沼气产业化

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1、生物质能之沼气产业化化工09-7班 杨竟宪09031722内容提要：生物质能源是至今唯一一种可以再生的能源，而沼气是生物质能源中最具潜力的一种，但是此产业在 我国仍有着很多问题存在。关键词：生物质作物，可再生能源，沼气产业引言：自然界的生物无时无刻不都在产生能源，每一个生物既是能源的消耗者，也是能源的产生者。植物将 接受光能，将其转化为化学能储存在体内，之后被我们利用又可转化为可利用资源，而动物吸收能量，排 出粪便。生物质能源就是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能存储在生物质内部的能量。是唯 种可再生能源。正文:、对产业沼气的提出提及生物质能，在我国，人们普遍会想到的就是生物乙醇和生物柴油

2、，因此而产生了生育质能源一度 被边缘化的趋势。例如在粮价疯狂上涨的时候，国内外纷纷谣传是因为生物质能源的利用占用了大部分粮 食（即使后来证明事实并非如此）。生物能源并非只是粮食转化的生物乙醇和生物柴油，同时，沼气是一种更为新颖、潜力更大的能源。 沼气的甲烷含量一般为50%-65%，经提纯和净化后可提升至97%以上，几乎与天然气无异。而天然气在我 国是比较紧缺的资源，这和巨大的需求成了巨大矛盾。在不计算农村用气的前提下，我国仍旧有着几百亿 立方米的缺口。俄罗斯、马来西亚、澳大利亚、伊朗、土库曼斯坦，我国大量的天然气从国外进口，造成了成本昂贵, 又受他国影响的局面。2006年，我国首次提出了“产业

3、沼气”概念，其初衷是：1. 希望向因客观原因注定几乎不能享受现代节净能源一一天然气的农民伸出援助之手。2. 摆脱长期以来沼气只有生态效益，没有经济效益的格局；3. 摆脱“土法上马，因陋就简”的传统粗放沼气的模式，使沼气成为具有现代化内涵的新型的能源 环保型产业。“产业沼气”有别于通常所说的自给型的农户沼气。它是指规模化的生产并纯化使之能像天然气和液 化气一样由管道或气罐（瓶）输送和装运，方便地运用。沼气的迅速发展还因为它在提纯后是以天然气形式作用的二、发达国家产业朝气的情况欧盟国家，瑞典、德国、奥地利等这样一些国家，他们的产业沼气发展的比较快。例如，位于瑞典南 部作物种植一畜牧区的一个大型沼气

4、池（连同提纯）厂，日产出未经提纯的沼气2万立方米。其拥有的沼 气池应经不需要以前单独的巨大的储气池，而是直接由顶上圆锥形的储气柜通入发电机内。发达国家沼气发展迅速的原因有：1. 在2000年前后，这些国家制定了强制性的法律，规定在所发的电量中必须带有规定比例的“绿电”， “绿电”指太阳能电、风电以及生物能电。2. 太阳能及风能具有不稳定、间歇性的特点，同时沼气发电最利于控制和稳定的。3. 为了减少国家对进口的依赖，以及对对空气中二氧化碳排放量的控制，政府制定了一系列的政策， 同时也制定了一系列的补贴政策。在沼气产业技术成熟之后，又有了一系列的指导规定，沼气产业发展迅猛。例如：在瑞典明确规定产生

5、的有机物必须存放半年以上才能排除出，否则在沼气池内未反应完全的 有机物排放到自然界，会引起更严重的后果，因为甲烷与二氧化碳的纲量比是25比1,即向大气排放1 吨的甲烷，就相当于排放25吨的二氧化碳。在大型的沼气厂，会配有液化罐，因为在瑞典，沼气不是随便使用的，而是要其真正达到天然气的 能值才会使用，所以当发现沼气提纯以后还有一点差距，会在液化罐内加入LPG,提高能值后再进入输 送管道。产业成果：瑞典在1996年就有了天然气汽车，2004年出现了天然气城际列车。在德国，由于有密集的天然气管道网，沼气主要用来发电。德国北部的沼气反应罐群的发电能力是 20兆瓦（相当于我国4个秸秆发电厂的能力）。日本

6、也在致力于沼气产业的开发，从澳大利亚进口设备进行高压处理（原理是在高压下甲烷的可溶 性基本不变），它主要运用的原料是城市污水在有氧反应之后留下的污泥。日本现在已有了沼气巴士。现今动态：各主要发达国家致力于能源作物作为沼气发酵原料的研究，原因是能源作物（整株青贮）作为沼气 原料，其土地一能量生产率可比生产燃料乙醇和生物柴油高好几倍，能源作物的潜力巨大必定能作为未 来生产沼气的主要原料。主要对象有整株青贮玉米、甜菜、芒等。为什么能源作物能有如此高的土地一能量净产出率，原因有：1. 充分发挥了能源作物（特别是玉米专用种等）能够高强度的同化太阳能优势，获得单位土地 面积生物量产出。2. 积累在茎叶中的

7、碳水化合物，在作物完全成熟前，仍以可溶态保留于青贮料中，易于转化为 沼气或其他形式生物能源。3. 厌氧反应是各种碳水化合物转化，降解反应中能量消耗最少的一种反应。国外对于沼气潜力的预测：瑞典：除去能源作物，就瑞典目前的沼气原料，可发电17twh,其理论提纯沼气量为100亿立方米 （而中国一年的需求量为700亿立方米）。德国：2005年起，沼气产业的企业比例，吸收的劳动就业率，二氧化碳等的减排量，都在迅猛的 增长。英国：如果利用国内30万公顷的休闲地种植能源作物，可以发电9*10e9千瓦时。三、我国沼气产业状况潜力估计：按照沼气的五大传统资源计算，我国可年产量沼气量为1500亿mh折合860亿m

8、?甲烷，可替代 近900亿立方米的天然气。而我国虽然耕地面积少，但草地、林地面积很广，并且亚热带分布面积很广， 因而能源作物仍然很多。现分析:传统资源利用率低，如最常见的牲畜粪便，国内很多的养殖场都没有建设相宜的专业沼气池，即使 有，也是三天打鱼，两天晒网。而我国生物能源开发面临的问题：1. 如何保证生物质原料的周年供应？女口：甜高粱作为一个新兴的能源作物，在我国被广泛提及，但没有任何预期的快速发展，主要原因 就是其收获以后的加工期太短，黄河流域地区甜高粱收获2月以后，茎秆内碳水化合物很快就会转 化为乙酸、丙酸等，这与工厂的周年生产相违背。2. 北方甜菜种植业及加工业严重萎缩。甜菜种植面积67

9、万公顷锐减到少于20万公顷。对于沼气产业的探索处理有机废水技术：UASB,上流式处理废水污泥，这些污泥是含有厌氧微生物的生态共生体的，不易 散开，在处理器中，大量含有厌氧微生物的的废水向上冲过污泥，使其迅速分解产生沼气。有利于处理中 低浓度有机废水，对于100000mg/L的污水无法处理。溶剂产出率只有1,而实验值是20。为了解决这种状况，我国一些厂就将沼气池建得很大，甚至超过了 10000立方米，仍没有效果。2000年起，引进了日本的技术后又进行了进一步的改进，OLR达25kg/立方米/天，因而沼气池体积可 以减少，造价降低，高浓度低PH值的废水得到有力的解决。产业沼气在我国面临的问题和紧迫

10、性：我国是最早发现沼气的国家之一。我国虽有3500万个沼气池，但是在沼气领域落后发达国家十几年。沼气历史：上世纪20年代，在台湾出现了水压式浮罩式沼气池，最初目的是为了寻找代替煤油的能源。 上世纪79年代后，北方出现了四位一体模式沼气池，南方出现了猪-沼-果模式的沼气池。四位一体是指简易大棚下养猪、种植蔬菜、地下建沼气池，大棚旁件厕所。南方猪-沼-果模式是指养猪，粪便用来产生沼气，沼渣种植果品。但农户沼气池有先天性的不足：沼气池寿命短，故障多。原因是一一因陋就简，尤其是在一开始的时 候建沼气池用的是三合土，很难满足厌氧反应的条件，因而其容积产气率很低，08年仅为0.11，与实验理 论值20,有

11、很大的差距。本以为可以代替广大农户沼气池的畜禽沼气生产厂的容积产出率也只有0.4左右，再加上沼气池是由钢 和铁造的，成本高，只有“示范效益”无法成为产业。因此，我国在产业沼气遇到的瓶颈：1. 效率低；2运行维护成本高。我国大中型畜禽场沼气工程容积产气率不理想的主要原因：1. 在反应罐内不能形成比较固定的厌氧颗粒污泥；2. 物料的水解、酸化、产气等对环境条件不同的过程混在一个反应罐内，互相牵制；3. 反应罐缺乏甚至没有搅拌；4. 缺乏标准化的过程控制，操作凭经验，不能及时发现运行问题、也不能适应物料理、化性质 多变的特点；德国有（CSTR）,连续搅拌技术；瑞典在1970年就有了搅拌技术。5. 物

12、料干物浓度（TS）太低，只有7%-8%；6. 反应罐内运行温度没有保证。一般低于中温发酵（37度）的要求，更达不到高效的高温发酵 的温度（50度）。沼气池素来被称为“黑箱”因为它需要在无氧环境下反应，因而很难控制，效率很低，但是 在现在应经可以通过一系列指标表来控制，如温度、可挥发性成分比例、PH值等等，并且现在的 智能化沼气池，在提高产率的基础上，还可以极大的缩短反应罐启动时间，由原来半年缩短为2最 短2天，即进入就可产气，2天后能正常运转。我国沼气产业化的主要障碍：1. 效率低；2. 最主要的几种因地、因原料制宜的产业化商品模式还未形成，我国的条件复杂，原料复杂；3. 沼气产业无流量非常大，需要从原料到商品销售的完整物流链；4. 缺少科技型的风险投资企业（家）的广泛投入；5. 有关部门工作的的重叠，难以协调；6. 能源补贴的不足。但，总而言之，最重要的指导思想：要使废弃物/液的处理摆脱仅仅是为环保公益服务，而 缺乏经济效益的形象，达到环境效益和经济效益的“双赢”生物质能源应用理想模式：就地初加工一一集中精制一一集中供能，从而能振兴农村的中 小企业，并且应用于车用燃料。总而言之，产业沼气是沼气技术实验换代与升级换代的一个载体。