[发明专利]一种高效节能环保沼气发酵及净化提纯技术

说明书

技术领域

本发明涉及沼气生产技术，具体地说是一种高效节能环保沼气发酵及净化提纯技术。

背景技术

沼气是一种具有较高热值，并且能够普遍、易获得的生物质能的可燃气体，其热值约为20～25MJ／m³，即每立方米沼气的热值相当于0.8kg标准煤，并且与其它燃气相比，其抗爆性能好，是一种公认的清洁型可再生燃料。沼气开发利用已有几十年的历史，利用沼气作为治理环境污染的一种途径，既减少了环境污染，又获得了能源和高效有机肥。

沼气主要通过利用有机废弃物进行厌氧发酵来制取获得沼气，然后对沼气进行提纯净化，分离出其中的甲烷。在处理环境污染物如生活垃圾、畜禽粪便、作物秸秆等的同时可以获得清洁的燃料(甲烷)，不但可以减少人们对化石能源如煤炭、石油、天然气的依赖，还可以应对人们对能源日益增长的需求，是解决能源问题的有效途径之一。

沼气发酵主要分为三个阶段：水解阶段、产乙酸阶段、产甲烷阶段。水解阶段主要是通过利用产生纤维素酶的微生物来促进秸秆的水解，为后两个阶段的厌氧发酵提供底物，如果此阶段秸秆水解不充分，则容易导致微生物可利用的小分子的糖类较少，影响沼气发酵中微生物的生长，也不能为乙酸菌和甲烷菌提供充足底物，从而导致产气量低。

现有技术中，沼气发酵及净化提纯效果不佳。

发明内容

所要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种高效节能环保沼气发酵及净化提纯技术，进一步提高沼气发酵效率，降低沼气发酵成本。

技术方案：一种高效节能环保沼气发酵及净化提纯技术，包括：在沼气发酵系统的反应罐中通过接种厌氧纤维素酶产生菌之微生物，实现对秸秆、畜禽粪便有机物的发酵，沼气发酵温度控制在37±0.2℃的恒温水平；

沼气中甲烷和二氧化碳净化提纯分离，包括对沼气的脱硫处理、干燥处理以及对甲烷和二氧化碳的分离。

所述“厌氧纤维素酶产生菌”是从牛瘤胃内容物、污水处理物以及池底淤泥中分别分离出多株能产生透明圈的菌株，通过厌氧发酵测定酶活性复筛出一株酶活性较高的兼性厌氧纤维素酶产生菌，其菌种选育路线是：出发菌株——单细胞悬浮液——诱变处理——平板初筛——单菌落分离——复筛——变异株遗传稳定性——菌种保藏。

所述“沼气发酵温度控制在37±0.2℃的恒温水平”，采用太阳能加热恒温，利用太阳能热水器对水进行加热，利用传感器感应沼气反应罐中温度，通过温度智能控制变送仪来实现热水的循环，从而保证沼气反应罐中保持恒温。

所述“对沼气的脱硫处理、干燥处理以及对甲烷和二氧化碳的分离”，采用改性活性炭为脱硫剂对沼气进行脱硫处理，采用固体吸附法对沼气进行干燥处理，采用变压吸附法实现对甲烷和二氧化碳的分离。

所述改性活性炭是将将质量分数为7%的NaOH溶液浸渍负载于活性炭上，并以1%的MCM-41分子筛作为添加剂，对活性炭进行改性，能够使活性炭纤维表面具有大量活性官能团，扩大炭孔结构，增加活性炭的吸附容量。

所述“采用固体吸附法对沼气进行干燥处理”是以硅胶来作为干燥吸附剂来实现对沼气的干燥。

所述“采用变压吸附法实现对甲烷和二氧化碳的分离”，采用4A分子筛作为吸附剂；工作流程为：将干燥后的沼气通过吸附床压缩机进行升压至0.5MPa的压力下进行吸附，吸附2小时后降压脱附，先进行5分钟的卸压，然后抽真空1.5小时，降压至1kPa时保持均压10分钟，即可完成吸附剂4A分子筛的脱附过程。

有益效果：

1、采用诱变技术培育新型厌氧高活性纤维素酶细菌。

通过利用刚果红双层平板法、亚硝酸—紫外单独和复合诱变处理等技术，本发明培育了一种新型厌氧高活性纤维素酶细菌，其酶活性为诱变处理前菌种酶活性的180%以上，良好促进了沼气发酵过程中水解的效率和水解程度，进一步提升了沼气发酵效率。

2、实现太阳能技术和沼气发酵技术的完美结合。

本发明通过太阳能加热技术，利用热水循环来加热沼气反应罐，将太阳能技术和沼气发酵联合使用，解决了沼气反应罐内部温度不稳定、产气率低等问题，此外太阳能作为一种优质、清洁能源，进一步降低了沼气发酵成本，并且实现了绿色生产。

3、对活性炭进行金属离子负载改性，增强其脱硫效率。

本发明选用活性炭作为脱硫剂，并对活性炭进行金属离子负载改性处理，可以在活性炭上形成金属氧化物，在活性炭内部形成新的活性位，并且金属离子与SO₂之间具有良好的结合能力，并且进一步扩大活性炭孔结构，能够有效提升脱硫效率。