二、沼氣的成分及燃燒特性

沼氣是各種有機(jī)物質(zhì)在隔絕空氣中，并有適宜溫、濕度條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而產(chǎn)生的一種可燃性氣體。它不是單一的氣體，而是由多種氣體組成的混合氣體，含有甲烷（CH₄）、二氧化碳（CO₂，）、硫化氫（H₂S）、一氧化碳（CO）、氫氣（H₂）、氧氣（O₂）、氮?dú)猓∟₂）等。其中主要成分是甲烷和二氧化碳，甲烷占總體積的55％～70％，二氧化碳含量為30％～45％。其他幾種氣體含量較少，一般不超過總體積的2％。沼氣燃燒主要是甲烷的燃燒。甲烷是一種理想的氣體燃料，它無色、無味、無毒，分子式為CH₄，相對(duì)分子質(zhì)量為16.04，它和適量的空氣混合后即可燃燒，每立方米純甲烷發(fā)熱量為34000焦耳，燃燒時(shí)發(fā)出藍(lán)色的火焰，并放出大量熱能。每立方米沼氣的發(fā)熱量為加20800～23600焦耳，即1立方米沼氣完全燃燒后，能產(chǎn)生相當(dāng)于0.7千克無煙煤提供的能量。由于沼氣中含有硫化氫，常會(huì)聞到形如臭雞蛋的氣味，點(diǎn)火燃燒后，這種氣味就沒有了。

沼氣燃燒，就是沼氣中的可燃成分甲烷、氫氣、一氧化碳、硫化氫等，在一定條件下與氧氣發(fā)生激烈的氧化作用，并產(chǎn)生大量的熱和光的物理化學(xué)反應(yīng)過程，其燃燒反應(yīng)方程式為：

沼氣的燃燒需要供給適量的氧氣，氧氣過多或過少均對(duì)燃燒不利。當(dāng)沼氣與空氣混合到一定濃度時(shí)，遇到明火則引起爆炸。但若空氣濃度低于一定限度時(shí)，氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量不足以彌補(bǔ)散失的熱量時(shí)，沼氣則無法燃燒。

我們可以通過實(shí)驗(yàn)自制沼氣，觀察其燃燒。其方法是將菜皮、菜根、蘿卜之類切碎搗爛，緊緊地堆在一起。把一根玻璃管插在堆積物中心，堆積物周圍用稀泥糊起來，封成小丘狀，玻璃管的一端管口露在土堆外面。為了保證清潔衛(wèi)生，可將這堆材料裝在一只塑料袋里，玻璃管口應(yīng)露在袋外。用一只曾吹過一次的氣球套在玻璃管口，用棉線扎緊，使整套裝置不漏氣。如果氣溫在25～35℃，經(jīng)過3～5天，可以觀察到氣球慢慢地鼓了起來，待氣球膨大后，可將棉線剪去，取走氣球。找一個(gè)瓶子，瓶口向下套在玻璃管口上，幾小時(shí)后將瓶子緩緩抽出，瓶口仍應(yīng)保持向下。此時(shí)迅速地用一根點(diǎn)燃的火柴放到瓶口，可見瓶?jī)?nèi)氣體著火燃燒。由于沼氣比空氣輕，因此我們采取瓶口向下，用排氣集氣法來收集沼氣。當(dāng)瓶子移出玻璃管口時(shí)，瓶中充滿了沼氣，所以點(diǎn)火能燃燒（圖1-1）。

圖1-1　自制沼氣實(shí)驗(yàn)