51
• 5.2 发酵产品分离提纯系统设计51-55
• 5.2.1 分离提纯系统整体设计51-52
• 5.2.2 干燥单元设计52-53
• 5.2.3 脱硫单元设计53
• 5.2.4 分离单元设计53-54
• 5.2.5 沼液沼渣分离54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-63
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录63

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