反应条件对MEA溶液提纯沼气传质性能的影响

对吸收剂浓度、进气流量及CO2体积分数、进液温度等反应条件对MEA溶液吸收沼气中CO2过程的八田数Ha、增强因子E及总体积传质系数KGae的影响进行了实验研究,并对吸收过程中反应对传质性能的影响及拟一级反应的条件进行了分析。结果表明:吸收过程中的八田数Ha、增强因子E及总体积传质系数KGae随吸收剂浓度增加而增大;随进气中CO2体积分数增加而减小;当进气流量增加时,Ha、E减小,KGae先增大后减小;Ha、E及KGae随吸收温度增加而增大,当吸收温度高于57.4℃时,KGae逐渐减小。在此条件下,仅当吸收剂浓度高于2.5 mol/L或者进气流量低于5.73 kmol/(m2·h)时,MEA与CO2的反应可用拟一级反应描述。研究结果可为沼气提纯工艺的优化及技术开发提供参考。     

有机胺基氨基酸盐吸收剂的沼气CO2分离特性

在鼓泡式CO2吸收和再生装置中对有机胺基氨基酸盐吸收剂的沼气CO2吸收和再生特性进行了研究,并与乙醇胺(MEA)和哌嗪(PZ)进行了对比。试验中,气相为典型的模拟沼气氛围(CO2与CH4体积分数比为4∶6,常压),液相CO2吸收温度为35℃,再生温度为75℃,并辅以纯CH4作为吹扫气。结果表明:当达到CO2吸收和再生平衡时,质量分数为30%的4种乙醇胺基氨基酸盐吸收剂对CO2的净携带容量均优于MEA,且乙醇胺基鸟氨酸盐(MEAORN)的CO2净携带容量最高(0.733 mol/mol),比第二位、质量分数为15%的PZ高82.34%。同时,综合考虑能耗与投资成本,对吸收剂CO2分离成本的对比分析表明,MEAORN和PZ的沼气CO2分离成本低于MEA,而乙醇胺基氨基乙酸盐(MEAGLY)在大规模沼气提纯上具有替代MEA进行工程应用的潜能。     

横流式混合换热器中传质系数与压降的数学模型

果蔬贮藏保鲜是保持其品质和商品价值的一种重要方法,湿冷保鲜技术有其独特的保鲜优势,具有非常好的应用前景.为此,以湿冷系统中混合换热器内的传热与传质作为研究对象,系统地分析和研究了横流接触式情况下混合换热器的传递性能及流动阻力,通过理论和实验分析,获得了可靠实用的传质系数和过帘压降的数学模型.该数学模型可作为湿冷系统中混合换热器设计的依据.     

基于膜空气吹扫技术的农业温室增施CO2研究

以甘氨酸钾（PG）富CO2溶液（富液）为对象,研究了采用膜空气吹扫技术将富液CO2再生与温室CO2气肥增施融合的可行性,并得出了设施番茄栽培的增施CO2方案。结果表明：在40~80℃时,PG富液初始CO2负荷越高,CO2再生程度越大,释放的CO2量越多,且在约60min时即可达到再生平衡。在可控参数的最佳条件下（气相流速6L/min、初始CO2负荷0.75mol/mol和再生时间60min）,仅通过调节液相流速和再生温度即可控制膜空气吹扫再生的CO2产量。针对标准农业温室（600m3）内的设施番茄栽培,可采用两种CO2气肥增施方案：先将温室内CO2浓度迅速增施至最大浓度,随后根据植物光合情况随时补充;或是先计算番茄在某一段时间内所需的CO2总气量,然后以一定速率均匀地增施到温室中。与传统增施技术相比,富液再生增施CO2技术具有更低增施成本与生态环境敏感性,成本最高可降低约58.00%。对于1000m3/d沼气产量的生物天然气工程,以富液为载体时,仅需3个连栋温室即可完全消纳沼气提纯中所需脱除的CO2。     

减压浓缩对沼液CO 2 吸收性能和植物生理毒性的影响

利用减压浓缩试验装置在50℃和2 k Pa下对沼液进行浓缩,分别测试了沼液、沼液浓缩相及冷凝回收稀相的CO2吸收性能和植物生理毒性。结果表明,沼液减压浓缩到4倍时,沼液浓缩相p H值升高至8.73,其饱和CO2吸收负荷增加26.70%,氨氮去除率为86.41%。浓缩相中的大部分氨氮以自由氨的形式转移到沼液稀相中,使稀相p H值达到10.05,饱和CO2吸收负荷达0.075 mol/L。但浓缩相和稀相的净CO2吸收容量之和比原沼液降低21.3%,其主要原因在于减压浓缩过程中自由氨的挥发损失。用原沼液、浓缩沼液及稀相的富CO2溶液育种时,大白菜种子的发芽指数(GI)均大于0.8,表现出较低的植物生理毒性,说明减压浓缩可降低消纳沼液所需的农田面积。试验中也对不同类型CO2吸收强化添加剂的性能进行了比较。在相同的CO2吸收强化性能要求下,钠盐添加剂组富CO2沼液的植物生理毒性低于氨水添加剂组,其主要原因在于添加氨水导致了沼液氨氮含量的大幅增加。     

大中型沼气工程的CO2减排量和减排成本的估计方法

沼气工程具有减少CO2排放的效果，在全球气候变化的背景下，本文针对大中型沼气工程，在讨论基准线和系统边界的基础上，构造了估计其减少CO2的排放数量及其相应的减排成本的方法，并利用一个具体的案例说明此方法的应用。     

热钾碱溶液脱除沼气中CO2的反应动力学

根据CO_2吸收过程串并联反应机理,建立了本征动力学方程;基于双膜扩散理论,建立了CO_2吸收反应的宏观动力学方程,并结合溶液的非理想性,对速率方程中的浓度效应进行了修正,获得了8个修正模型。通过实验设计,测定并进行了模型参数估值,分别计算了各模型的残差。通过比较残差大小及其分布,对模型进行了筛选,选取模型4为理想模型。其动力学参数为:表观活化能19 383.94 J/mol,表观指前因子3.042 9×10~(-5)mol/(m~2·s·Pa)。在此基础上,通过理论推导获得了热钾碱吸收CO_2的本征动力学方程,其模型参数为:本征反应活化能54.47 kJ/mol,指前因子3.222 8×10~9m~3/(mol·s)。计算了膜内转化系数γ,该值大于2,表明CO_2吸收为快速反应过程,反应主要在膜内完成。     

荒漠地区日光温室增施沼气对CO2浓度及辣椒产量、商品性的影响

文章以辣椒为供试材料,研究了荒漠地区日光温室内增施沼气对C02浓度及辣椒产量、商品性的影响.结果表明:以沼气灯作为CO2气源,可增加荒漠地区日光温室C02浓度,显著减小室内CO2下降幅度,可提高辣椒单株结果数和单果重,从而提高产量;能增加果实长度、粗度与光亮度,提高果实的商品性.     

热钾碱溶液脱除沼气中CO2反应机制与相际传质研究

对CO_2气液吸收过程进行了化学平衡热力学研究,计算了吸收反应体系的独立反应数,提出了4独立反应理论。根据对独立反应平衡常数的计算,认为H_2CO_3电离为H_+和HCO_3~-,虽然其平衡常数仅为6. 018 9×10~(-7),但由于溶液中CO_3~(2-)离子的大量存在,使得H_+浓度很低,因此H_2CO_3电离度不可忽略。在此基础上,提出了CO_2气液吸收过程串并联复杂反应机理,认为CO_2吸收速率是由其分别与H_2O和OH~-两条平行反应路线共同决定的。分析了CO_3~(2-)离子的关键作用:该离子与H_+作用直接促进了CO_2吸收过程;由于溶液中H+离子浓度很低,导致OH~-离子浓度升高,从而间接加快了CO_2与OH~-离子之间的反应速率。应用双驱动反应器,采取H_2O-CO_2体系对气液相际传质过程进行了研究,当气相搅拌转速达到140 r/min以上时,气膜传质阻力可忽略不计;通过线性回归分析,关联了液相传质系数与液相搅拌转速之间的关系,得到了回归关联式,计算误差最大值为11. 312%,认为关联式真实可靠。     

半环对撞流干燥的流动与传热传质分析

建立了半环对撞流干燥过程中的流动与传热传质数学模型,针对模型各部分的不同特点,分别采用合适的数值处理方法进行了数值计算,不同工况下,模型计算与试验结果吻合良好,能较好地预测干燥过程中入口空气温度,载带率及物料初始含湿量等因素对干燥过程的影响。通过对模型计算和试验结果的分析,提出了提高半环对撞流干燥速率与降低干燥能耗和费用的有效途径。     

以富CO2吸收液为汲取液的沼液中水正渗透回收特性研究

针对沼气工程存在的沼液量大难处理问题及沼气提纯的需求,提出将正渗透技术与沼气CO2化学吸收分离耦合,探究了沼气CO2化学吸收中的富CO2吸收液作为正渗透汲取液从沼液中回收水及浓缩沼液的可行性,并以沼液浓缩过程中的水通量、沼液浓缩倍数、沼液氨氮截留率与吸收剂反向传质通量为指标,考察了汲取液种类、汲取液浓度与其他操作参数对正渗透水回收性能的影响。结果表明,富CO2吸收液作为汲取液从沼液中回收水并浓缩沼液具有可行性,且随着汲取液浓度、流量和温度的增加,沼液中水向汲取液的传质通量增加,沼液浓缩倍数也相应增加,但沼液中氨氮截留率下降,同时汲取液中的吸收剂溶质向沼液的反向传质通量也增加。当采用浓度2.5mol/L、CO2负荷0.5mol/mol的富CO2甘氨酸钾溶液作为汲取液,汲取液温度为70℃、流速为150mL/min、沼液室温及流速为150mL/min时,采用正渗透技术从沼液中回收水的初始通量达8.05L/（m2·h）,经过4h运行后,沼液浓缩倍数为1.18,氨氮截留率为84.13%,反向吸收剂通量仅为2.94g/（m2·h）。     

沼液灌溉麦地土壤CO_2和N_2O排放通量变化特征

为揭示奶牛场沼液灌溉后麦地CO2和N2O排放通量的变化特征及与相关环境因子相互关系,采用静态箱-气相色谱法对奶牛场沼液灌溉后第1d土壤CO2和N2O排放通量连续进行24h观测,同时观测灌前1d、灌后第2d、第4d和第7d排放通量。结果表明,沼液灌溉(SI)、习惯施肥(CF)、不施肥(CK)处理灌后第1d土壤CO2与N2O日排放通量范围分别为115.55~253.44、66.97~114.17、62.86~125.96mg/(m2·h)与115.79~401.1、4.15~21.04、1.44~28.32μg/(m2·h),日峰值和日谷值均出现在14:00和5:00;除CK外,各处理排放通量与地表及距地表5cm处地温显著相关(P0.05)。灌溉前后CK和CF处理CO2和N2O排放通量变化较小。灌溉后SI处理土壤CO2和N2O排放通量迅速升高且分别在灌后第1d和第2d达到排放峰值,此时CO2和N2O排放通量分别较SI处理灌溉前分别升高111.9%和890.0%,随后SI处理CO2和N2O排放通量开始下降,灌溉后第7d分别与CK和CF处理相比无显著差异。灌溉后7d内SI处理的CO2和N2O累积排放量均显著高于CK和CF处理。     

一体式沼气安全脱硫反应器的操作优化和运行性能

文章采用正交试验考察了曝气量、气液比、脱硫液碱度对一体式沼气安全脱硫反应器脱硫效能的影响.试验结果表明,操作条件对反应器脱硫效能的影响程度为:曝气量＞脱硫液碱度＞气液比.在反应器容积气体负荷为32.5 m3·m-3d-1,硫化氢浓度为10 g · m-3的条件下,最佳操作条件组合为曝气量72 m3·m-3d-1,脱硫液碱度为4000 mg·L-1,气液比为0.625.在反应器容积气体负荷为40 m3·m-3d-1,硫化氢浓度高达20 g·m-3的条件下,反应器的容积硫化物去除率为0.74 kg·m-3d-1,沼气脱硫率为93.8％.一体式沼气安全脱硫反应器脱硫成本为0.11元·m-3和6元·(kg-S)-1.     

基于氮平衡的种养结合沼液资源化利用研究

研究沼液经济性消纳对提高沼液资源利用率、维持沼气工程稳定运行、缓解养殖带来的环境压力、提升农业废弃物资源化利用效率和经济效益,推动种养循环一体化发展具有重要意义。为此,结合农业废弃物资源化利用方式,基于盈亏平衡分析和秸秆资源化利用模型,以沼液经济性消纳半径为核心,探究了沼气工程投资金额和处理规模之间的关系,提出了沼液经济性消纳模型。研究结果表明:沼气工程投资金额与处理规模之间关系性较强(R 2=0.9842);沼液经济性消纳半径R bsa选取的主要影响因素是运输费用和沼液中N含量,不同消纳区域农业生产系数的差异性也会对经济性消纳半径的评估产生影响。利用模型对江西新余南英垦殖场规模化沼气发电工程(SBPGP)沼液经济性消纳半径进行估算,在保证氮平衡基础下,其沼液最小消纳范围在31.94 km 2左右。沼液经济性消纳模型的构建,为以沼气工程为纽带的种养一体化循环模式提供了技术参考,从经济性视角为循环农业发展提供了理论依据,从而实现经济效益与环境效益协调发展的目标。     

软体沼气工程聚乙烯土工膜技术性能与成本分析

该研究以软体沼气工程聚乙烯土工膜为研究对象,对其技术性能和产品成本进行比对分析,以期为软体沼气工程膜材料提供理论参考与建议。研究材料为工程上常用的1.0~2.0 mm厚度的普通高密度聚乙烯土工膜(GH-1)、环保用光面高密度聚乙烯土工膜(GH-2S)、环保用单/双糙面高密度聚乙烯土工膜(GH-2T)和低密度聚乙烯土工膜(GL-1)。研究结果表明,2.0 mm厚度的不同型号土工膜材料成本是1.0 mm厚度土工膜的1.6~2.0倍;膜拉伸屈服强度以GH-2T为最高,而膜拉伸断裂强度和平均抗穿刺强度则以GH-2S为最高;膜的厚度与膜的抗老化、抗紫外线及使用年限无显著相关性。综合分析认为,高密度聚乙烯土工膜GH-2S材料成本适中,在抗拉伸性能、抗穿刺强度、抗紫外线和抗老化能力及使用年限方面具有不同程度的优势,可为软体沼气工程首选膜材料。