專利名稱:沼氣提純后剩余廢氣作為氣肥的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源中沼氣能源的綜合利用范疇，具體涉及一種將沼氣提純后所剩余的富含二氧化碳的廢氣作為人工栽培系統(tǒng)氣肥的用途。
背景技術(shù)近年來，隨著對能源品質(zhì)和利用方式要求的提高，對沼氣的利用方式也發(fā)生了改變，沼氣提純越發(fā)重要。沼氣提純技術(shù)即將沼氣中甲烷與二氧化碳、水、硫化氫等氣體分離的技術(shù)，它是針對沼氣這種新能源的高值化利用所發(fā)展起來的，通過分離富集，沼氣中的甲烷含量可達(dá)到97%-99%，其熱值顯著提高。目前主要的沼氣提純技術(shù)包括化學(xué)吸收法、水洗法、變壓吸附法、膜分離法。
國內(nèi)外學(xué)者針對沼氣提純技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，但在研究提高沼氣甲烷純度的同時忽略了沼氣提純之后剩余富含二氧化碳的廢氣再利用問題。在現(xiàn)有的研究中化學(xué)吸收法、水洗法、膜分離法進(jìn)行沼氣提純的研究都沒有提及二氧化碳的富集與再利用，盡管變壓吸附工藝可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的富集，且純度可達(dá)到99. 5%，但多數(shù)將其作為廢物排放。例如公開號為CN101837227A的發(fā)明專利中，僅將二氧化碳富集于吸收液中，并未提及回收塔內(nèi)二氧化碳的收集與利用問題。這些廢氣的排放既造成了二氧化碳資源的浪費(fèi)，又加重了溫室效應(yīng)。
隨著國家對新能源的重視程度越來越高以及大量的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物急待處理利用，生物質(zhì)能中的沼氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，沼氣提純技術(shù)將得到長足的進(jìn)步，隨之產(chǎn)生的二氧化碳資源非常巨大和寶貴，關(guān)于這些碳資源的利用應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)。
另一方面，設(shè)施農(nóng)業(yè)在國民生活生產(chǎn)中的作用越發(fā)重要，特別是人工栽培系統(tǒng)對保證農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收起到了關(guān)鍵性的作用。但是在相對密閉的人工栽培系統(tǒng)中，由于植物進(jìn)行光合作用時對二氧化碳的大量吸收同化，使得系統(tǒng)中碳源不足，嚴(yán)重影響到了植物的生長。而在蔬菜大棚、人工溫室或者植物工廠中增施二氧化碳對作物的增產(chǎn)作用非常明顯，一般可達(dá)30%，可以為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益，因此二氧化碳?xì)夥试鍪┘夹g(shù)得到了較快的發(fā)展。
目前二氧化碳?xì)夥试鍪┓椒ù笾掠腥缦聨追N
(I)化學(xué)反應(yīng)法化學(xué)反應(yīng)法是較為常用的方法，其原理是利用碳酸鹽與強(qiáng)酸反應(yīng)生成二氧化碳。而該方法存在成本高、二氧化碳濃度持續(xù)時間短(通常只有1-2 h)、費(fèi)工時等缺陷，從而限制了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛推廣與應(yīng)用。
( 2 )純二氧化碳增施法該方法一般是利用高壓瓶裝二氧化碳來進(jìn)行增施，可以較好的控制濃度和流量變化，但成本高昂。
( 3 ) 土壤化學(xué)法該方法一般是通過在田間施加碳銨等肥料，利用其自然分解釋放二氧化碳，此方法操作簡便、成本低，釋放二氧化碳的同時也增施了氮肥，但是二氧化碳濃度不易控制，而且容易造成氨氣毒害。
(4)有機(jī)廢物簡易發(fā)酵法公開號為CN1582623A的發(fā)明專利提出該方法，即通過簡易發(fā)酵裝置將農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物直接在大棚內(nèi)發(fā)酵，產(chǎn)生二氧化碳并釋放，可以綜合利用農(nóng)業(yè)廢棄物，但是發(fā)酵過程中釋放二氧化碳時也產(chǎn)生了甲烷、硫化氫、氨等氣體，對作物的生長產(chǎn)生影響。
( 5 )其它除上述方法之外，還有燃燒法、通風(fēng)換氣法等，燃燒法通過直接燃燒有機(jī)廢物釋放二氧化碳，該方法不僅很難控制二氧化碳的濃度，而且在燃燒過程中會產(chǎn)生二氧化硫、飛灰等空氣污染物，影響作物生長；通風(fēng)換氣法成本低廉，但很難控制二氧化碳濃度，更難以達(dá)到800 μ L · L_/同時也會影響溫室內(nèi) 溫度的變化。
通過上述兩方面分析，可以看出以沼氣提純后剩余的富含二氧化碳的廢氣作為氣月巴，不僅有效利用了沼氣提純后剩余的廢氣，而且為溫室作物栽培提供了新的氣源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種將提純后所剩余的富含二氧化碳的廢氣作為人工栽培系統(tǒng)氣肥的用途，其具體步驟是將沼氣提純過程中所產(chǎn)生的含有二氧化碳的廢氣進(jìn)行富集并存儲至儲氣罐中，當(dāng)該剩余廢氣中硫化氫含量大于IOppm時,將剩余廢氣通入脫硫處理液進(jìn)行脫硫處理；當(dāng)氨氣含量大于5ppm時，將氣體通入中脫氨裝置中進(jìn)行脫氨處理；最后將經(jīng)過脫硫脫氨處理后的氣體通入布?xì)庀到y(tǒng)，布施于人工栽培系統(tǒng)中(如蔬菜大棚、人工溫室或植物工廠等)。根據(jù)人工栽培系統(tǒng)中作物固定二氧化碳的方式、作物的二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)及飽和點(diǎn)來調(diào)整人工栽培系統(tǒng)中二氧化碳濃度，以保證植物光合作用過程中充足的碳源供給。
人工栽培系統(tǒng)中二氧化碳濃度控制值主要由人工栽培系統(tǒng)中作物固定二氧化碳的方式、作物在當(dāng)前溫度、光照、水分條件下所具有的二氧化碳補(bǔ)償點(diǎn)及飽和點(diǎn)來確定。針對蕃茄、黃瓜、辣椒等C3作物，二氧化碳濃度控制范圍一般為400ppm-1400ppm。
其中所述的沼氣，其制備方法包括濕式厭氧消化法、干式厭氧消化法、單相厭氧消化法、兩相厭氧消化法等，以及上述未提及的利用生物質(zhì)廢物厭氧消化產(chǎn)生沼氣的方法。
其中所述的沼氣提純方法包括水洗法、變壓吸附法、膜分離法等能夠?qū)⒓淄閺恼託庵蟹蛛x出的方法。
其中所述的廢氣是指沼氣經(jīng)提純?nèi)コ淄楹笏Ｓ嗟臍怏w，主要組分為二氧化碳(30%-60%),其他組分包括氮?dú)狻⒓淄?、硫化氫、氨、氫氣、水、氧氣、一氧化碳等?br>其中所述的布?xì)庀到y(tǒng)包括均勻分散式布?xì)庀到y(tǒng)、集中式布?xì)庀到y(tǒng)等，其中以均勻分散式布?xì)庀到y(tǒng)效果最好。
其中所述的均勻散布式布?xì)庀到y(tǒng)中的二氧化碳布?xì)饪跉怏w流量以二氧化碳計為O. 5 m3/h-lm3/h，平均每10. 8m3_21 m3的空間鋪設(shè)一個布?xì)饪凇?br>其中所述的人工栽培系統(tǒng)包括蔬菜大棚、人工溫室、植物工廠等。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)
(I)將以往作為廢氣排放的富含二氧化碳的沼氣提純后剩余氣體加以利用，將其作為碳源進(jìn)行碳施肥，綜合實(shí)現(xiàn)了沼氣的綜合利用。
(2) 二氧化碳的合理利用減少了溫室氣體的排放，實(shí)現(xiàn)了碳循環(huán)。
具體實(shí)施方式
(I)廢氣資源本實(shí)施例中所使用的沼氣來源于餐廚垃圾兩相厭氧消化系統(tǒng)，使用的廢氣來自于變壓水洗法沼氣提純系統(tǒng)，廢氣中二氧化碳含量為38%-45%、氮?dú)鉃?5%-30%、甲烷為1%_3%、氧氣為20%-35%、硫化氫為3ppm-5ppm、氨氣為lppm-2ppm、氫氣
1%-2%。
(2)作物栽培系統(tǒng)選用兩套日光燈溫室作物栽培系統(tǒng)(系統(tǒng)A和系統(tǒng)B)，每套溫室系統(tǒng)空間尺寸為3mX3. 2mX3. 5m，系統(tǒng)頂部的布?xì)夤艿烙糜谑┓潘ㄈ氲膹U氣。系統(tǒng)A和系統(tǒng)B內(nèi)溫度、濕度、光照強(qiáng)度、新風(fēng)量等條件一致，白天溫度為26±3°C、夜間溫度為19 ± 2 °C、濕度為 60% 土 20%。
(3)布?xì)庀到y(tǒng)本實(shí)施例中每個栽培系統(tǒng)中分別鋪設(shè)了四個布?xì)饪冢譃樯舷聝蓪?，上層離地高度為2m，下層高度離地高度為O. 75m，布?xì)饪跉饬苛髁繛镺. 8 m3/h。
(4)二氧化碳增施效果通過二氧化碳濃度探頭、電磁閥以及電腦軟件控制布?xì)庀到y(tǒng)的工作，從而控制溫室系統(tǒng)中二氧化碳的濃度，其中系統(tǒng)A中二氧化碳濃度波動范圍為400±50ppm(yL · Γ1)，系統(tǒng) B 中為 800±50ppm(yL · L-1)。
(5)作物增產(chǎn)效果本實(shí)施中考察作物為番茄，品種為中雜105。增施二氧化碳可以提高蕃茄的品質(zhì)，SOOppm濃度處理下蕃茄中的可溶性糖含量比400ppm濃度處理下提高了 28%，維生素C含量、可溶性固形物含量分別提高了 16%、34%。而有機(jī)酸含量則降低25%。800ppm濃度處理下番茄總產(chǎn)量比400ppm增加16%。
當(dāng)理解的是，本發(fā)明的具體實(shí)施例僅僅是出于示例性說明的目的，其不以任何方式限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求
的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.沼氣提純后所剩余的富含二氧化碳的廢氣作為人工栽培系統(tǒng)氣肥的用途，其特征在于，將沼氣分離提純出甲烷，剩余的廢氣經(jīng)過富集存儲至儲氣罐中；將剩余廢氣通入脫硫處理液進(jìn)行脫硫處理使得剩余廢氣中硫化氫含量小于IOppm ;將氣體通入脫氨裝置中進(jìn)行脫氨處理使得剩余廢氣中氨氣含量小于5ppm ;將經(jīng)過脫硫脫氨處理后的氣體通入布?xì)庀到y(tǒng)，布施于人工栽培系統(tǒng)中。
2.依據(jù)權(quán)利要求
書I所述的用途，沼氣的制備方法選自濕式厭氧消化法、干式厭氧消化法、單相厭氧消化法、兩相厭氧消化法以及利用生物質(zhì)廢物厭氧消化產(chǎn)生沼氣的方法中的一種或多種方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求
書I所述的用途，其特征在于人工栽培系統(tǒng)中二氧化碳濃度介于400ppm-1400ppm 之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求
書I所述的用途，其特征在于沼氣提純方法選自水洗法、變壓吸附法、膜分離法中的一種或多種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求
書I所述的用途，其特征在于廢氣是指沼氣經(jīng)提純?nèi)コ淄楹笏Ｓ嗟臍怏w，主要組分為二氧化碳(30%-60%)，其他組分包括氮?dú)?、甲烷、硫化氫、氨、氫氣、水、氧氣、一氧化碳?br>6.根據(jù)權(quán)利要求
書I所述的用途，其特征在于布?xì)庀到y(tǒng)包括均勻分散式布?xì)庀到y(tǒng)、集中式布?xì)庀到y(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
書6所述的用途，其特征在于布?xì)庀到y(tǒng)為均勻分散式布?xì)庀到y(tǒng)，均勻散布式布?xì)庀到y(tǒng)中的二氧化碳布?xì)饪跉怏w流量以二氧化碳計為0.5 m3/h-lm3/h,平均每10. 8m3-21 m3的空間鋪設(shè)一個布?xì)饪凇?br>8.根據(jù)權(quán)利要求
書I所述的用途，其特征在于人工栽培系統(tǒng)選自蔬菜大棚、人工溫室、植物工廠。
9.沼氣提純后所剩余的富含二氧化碳的廢氣作為人工栽培系統(tǒng)氣肥在提高番茄產(chǎn)量和/或維生素C含量中的用途。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種將沼氣提純后所剩余的富含二氧化碳的廢氣作為人工栽培系統(tǒng)氣肥的用途。本發(fā)明既解決了沼氣提純過程中所產(chǎn)廢氣的處理問題，同時為人工栽培系統(tǒng)中植物光合作用碳源不足的問題提供了解決途徑。
文檔編號A01G7/02GKCN102835261SQ201210342005
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月17日
發(fā)明者李秀金, 田立斌, 鄒德勛, 袁海榮, 朱保寧, 龐云芝 申請人:北京化工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan