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高效率低耗能沼氣純化技術

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高效率低耗能沼氣純化技術 - PowerPoint PPT Presentation


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高效率低耗能沼氣純化技術. 報告人 : 林家輝. 前言 . 目前台灣畜牧業者,其牧場產生之畜牧廢水,經厭氣發酵處理後,所產生的大量沼氣,而這些沼氣大多沒有利用便直接排出。沼氣中含有甲烷、二氧化碳及微量的硫化氫和水氣,甲烷是一個很好的生質能源,如能善加利用,不僅合乎環保及減少溫室氣體的排放甚至能帶龐大的商機,有非常大的潛力。. 沼氣中含有硫化氫,若未經過純化去除沼氣中的硫化氫,會與水氣結合而形成具有腐蝕性的硫酸,進而造成管線的腐蝕損壞,所以去除硫化氫為值得探討的課題。.

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Presentation Transcript
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前言
  • 目前台灣畜牧業者,其牧場產生之畜牧廢水,經厭氣發酵處理後,所產生的大量沼氣,而這些沼氣大多沒有利用便直接排出。沼氣中含有甲烷、二氧化碳及微量的硫化氫和水氣,甲烷是一個很好的生質能源,如能善加利用,不僅合乎環保及減少溫室氣體的排放甚至能帶龐大的商機,有非常大的潛力。
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沼氣中含有硫化氫,若未經過純化去除沼氣中的硫化氫,會與水氣結合而形成具有腐蝕性的硫酸,進而造成管線的腐蝕損壞,所以去除硫化氫為值得探討的課題。沼氣中含有硫化氫,若未經過純化去除沼氣中的硫化氫,會與水氣結合而形成具有腐蝕性的硫酸,進而造成管線的腐蝕損壞,所以去除硫化氫為值得探討的課題。
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台灣目前去除硫化氫的技術大多以水洗的方式去除,雖然水洗式的去除率高,但需要動力設備(操作費用、水費、電費) ,費用太高,所以我們選擇固體吸附的方法,以減少成本,希望能找出低成本,高效率的方法。
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文獻回顧
  • 沼氣含有甲烷(CH4)48~65%、二氧化碳(CO2) 30~45%、氮(N2)17%以上、微量的硫化氫(H2S)及水氣。表1所示豬糞尿產生之甲烷含量高於一般農場廢棄物,而畜牧生產中體重60 kg之肉豬每天每頭約可生產0.23 m3沼氣
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牛糞尿厭氣處理,每公升牛糞可產生0.5~0.7 m3的沼氣,去除每公斤的TS約可產生2.78 m3的沼氣。沼氣中甲烷、二氧化碳及硫化氫含量分別為55~68%、31~45%及0.03~0.23%。
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甲烷有下列兩項優點:
  • 熱值高:一般約為5000 kcal/m3 以上,比煤氣瓦斯的標準熱值4500 kcal/m3 還高。
  • 具燃料特性:可作為引擎燃燒的燃料,引擎燃燒過程可使之更滑潤、減少排氣中有毒物質、低速運轉時可增加扭力。
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未純化沼氣的缺點
  • 二氧化碳稀釋甲烷熱值,造成沼氣整體熱值低於純甲烷。
  • 純化後氣體體積減量,減低設計管路尺寸,進氣口徑。
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沼氣純化之研究

乙醇胺法(MEA)的優點為高反應性、低溶劑費用、高安定性,回收容易。其缺點為

  • 蒸氣高,溶劑損失大。
  • 需較大之再生熱。
  • 有顯著的腐蝕現象。
  • 不適合處理氣體中含硫化羰(COS)及二硫化碳(CS2)。由於裝置的腐蝕為乙醇胺法之主要問題,因此,其適用濃度不可過高,通常為15~20%(Wt)。然而近年來發展成的腐蝕抑制劑,使乙醇胺的可用濃度提高至30%以上。
diethanolamine dea
一二乙醇胺(Diethanolamine,DEA)法
  • DEA和MEA法相似,但可用於氣體中含有硫化羰及二硫化碳場合,且溶劑氧化損失較小。缺點則為較低反應性,需較高溶劑循環速率及較昂溶劑費用。
fe2o3 3h2o
氧化鐵粉(Fe2O3 . 3H2O) + 木屑法
  • 以氧化鐵粉與木屑重量比2:1混合,填置於一圓柱管中,使硫化氫轉變成硫化鐵或硫化亞鐵,予以分離。
molecular sieve
分子篩法(Molecular sieve)
  • 分子篩為結晶性鋁-矽化合物 ,其結構由均勻小孔連結如蜂巢狀。
  • 分子篩的吸附能力完全取決於不純物的分子大小,型態極性程度。
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以分子篩做氣體處理。其程序設計上應考慮下列幾點:以分子篩做氣體處理。其程序設計上應考慮下列幾點:
  • 一般而言,溫度越高,則吸附能力減低,溫度提高10℉將使得分子篩用量增加20%,因此準確的預估進氣溫度乃為必須。
  • 再生塔進口溫度以保持在555℉為佳,再者再生系統通常需以高壓操作。
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石灰石法
  • 石灰石法脫除硫化氫,乃以碳酸鈣(CaCO3)或白雲石(MgCO3.CaCO3)及石灰(CaO)之混合物為吸附物質 。
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沼氣利用
  • 沼氣在台灣養豬農家之利用上,大都用於養豬場之輔助能源,例如家庭燃料用瓦斯爐、熱水爐、仔豬保溫燈、仔豬保溫板、焚化爐、沼氣動力車及沼氣發電用於自家牧場所需如飼料之加工、混合、畜舍或廢水處理場之操作等用途。
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參考文獻
  • Harasimowicz, M, Orluk P Zakrzewska-Trznadel G and Chmielewski AG (2007) Application of polyimide membranes for biogas purification and enrichment. Journal of Hazardous Materials.144: 698-702.
  • Koh, MT, Chiu TH, Hong CM and Chung P (1988) Recent development in biogas and utilization in Taiwan. Proceeding of the utilization and poultry manure. FFTC EB.279.pp1-12.
  • 蕭榮泉(1991)金龍種畜場沼氣回收利用之實例。豬糞處理、堆肥製造、使用及管理研討會論文專輯。中華生質能源學會。
  • 邱清選(1991)一貫式豬糞尿處理與沼氣利用。台灣省畜產試驗專輯第10號。台灣省畜產試驗編印。
  • 郭猛德、郭春芳、黃祥吉(1999)鴨糞廢水處理之研究。中畜會誌28(1): 69-80。
  • 王豐文(1993)養豬場之沼氣發電研究。國立中興大學農業機械工程學系碩士論文。
  • 工業技術研究院能源研究所第八號報告(1982)沼氣純化之研究
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