沼气工程
石英
[摘 要]当前，对能源的有效利用成为了一个热门课题，沼气工程相当重要的一个能源工程，特别是对于农村养殖人员来说，有效开发沼气工程，能够为我国的能源利用带来更多的贡献。本文主要思考了如何做好沼气工程的设计工作，提出了设计的具体措施，以及利用的具体方法，供今后的设计参考。
[关键词]沼气工程，设计，利用
中图分类号：X797 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0203-01
前言
沼气工程的设计要抓住设计的重点，同时，明确设计的过程中比较关键的要点，对设计的具体措施进行利用分析，才能够将设计的思路转化为可以利用的方案。
1、沼气的特性
发展集约化养殖场大型沼气工程，既是发展生态农业的一个重要内容 和关键环节，又改善了生态环境，治理了养殖场粪便污染问题，同时提高了农民的生活用能水平。
沼气可用于照明、发电、做饭、洗澡，沼气生产过程中产生的沼肥（包括沼液和沼渣）可作为优质有机肥提供作物营养，刺激和调节作物生长，进而提高农作物产量，改良土壤，改善整个农业生态环境。沼气的应用是解决农村能源的重要途径，也是解决有机废物的环保方法。
沼气是在厌氧条件下利用人畜粪便、秸秆、污泥、有机工业废水等各种有机物在密闭的沼气池内，由发酵微生物分解转化成的气体。沼气是无色无味的气体，含有50%～70%甲烷（CH4）、30%～40%二氧化碳（CO2），还有少量的氢气（H2）、氮气（N2）、一氧化碳（CO）、硫化氢（H2S）、氨（NH3）等。可见，沼气的主要成分是甲烷（CH4），所以根据甲烷（CH4）的理化参数来分析沼气的特性。
2、沼气工程工艺流程
生产沼气的工艺主要包括：高浓度全混式恒温发酵、车库式干发酵、连续式干发酵等，各种工艺涉及到的流程不完全相同，大致包括以下这些流程或其中一部分：预处理、沉砂池、收集池、调配池、酸化池、厌氧发酵主发酵装置、二次厌氧发酵罐、干发酵仓主发酵装置、沼液池等。发酵产生的沼气可以用于供气、发电或者纯化等。
2.1 常用的沼气生产及利用工艺流程
图1显示了采用高浓度全混式恒温发酵技术生产沼气的工艺流程图，图中1-5分别表示收集池、调配池、酸化池、厌氧发酵主发酵装置、沼液池这5种流程或装置，右上角的6-1和6-2表示产生的沼气一方面用于发电，另一方面用于日常供气。由于不同的工艺包含的流程不同，因此需要根据工艺来装载并显示图形。
2.2 沼气工程工艺设计及投资预算估算方法
沼气的生产涉及到许多流程，需要事先估算各种容器（比如发酵罐、调配池、酸化池等）的容积大小，而这一切的基础是沼气原料，不管是植物性（如各种农作物秸秆）还是动物性（如各种畜禽粪便）原料都含有大量的水分，只有去除水分后的干物质才能发酵产生沼气，其计算是一个环环相扣递进的过程，估算过程大致描述如下：
（1）畜禽粪便日产生量=畜禽存栏数*畜禽日产粪量（kg//只）*收集率（%）
（2）畜禽粪便干物质量=畜禽粪便日产生量*（1-畜禽粪便含水率）
（3）秸秆等原料干物质量=原料量*（1-原料含水率）
（4）发酵原料总干物质量=原料1干物质量+原料2干物质量+……
（5）日产沼气量（m3）=原料1干物质量（T）*原料1产气率（m3/Kg）*1000+原料2干物质量（T）*原料2产气率（m3/Kg）*1000+……
2.3 以粪便生产沼气的生产车间设计
进料间、固液分离间、出料间、砂滤间、沼液罐、一体化发酵罐、净化间、锅炉房、发电机房。辅助用房：配电、控制室、会议室、休息室为一般房间。
根据各个车间的生产工艺，将进料间、固液分离间、出料间、砂滤间确定为潮湿场所；根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058—1992），将沼液罐边缘外3m内、一体化发酵罐边缘外3m内、净化间、锅炉房内从地面到锅炉的燃烧器垂直上方7.5m，燃烧器两边水平15m范围内确定为爆炸性气体环境2区，将罐体的放散管、呼吸阀管帽1.5m半径范围内（随压差而变）确定为爆炸性气体环境1区；发电机房为一般环境场所。爆炸和火灾危险环境在通风良好的状态下可降低一级。辅助用房：配电、控制室、会议室、休息室为一般环境场所。
3、沼气高效分离提纯技术的利用
沼气提纯后可用作化工原料、燃料电池和车用燃料，也可用于热电联产或进入天然气管网。水洗和变压吸附是两种传统的沼气提纯技术，水洗为纯物理吸收过程，有一定量的CH4损失，适用于低品质沼气的初步提纯；变压吸附对气体来源要求严格，高压/低压变换操作对设备要求较高且能耗较高。
膜分离技术具有低能耗、维修简便、工艺简单、操作方便、产品回收率高等优点，应用前景广泛。然而，综合考虑投资成本、操作成本及维护成本，目前可用于沼气提纯的膜材料成本较高，膜技术用于沼气纯化时，由于分离过程不足而采用多级膜会造成较大的甲烷损失，高分子聚合物膜还存在不耐高温以及在有机溶剂中的溶解和溶胀问题。膜材料是气体进行分离的关键，研发具有良好气体选择性、优良耐热性和化学稳定性以及机械强度高的膜材料已成为世界各国膜分离提纯技术的重点。
除继续研制新型膜材料外，在尽量减小影响膜本身性能的前提下，对现有膜材料进行共混、改性也是提高膜处理能力的有效途径。目前，研究较多的共混膜分离材料主要是有机-无机共混膜材料。有机-无机共混膜材料也可以描述為微观的或纳米级的复合材料分散在聚合物基质中。
4、结束语
综上所述，利用沼气工程的设计思路，提高设计工程的设计质量，这是今后设计人员要重点关注的工作，在目前设计的新要求下，沼气工程的设计要更加注重实用性和效率。
参考文献
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