1、高效率低耗能沼氣純化技術報告人:林家輝前言 n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。n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。n 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
2、法，以減少成本，希望能找出低成本，高效率的方法。各種純化方法之優缺點純化方法 優點 缺點 物理方法 活性碳吸附 設備簡單 再生需蒸汽或高溫惰性氣體 水洗 去除效率高 需要動力設備、成本高 薄膜過濾 佔用空間小 損失約 5%甲烷，水分需徹底去除，對溫度敏感，薄膜易受損，成本高 分子篩吸附 吸附能力極佳 需高溫高壓再生 化學方法 石灰石 吸收劑成本低廉 再生不易或不符合經濟效益，衍生廢棄物處理問題 乙醇胺 同時去除 CO2 與 H2S、高反應性 需高溫再生，有裝置腐蝕現象 碳酸鉀 同時去除 CO2 與 H2S 需高溫再生，有裝置腐蝕現象 氧化鐵 設置簡單，適合小規模利用 再生溫度不易控制 次氯酸鹽
3、 高反應性 需耗用電力再生 生物方法 光合菌 同時去除 CO2 與 H2S 需厭氧環境、光照條件、特殊反應器 文獻回顧文獻回顧 n沼氣含有甲烷（CH4）4865、二氧化碳(CO2)3045、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 n牛糞尿厭氣處理，每公升牛糞可產生0.50.7 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5568%、3145%及0.030.23%。(表一)氣體 百分比(一般)百分比(豬糞尿)甲烷 547
4、0 6080 二氧化碳 2745 1638 氫 110 1 氮 0.53.0 12 一氧化碳 0.1 氧 0.1 硫化氫 0.1 0.20.5 水 0.2 甲烷有下列兩項優點：n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。n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。未純化沼氣的缺點 n二氧化碳稀釋甲烷熱值，造成沼氣整體熱值低於純甲烷。n純化後氣體體積減量，減低設計管路尺寸，進氣口徑。沼氣純化之研究沼氣純化之研究 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。
5、其缺點為 n蒸氣高，溶劑損失大。n需較大之再生熱。n有顯著的腐蝕現象。n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1520%(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。一二乙醇胺一二乙醇胺(Diethanolamine,DEA)法法 nDEA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。氧化鐵粉氧化鐵粉(Fe2O3 3H2O)+木屑木屑法法n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
6、氫轉變成硫化鐵或硫化亞鐵，予以分離。分子篩法分子篩法(Molecular sieve)n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。n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。以分子篩做氣體處理。其程序設計上應考慮下列幾點:n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。n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。石灰石法石灰石法n 石灰石法脫除硫化氫，乃以碳酸鈣(CaCO3)或白雲石(MgCO3CaCO3)及石灰(CaO)之混合物為吸附物質。沼氣利用沼氣利用n沼氣在台灣養豬農
7、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。參考文獻參考文獻 nHarasimowicz,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.nKoh,MT,Chi
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