大型高效自动化沼气池成套专利技术商务计划书

1、1 大大型型、高高效效自自动动化化沼沼气气池池成成套套专专利利技技术术商商 务务 计计 划划 书书天津市蓟县为民能源科技研究所电话箱：qq:2451570457所长：曹秀保 2011-10-72目 录一一 沼沼气气产产业业市市场场分分析析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 31.1.生物质能源总量以及对未来社会的影响生物质能源总量以及对未来社会的影响 .3 32.2.农村沼气市场分析农村沼气市场分析 .4 43.3.大

2、型沼气能源产业的市场分析大型沼气能源产业的市场分析 .7 74.4.废物利用的中型沼气市场分析废物利用的中型沼气市场分析 .10105.5.大型沼气利用系统大型沼气利用系统 .1111二二 沼沼气气技技术术的的现现状状分分析析 高高科科技技应应用用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 13 31 1. .发发酵酵温温度度与与沼沼气气生生产产的的关关系系.13132 2. .沼沼气气池池大大小小与与沼沼气气发发展展的的关关系系.14143 3. .大大型型沼沼气气池池的的物物料料分分布布问问题题.15154 4.

3、.大大型型沼沼气气池池 除除渣渣问问题题 .15155 5. . 结结论论 .1515三三 大大型型、高高效效自自动动化化沼沼气气池池技技术术的的可可行行性性分分析析和和系系统统解解决决方方案案. . . . . . . . .1 16 61 1. .空空气气隔隔热热保保温温沼沼气气池池技技术术 .162.自动排气技术自动排气技术.18四四市市场场发发展展策策略略 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 20 01.1.沼气产业发展总

4、体策略沼气产业发展总体策略 .21212.2.农村沼气池的发展策略农村沼气池的发展策略 .21213.3.大型沼气池发展战略大型沼气池发展战略 .22224.4.开发节能型废物利用沼气池开发节能型废物利用沼气池 .22225.5.技术发展策略技术发展策略 .23236.6.国际、国内的政策应用国际、国内的政策应用 .2323五五 投投资资与与效效益益分分析析 .241 1. .国国际际、国国内内政政策策性性奖奖励励 .24242 2. .小小型型沼沼气气池池成成本本分分析析 .24243 3. .大大中中型型节节能能沼沼气气池池成成本本及及经经济济效效益益分分析析 .2626六六 风险性分析和

5、预防措施风险性分析和预防措施27271 1、风险分析、风险分析27272.技术知识产权先进性、成熟性和可靠技术知识产权先进性、成熟性和可靠性性27七附七附件件303一一 沼沼气气产产业业市市场场分分析析沼气是一种混合气体，其主要成分除 甲烷 ch4外，还含有二氧化碳co2、硫化氢 h2s、一氧化碳 co、微量氮气、游离氨 等气体。有时还含有高级碳氢化合物 cmhn。沼气的成分随发酵原料、发酵条件和工艺流程不同而不同。通常情况下，甲烷含量为50%-70%，二氧化碳含量为 30%-45%，其它气体含量较低。 水蒸气含量根据发酵温度增加而增加。从沼气的成分看到，有毒气体主要是硫化氢、一氧化碳有毒性以

6、外，其余气体都是无毒性气体，沼气是一种优质天然能源。按照甲烷含量 65%计算，沼气的发热值为5570 大卡/立方米，折合标煤 0.796 公斤/立方米。按照汽油价格 7.5 元/升等同热值计算，沼气的价格应为 5.69 元/立方米。可见，沼气是一种优质的清洁能源，并且极有开发价值。1.生物质能源总量以及对未来社会的影响生物质能源总量以及对未来社会的影响秸秆、树枝、果皮、菜叶、垃圾、污水等都是沼气的生产原料。2009 年我国农作物的播种面积 23.77 亿亩，按照每亩 1 吨生物质计算，每年将产生约 24 亿吨生物质，其总能量约 8.4 亿吨标煤。工业固体废物 19.07 亿吨，其中与生物质相关

7、的固体废物 4623 万吨，垃圾 1.57 亿吨，加上树枝、果皮等林业生物质，每年可利用的生物质总量 26.26 亿吨，折合标煤 9.38 亿吨。若将生物质转化为能源和有机肥，它对社会的影响见表 1：表 1 生物质不同的利用百分比对未来社会的影响 生物质利用率社会影响20%40%60%80%生物质利用量亿吨标煤1.883.755.637.50总量占总能源生产量6.85%13.69%20.5%27.38%生产沼气总量亿 m2390478071709560天然气占天然气产量138%276%414%552%沼气发电总量亿 kwh5697113941709122788发电占总发电量16.49%32.9

8、9%49.48%65.97%沼气渣总量亿吨4.468.9313.3917.86有机肥生产有机粮食亿吨64.484有机粮食占总产量百分比21.09%42.18%63.28%84.37%减少二氧化碳排放亿吨6.8913.7920.6827.57说明：本表的基础数据来源于国家统计局官方网站，http:/ 2500 大卡/公斤计算，折标系数 0.3571。实际值达到35004000 大卡/公斤。因此，本表的估计是比较保守的。从上表可以看到，即使将可用生物质的20%转化为天然气，其总量就超过了全国的天然气生产总量。沼气发电量占总发电量的16.49%，有机粮食生产达到 21.09%，

9、减少二氧化碳排放 6.89 亿吨。由此可见，沼气在新能源、节能、现代农业、循环经济和环境保护等领域的意义是不可比拟的。未来社会的根本出路在于生物质的有效利用。这一思想也正是我国在几千年前就提出的天人合一的理想社会。2.农村沼气市场分析农村沼气市场分析建设社区集约化沼气系统是农村能源的发展方向建设社区集约化沼气系统是农村能源的发展方向农村问题一直是中国政府的重中之重。农村能源也是要解决的重要问题之一。目前中央、省、市财政对农村沼气池都基于大量补贴，各省对每口 8m的沼气池（相当于每户用的沼气池）财政补贴在 1400 元2000 元。按照农业部的测算农村沼气池的产气率约 0.14m/m天，每口沼气

10、池每天产气 1.12m沼气，相当于每天产 1m的沼气池补贴 12501786 元。由于传统沼气池产气率低，特别是产气不稳定，冬天需要能源时，沼气池却不产气。尽管国家给予大量补贴，越来越多的农户不愿意建沼气池，沼气池建设反而成了政府的负担。由于节省成本，目前农村沼气池的造价大约在 400 元/m左右，非常简陋。不仅规模小，难于管理，漏气严重，而且寿命短。这些因素也是造成农村沼气不能普遍推广的原因所在。农村沼气池市场容量农村沼气池市场容量沼气技术是我国的一项广泛的惠民政策，对所有农民实行补贴。根据这一特点，我们考虑设立县级代理和镇级代理。说实在的，对这样广泛的惠民政5策，市场容量是无法想象的。以下

11、是依据国家统计局的资料，进行的一个保守分析，市场前景无法想象。我国县级区划：2859 个镇级区划：40828 个农业人口：72135 万人农村家庭户数：2.28 亿户按照 10%的户数建沼气池，惠农总户数：2300 万户按 150 户建一口 150 立方高效自动化无需保温沼气池，共建高效沼气池：15.3 万座每座沼气池建造价格 35 万元实际建造价格仅 20 多万元沼气池总投资：535.5 亿元国家补贴：414 亿元农民承担：306 亿元建造高效自动化沼气池纯利润：折合每座沼气池利润 15 万元。工期 35 天 沼气总产量：100 亿 m/年运行利润（0.5 元/m）：50 亿元/年 传统沼气

12、池与高效自动化沼气池的技术经济比较传统沼气池与高效自动化沼气池的技术经济比较现有的农村沼气池技术与经济指标：每户建 8m的沼气池沼气池发酵温度：自然低温发酵，25以下，绝大部分时间的发酵温度，20以下。沼气池产气率：0.14m/m天（国家农业部的测算）产气的稳定性：波动很大，春秋产气率很低，冬天不产气。特别是北方地区，由于结冰现有技术根本不可能。南方地区冬天不产气或产气量很少满足不了用户使用，夏天用不完，需要放气，造成浪费、污染环境破坏臭氧层和存在安全隐患。新型自动化沼气池可以在任何地区高温发酵。每天每口沼气池平均产气量：1.14m沼气沼气池建设单价：400 元/m每口沼气池建设成本：4000

13、 元6国家补贴：1800 元/户农民出资：2800 元/户沼气池寿命；最多 5 年，很多沼气池 23 年就坏了。现有小型沼气池的维护已经成为问题。沼气池管理：无人管理，沼气池功能无法正常发挥。夏天沼气用不完，对空放气，造成浪费、污染和安全隐患。基本现状：国家鼓励，大力资助，但农民不愿建设。 集约化高效沼气池的技术经济指标集约化高效沼气池的技术经济指标单口沼气池容量：150m/口发酵温度：高温发酵（5560） ，高效保温，建有加热系统，运行温度不受环境影响。沼气池产气率：1.5m/m天（实验室产气率 3.0m/m天）每天每口产气：225m供应户数：200 户（按照每户 1.14m/天计算，实际上

14、每户每天0.9m就能满足生活用气）沼气池建造单价：2300 元/m每口总造价：34.5 万元国家补贴：0.18150=27 万元每户出资：1330 元，比单户沼气池农民出资少负担 1470 元，仅为原来出资的 47.5%每口建造实际价成本：23 万元每口利润： 11.5 万元利润率：33.3%每户承担新型沼气池寿命：50 年以上产气稳定性：常年高温发酵，不受气候影响。特别是在北方地区，原来不能建沼气池，现在可以高效运行。沼气池管理：专人运行、管理和服务。可以建设农村能源公司，实行公司化运作。这一体系是农村能源发展的必由之路，国家正在大力支持。生物质利用率：提高 30%以上7生物质综合利用：生产

15、有机肥，发展生态农业和循环经济环境保护：对污水、废渣进行综合治理，保护环境通过以上分析，新型高效自动化无需保温沼气池无论从任何一个方面新型高效自动化沼气池都远远超过传统沼气池。是新农村建设的发展方向。根据最近的市场调查，国家正在推行新农村建设，建设城镇化社区是我国农村发展的必然趋势，建设集约化沼气系统也是十二五国家支持的重点。 3.大型沼气能源产业的市场分析大型沼气能源产业的市场分析建设大型、高效自动化沼气系统是生物质能源的最终发展方向建设大型、高效自动化沼气系统是生物质能源的最终发展方向沼气产业的最终出路是建设超大型、高效率、高效益和规模化沼气池和科学化沼气利用系统。沼气是一种优质能源，但目

16、前对的沼气仍然是低层次、低效率、低效益的利用，其经济价值和社会价值远远未得到体现。以下是目前几种常见的生物质能源利用方式：生物质秸秆燃烧发电生物质秸秆燃烧发电：燃烧干生物质燃料、原料加工成本高、投资高（1 万元/千瓦以上） 、热效率低（20%左右） 、二次污染严重、不能生产有机肥，土地越来越瘦。高温气化发电高温气化发电：与燃烧发电基本相当。燃烧干生物质燃料、原料加工成本高、投资高（1 万元/千瓦以上） 、热效率低（20%左右，若采用燃气蒸汽循环热效率可达 40%左右，但投资会大大增加） 、二次污染严重、不能生产有机肥，土地越来越瘦。生物质干燥颗粒生物质干燥颗粒：原料成本很高，每吨干颗粒成本达到

17、 8001000元，没有进行能源转化，经济效益很低。小型沼气应用小型沼气应用：仅限于生活用气，受自然条件影响大，冬天不产气，夏天用不完造成浪费，沼气渣和废水不能系统处理造成二次污染。经济价值很低。我国目前的沼气池现状我国目前的沼气池现状：我国目前建造的户用沼气池据农业部2009 年底统计累计保有量 3507.3 万户，正常使用户 3230.24 万户。同过这个数字明显显示出还有 276.79 万户不能正常使用。假如每户沼气池以最低价格2000 元计算折合 276.79*2000 元=55.3580 亿元。也就是说 我国损失 55 亿元。从而也证明了我国户用沼气池建造技术不过关。管理缺陷。监督不

18、到位等，有待立法。劳民伤财产品杜绝发生。大中型沼气池也有一部分不能启动使用。8还有的冬季不能使用。产生的沼气还不够燃烧沼气锅炉给沼气池加温用气。大中型沼气池存在弊端如下大中型沼气池存在弊端如下;传统建造成本高。1000 立方沼气池目前建造价格是 350 万元-495 万元，而新型高效自动化沼气池的建造价格只需 100 万元足以。而且是自动化管理。节能 60%以上a.浪费紧缺能源。使用大量动力设备一座 1000 立方沼气池约需 5-6台进料泵排料泵、功率 25kw 左右。加搅拌设备功率 11kw 左右。及各种辅助动力设备 5kw 左右。基本每天需要 40kw 动力、消耗掉大量紧缺能源。还要使用锅

19、炉燃烧沼气为沼气池增温，失去节能减排建造沼气池意义，新型高效无需保温自动化沼气池仅需一台进料泵足以。并且不需要任何锅炉增温，可保证沼气池高温发酵功能b.发酵不彻底、排料易造成二次环境污染。新工艺建造的沼气池全混隧道连体式发酵彻底。排放无污染。发酵彻底沼渣沼液基本无有害病菌存留。达到绿色无公害有机肥要求。c.传统式顶式斜搅拌易出现短路死角。物料造成沉积。减少池体容积、减少产气率。新工艺潜污推流式池体上下搅拌均匀。菌种接触面积加大，产气率提高d.传统输气设备老化，需使用鼓风机。空气压力保护器。沼气压力保护器，浪费紧缺电能及设备资金。新型高效自动化沼气池排气自动化，无需任何设备，压力达到 10kpa

20、 也不会涨破双模储气柜。但是我们设计沼气压力在 5kpa 以内。因高压影响甲烷合成。产气排气无需任何人看管，全自动安全运行e.传统保温使用易燃苯板存在安全隐患。新工艺使用无机保温材料及空气保温法。极大节省造价，减少增温能源。保温效果显著，成本低廉，运行安全f.现在几乎所有大中型沼气池增温方法都是用沼气锅炉，造成能源浪费，失去节能减排建造沼气池意义。新工艺完全取消靠锅炉增温传统老方法，全部使用自然界的绿色能源，空气、阳光、发电机余热回收等热源。g.调节池及两级厌氧发酵池增温完全使用空气保温。二次光照增温、引进美国太阳能先进利用技术，热吸附技术、完全能满足沼气池增温所需温度。而保温是关键先进的保温

21、方法，减少对流、传导、辐射功能提高保温效9果。 使沼气池均衡产气。科研新成果。全混隧道连体式沼气池排料是隧道循环逆反排料法。运行距离远。10 几米直径圆柱体沼气池物料在池体内需运行 100 米左右距离后排除池体外，滞留时间长、排除废料与新料不复混，发酵彻底，有机物料利用率高，节约能源，排除废料不会形成二次环境污染，达到减排近零排放目的。搅拌系统选用推流搅拌顺反逆转，匀速搅拌，不留短路死角，进料排料自动化完成，进料无正压。出料无负压排气自动化，无需鼓风机、各种保护器等对国内外技术进行改造创新。目前国内外绝无仅有太阳能二次利用，温室效应达到 50 度左右。节省大量增温能源一级厌氧发酵沼气池无需保温

22、，保温性能高于任何保温材料保温效果，节省增温能源。减少保温材料，减少施工费用，减少池体建造成本 50%多体联建减少占地 50%。减少各种费用 50%净化池、调节池、沉砂池、去杂物多连体自动化发电机组不脱硫、不脱碳每立方沼气发两度电沼气发酵物料添加吸附剂。发酵剂、多种微量元素产气率提高一倍以上秸秆发酵新技术。秸秆发酵技术并不是现在市场上书中说的哪麽简单。只是简单的碳氮比 2530 碳/1 氮的问题。就可发酵产沼气。是的 25-30比 1 的碳氮比是可以产沼气。但是只是这种方法产气量相当少。而且也有人只是用秸秆单一物质发酵就可想而知他的产气量会更少了。沼气物料发酵产生甲烷过程是一个相当复杂过程。除

23、具备水分，发酵分解物质必备前提。还要有适宜温度。厌氧条件。但这个厌氧条件又不是绝对的，据德国专家实践证明添加少量适宜的氧还有促进甲烷生长作用，但这个量控制非常严格。在比如有毒物质不能发酵产生沼气，但是有些微量毒素物质同样有刺激甲烷再生功能，关于碳氮比里面还需加入多种微量元素。加入量多少是科学问题。过多过少都会影响产气率。细菌同人体一样需要多种微量元素保持生存平衡。缺少哪一种都会发生抑制及疾病产生。专利发明人做过多次试验。证明纯秸秆发酵是不可取的。它除了产气量极少以外。在温度低下时还会产生负压。10由于水蒸气在低温状态下变成水减少空间、好氧菌与厌氧菌为了生存产生激烈争抢物料之中各自所需养分造成两

24、败俱伤、低温状态各种菌种停止繁殖、水中氧气耗掉大量厌氧菌。停止产气形成负压状态。 还有人在纯秸秆发酵过程之中添加尿素调节碳氮比。这种方法也有一定效果，但是并不理想。专利发明人通过大量实验证明，厌氧菌生长繁殖同样与动植物一样需要各种微量元素补充来调节生理平衡。在发酵过程之中多种微量元素的添加是必不可少的，以上技术是我研究所发明的多项专利。其中包括 10 种专利技术。为了保密原因暂时不公开。现在仅上报两项专利发明。 （1.）无需保温大中型沼气池。专利号 201120303152.0（2）全自动化进出料大中型沼气池。专利号201120303153.5 可以明显看出现在所有大中型沼气池没有一家大中型沼

25、气池无需保温的。也没有一家大中型沼气池可实现自动化进出料的。但这还不是关键技术，关键技术比这个还先进的多，为了保密暂时未有上报而已结论结论：只有建设新型高效自动化大型、高效率、高利用率的沼气系统，生物质能源才有可能真正成为新能源之一，才能够发挥其应有的作用。减少建造成本。提高建造速度发展绿色可再生能源废物利用的中型沼气市场分析废物利用的中型沼气市场分析建设废物利用沼气系统是节能和发展循环经济的重要方法建设废物利用沼气系统是节能和发展循环经济的重要方法沼气技术是一种重要的节能技术。特别是养殖业的粪便、垃圾、污水、酒糟、蔗渣、中药渣等都是优质的沼气原料。沼气渣生产有机肥料，同时还可以发电、供热、供

26、气等综合利用。正是由于这些优点，国家财政部、建设部201161 号文件把废物的沼气利用作为重点支持和补贴对象。包括美国 ge公司、中国华电集团这样的世界级公司都在积极参与废物沼气开发市场。11图 2 美国 ge 公司在北京养鸡场建设的综合沼气系统根据国家农业部的补贴政策，对于 500 立方米以上的养殖业沼气池，国家财政补贴高达建造费用的 4050%。根据初步估计，每年 5005000 立方米的废物利用沼气池建设至少可达 1000 座以上。大量的潜在市场，包括垃圾、污泥、酒糟、药渣、蔗渣沼气池等还没有开发。这些中型沼气池具有广阔的市场前景，每年建设 100 座中型沼气池，其产值就将达到 510

27、亿元，利润达到5000 万元以上。4.大型沼气利用系统大型沼气利用系统提高沼气的应用价值是当务之急提高沼气的应用价值是当务之急我国目前的沼气产业不仅沼气池落后，而且沼气利用率极低，远没有发挥其应有的价值。还仅用于煮饭，少数项目用于低效率发电。特别糟糕的是，许多沼气池在冬天不够用，夏天用不完，就把沼气放掉，照成大量浪费、污染和不安全。沼气究竟应该怎样利用，这也是急需解决的重要问题之一。综合发电系统综合发电系统下面是一个集发电、供气、供热和生产有机肥的沼气利用系统。该系统的经济价值至少增加 50%以上，详见图 3：12沼气沼气燃机机组发电蒸汽机组发电锅炉余热加热沼气池汽车用气沼气池沼气池居民用气生

28、产肥料用热燃气-蒸汽联合循环图 3 沼气高效利用系统示意图这个系统不仅充分利用了发电价值，比目前广泛采用的单一燃气发电要增加一倍的发电量。同时，热量还得到了充分利用。用沼气生产天然气用沼气生产天然气用沼气生产天然气是一个很好的方案。在欧洲已经出现了沼气汽车、火车等。下面是一个沼气提纯系统。该系统可以生产纯度高达 98%的天然气，详见图 4：图 4 用沼气生产天然气工艺流程图沼气发电和生产动力燃料进行比较沼气发电和生产动力燃料进行比较究竟用沼气发电，还是用来生产天然气，需要进行技术经济比较：沼气发电：沼气发电：沼气生产投资：15000 元/千瓦（2.188 元/千瓦时）13燃气蒸汽循环发电系统投

29、资：5000 元/千瓦总投资成本：20000 元/千瓦发电热效率：42%左右上网电价：0.35 元/千瓦时国家补贴：0.5 元/千瓦时总电价：0.85 元/千瓦时投入产出：20000/（8000 x0.85）=0.29 元/元沼气价值：4.18 元/m，相当于天然气价值 5.32 元/m生产动力燃料：生产动力燃料：沼气生产投资：5.94 元/m沼气（折合为天然气投资为：7.55 元/m天然气）生产天然气投资：0.87 元/m天然气天然气总投资：8.42 元/m天然气天然气销售价值：5 元/m（折合沼气价值：3.93 元/m）投入产出：5/8.42=0.59 元/元投资比较投资比较投资动力燃料的

30、价值比投资电力生产的价值高一倍以上。其主要原因在于我国生产电力采用的是价值较低的煤炭生产，而我国的天然气和动力燃料非常缺乏。不过，在天然气产区天然气价值为 2.5 元/m左右。在这种情况下，投资电力与投资动力燃料基本相当。结论：对于投资大型沼气项目最好在天然气缺乏的地区，尤其是中原、东北和华南地区。二二 沼沼气气技技术术的的现现状状分分析析 高高科科技技应应用用生物质在河沟、湖泊、沼泽等自然状态下产生的一种无毒、无味、无色的天然气体（甲烷），称为 “天然气”。因它产生沼泽等地，又俗称为“沼气”。沼气来源于自然，是一种优质的天然、无污染的生态能源，在未来社会中有无可比拟的价值。沼气技术非常简单。

31、在我国上世纪70 年代就已大力推广，但一直处于规模小、成本高、产气率低、效益低、手工操作的落后状态，使国家每年数十亿补贴资金和 20 多亿吨生物质资源没得到充分利用。直到今天每年14农民还大量露天燃烧秸秆，导致能源浪费和环境污染。导致沼气技术落后的主要因素有：1.发发酵酵温温度度与与沼沼气气生生产产的的关关系系提提高高发发酵酵温温度度是是沼沼气气技技术术的的发发展展方方向向之之一一温度对沼气产生影响极大，其最佳发酵温度为5560。根据农业部沼气研究所的实验，中温发酵与高温发酵产气量的关系如图3 所示1：图 3 沼气池产气与温度的关系曲线图 根据该文献，沼气其它参数与温度的关系如表2 所示：表

32、2 温度与沼气生产的关系表(麦秸秆)产气潜力%产气率m3/m3天发酵时间天累计产气量m3/m3原料产气率m3/kg30801.52439.920.45053803.01542.800.535对比提高 100%缩短 37.5%增加 7.21%18.9%当发酵温度低于 30时各项指标下降更快，当低于 10时沼气池几乎不产气。因此，提高沼气池的发酵温度是解决沼气技术的关键之一。而解决这一问题的重要手段之一是提高沼气池的保温性能。目前农村沼气池几乎没有保温，而超过 1000m的中型沼气池也仅仅采用常规材料保温，保温层厚度约 1015mm.保温效果很差。2 2. .沼沼气气池池大大小小与与沼沼气气发发展

33、展的的关关系系建建造造特特大大型型沼沼气气池池是是沼沼气气产产业业发发展展的的根根本本出出路路通过简单计算就可以得出结论：沼气池的相对造价与沼气池大小成反比。意思说，沼气池越大，相对造价越低，反之越高。我国绝大部分沼气池都1蒋丽丽、符征鸽:“玉米麦秸中高温中高温发酵产气潜力及特性研究” 中国沼气2008，26（6）第 13 页15是只有几立方米的小型沼气池，大型沼气池业只有几千立方米。因此，其相对造价都很高。与造价相比，沼气池的大小与散热的关系更加密切。根据理论计算，沼气池的相对散热与沼气池大小成指数曲线关系2：图 4 沼气池温度衰减曲线也即是说，沼气池越小，温度下降急剧加快。沼气池越大，沼气

34、池的相对散热大大降低。正是由于这个原因，农村沼气池几乎不可能加热。这就是造成农村沼气池无法推广的根本原因。而1000m左右的沼气 池业只能通过加热维持中温发酵。即使如此，加热沼气池所消耗的热量也高达产生热量的 2040%以上，而高温沼气池还几乎是空白。出了散热问题以外，只有建造容量超过1 万 m以上的特大型沼气池才能从根本上解决每年 20 多亿吨生物质，年产气超过千亿 m的生物质能源问题。3 3. .大大型型沼沼气气池池的的物物料料分分布布问问题题目前的中型沼气池主要是粪便、污水浆状型沼气池。这种沼气池的特点主要是物料易于流动，物料进入和排除沼气池都很方便。但它的一个重要问题是物料进入以后就很

35、快与已经发酵的物料混合，这就容易出现发酵不足和发酵过度的情况。特别是对那些容易沉淀和漂浮的物料有可能长期停留在池内，而某些物料则出现严重发酵不足的情况。这些问题的出现一方面是生物质不能得到充分利用，另一方面则是沼气池有效容积大打折扣。2其数学方程为： t=t0e-kx ，其中：x 为时间，t=t-tf，t 为沼气池温度与环境的温差，t0为最初的温差。 t 为沼气池温度， tf为环境温度， k=6h/cpa，h 为传热系数， c为水的比热， p 为水的密度， a 为沼气池的边长。x（时间）t（温度）tft016对于大型秸秆沼气池，面积达到几百，甚至几千 ，容积达到上万m，物料分布不均将会更加严重

36、。经常出现堆积、空洞、过度发酵和发酵不足的情况。因此，如何解决大型沼气池物料的时间分布和空间分布均匀的问题，是发展大型沼气池的重要问题之一。4 4. .大大型型沼沼气气池池 除除渣渣问问题题目前上千立方米的沼气池通常都是易于流动的奖状物料沼气池，而对于茎状物料的沼气池达到几百立方米都很困难。其主要原因就是茎状物料的除渣问题。对于上万立方米的特大型沼气池而言，除渣问题也是制约沼气技术大型化的关键技术之一。5 5. . 结结论论目前我国的沼气技术还处于小规模、低效率、低效益的原始作坊状态。开发高效率、高效益、大容量、规模化的沼气池是开发生物质能源产业的必经之路。而造成目前现状的关键问题在于高效保温

37、、物料均匀分配、机械除渣和自动化技术。这四大技术难题的解决是沼气产业必须攻克的难关。三三 大大型型、高高效效沼沼气气池池技技术术的的可可行行性性分分析析和和系系统统解解决决方方案案要使沼气产业真正成为新能源支柱产业之一，必须从整体上解决这些技术问题，而不是单一解决个别问题。本专利权人业正是基于沼气产业的现状，发明了大型化、高效率沼气池的成套技术，针对不同的问题从各个层面解决。同时，又使这些专利构成一个整体， 我研究所不仅对户用沼气池创新并通过中国农 村能源行业学会及河北省技术鉴定中心鉴定为国内领先水平，而且大中型 沼气池不管是湿发酵中的低浓度与高浓度发酵和干发酵即纯秸秆发酵都发明了 10 项专

38、利技术，在国内沼气行业都处于领先水平。从而形成一套完整的解决方案。1 1. .空空气气隔隔热热保保温温沼沼气气池池技技术术 专专利利概概况况专利名称：（ 1）“无需保温大中型沼气池”，（2）全自动化进出料大中型沼气池 功功能能与与效效果果17解决沼气池散热问题，实现在任何高寒地区高温发酵，提高保温效果100 倍以上，提高沼气池产气率 3 倍以上，相对于农村沼气池提高产气率10 倍以上。按照实验室产气率，在高温发酵条件下，产气率为3.0m/m天，我们的高效沼气池设计目标为 1.5m/m天，争取达到2.0m/m天。通过不断的技术改进和科学研究，使沼气池产气率达到3.0m/m天，甚至更高是完全能够做

39、到的。对于中小型沼气池散热损失小于沼气能量的 1%。对于特大型沼气池散热损失小于 0.5%。 结结构构和和保保温温原原理理该专利利用空气的优良保温性能和廉价特性成功解决了沼气池的保温难题，其结构原理图如图 1 所示： 1234567891 01 11 21、地，2、沼气池底板空气夹层，3、沼气池底板，4、沼气池铡面外层， 5、沼气池侧面内层， 6、沼气池侧面空气夹层， 7、沼气池，8、沼气池顶棚外层，9、沼气池顶棚内层，10、沼气池顶棚空气夹层，11、沼气池盖板， 12、沼气池导管。图 5 空气隔热保温沼气池原理结构图 根据传热计算公式 ,沼气池散热主要与两个因素有关： 保温材料的导热系数；

40、保温层厚度。由于导热系数与散热成正比。因此，保温材料的导热系数越低，保温性能越好。根据专业文献，常见保温和沼气池建筑材料的导热系数见下表：表 3 常用沼气池材料和保温材料传热系数表3空气砖石棉纤维珍珠岩粘土混凝土导热系数 w/moc0.0260.030.380.520.0550.0770.0480.0210.0621.280.811.43 数据来源于美传热与传质分析 ，e.r.g.埃克特、r.m.德雷克著。第 819820 页18导热系数对比2.345.739.4从上表可以看到，空气的保温效果是粘土的46 倍，是混凝土的 40 倍，是石棉等常规保温材料的 2 倍。即，对

41、于农村沼气池基本上没有保温，散热非常快。而对于大型沼气池，地板没有保温，绝大部分热量从地板散失。因此，从保温材料而言，如果采用空气保温至少提高保温效果2 倍40倍。对于传统的沼气池保温，由于保温材料厚度有限，大约1020mm。而空气隔热保温，可以将空气保温层做1000mm，甚至更厚。空气保温厚度增加至少提高保温效果 50 倍。因此，如果考虑导热系数和保温层厚度的综合效果，采用空气隔热保温至少提高保温效果100 倍以上。这个是理论数据，实际工程 建造与应用上还需解决辐射与传导问题，这就是工艺，保温层厚度大易行成对流结论：如果采用空气隔热保温可以在任何高寒地区实现高温发酵（发酵温度 5554），而

42、散热损失小于生产的沼气的能量的1%。提高沼气池产气效率 3 倍以上。2 2. .自自动动排排气气技技术术专专利利概概况况专利名称：全自动安全排气法。双模储气柜排气现在不管国内与国外都使用鼓风机吹气法排气，设置空气压力保护器和沼气压力保护器防止涨破双模储气柜。工艺复杂浪费设备浪费电源。新工艺排气法不需要任何设备就可无人看管自动化排气。压力达到 10kpa 也不会涨破双模储气柜。但是为了提高产气率一般设计压力在 5kpa 以内。19沼沼气气池池结结构构及及基基本本原原理理本发明的主要特点是在沼气池发酵 间两级厌氧发酵池连体建造，池中建池一体化建造。内池是一级厌氧池， 一级厌氧池外墙是二级厌氧池。所

43、以一级厌氧池外墙无需保温材料保温，胜似任何材料保温。 其结构原理如图 2 所示：201为实现沼气技术产业化提供了技术保障。本专利还可以配套其它技术形成一个完整的沼气技术产业链：空气隔热保温技术。对于特大型沼气池，散热损失可以降低到沼气能量的 0.5%以下。计算机自动化监控技术，对整个沼气池实现计算机自动化优化运行。沼气渣生产有机肥料，发展现代有机农业。废水综合处理。由于沼气生产过程实际上是一个废物厌氧处理过程。bod、cod 除去率达到 85%以上，如果在配合好氧水处理工艺就可以达到国家污水处理排放指标。 功能与效果功能与效果无需保温大中型沼气池技术的基础上，对特大型沼气技术的改进。特别是针对

44、混杂物料、茎状物料的分类发酵和分阶段发酵有了突破性发展。在结构上更加简单、安全、可靠，运行更加方便，建造成本大幅度下降。并且在进料、运行、除渣和控制等方面提供了详细的技术方案。结构与原理结构与原理本专利的基本特征是将特大型沼气池分成若干单元，并且通过特种结构有机连接成一个整体。对于不同的物料、不同的发酵阶段可以按照不同的方式发酵，自动控制其发酵时间和方式。结构上简单、安全、可靠、造价低，是沼气技术的重大突破。由于本专利还没有公开，不便于提供详细细节。213 3. .沼沼气气池池成成套套技技术术沼气技术虽然原理简单，但涉及到生物、保温、物料控制等一系列关联过程，加上我们长期忽略它的成套技术开发，

45、使得这一技术始终在原始层面上徘徊。本专利权人抓住保温、物料分布和除渣 、自动安全排气、自动进料排料、 自动顺反循环、二次阳光利用、热吸附、温控棚、等关键问题开发出了适合于建造大、中、小型，适合于各种物料的高效沼气池技术。专利 1：空气隔热保温沼气池；专利 2：无需保温沼气池；专利 3：自动化进出料 沼气池。专利 4：自动排气沼气池、专利 5：自动顺反循环沼气池。专利 6：二次阳光利用沼气池。专利 7：热吸附温控沼气池、 专利 8：连体自动调节池沼气池。专利 9：多连体一体化沼气池、 专利10：秸秆发酵新方法。 这 10 个专利构成了大型、高效沼气池成套技术。这一成套技术的基本功能有：在任何高寒

46、地区实现高温发酵（ 5565），保温效果比传统保温提高 100 倍以上，散热损失不超过所产生的能量的1%。保证物料分布均匀，不出现堆积、空洞、发酵不足和发酵过度的情况。除渣方便，可实现自动 化除渣。利于自动化运行，可根据不同物料和不同的发酵阶段按照不同的运行方式发酵，以保证系统的最优化运行。可建造大、中、小各型沼气池，有效容积可达数万m以上，每天产气达到 10 万 m以上。产气率大幅度提高，设计产气率达到1.5m/m天，争取实现 2.0 m/m天，研究发展目标 3.0 m/m天以上。结构简单，造价低，寿命长（可达50 年）。相对造价至少降低 60%以上。四四市市场场发发展展策策略略 根据沼气产

47、业的特点和国际国内的市场环境，我们制定了农村沼气产业和规模化的大型沼气产业的两种发展模式。1.1.沼气产业发展总体策略沼气产业发展总体策略总体战略目标：总体战略目标：以技术为龙头，充分利用国际、国内的有利条件，3 年以22内把我们的科技研究所建设成为一个国内最大的沼气产业研究机构，5 年以内建设成为产值达到 50100 亿的大型沼气产业技术开发公司、工程建设公司和新能源供应公司。10 年以内把我们的公司建设成为一个集生态环境、生态能源、生态农业和生态养殖于一体的现代新能源公司。第一阶段：第一阶段：发展集约化农村沼气池、中型废物利用沼气池和大型产业化秸秆沼气系统。第二阶段：第二阶段：建立生态环境

48、-生态能源-生态农业-生态养殖综合循环系统。2.2.农村沼气池的发展策略农村沼气池的发展策略基本特点基本特点改变单户建设沼气池的传统模式，建立集约化的农村沼气供应新模式。目前的农村沼气池主要是以户为单位的小型沼气池，每户约 8m左右。小型沼气池不仅建设成本高，而且运行成本、管理成本更高。由于长期无人管理，绝大部分农村沼气池均处于低效率，甚至完全停止运行状态。所以，目前的农村沼气池推行越来越困难。为此，我们确立了农村沼气池集约发展策略。即，以 100 户左右为单元建立高效沼气池，特别是针对北方市场建立供热、供气、供电一体化沼气产业化模式。该模式的基本内容包括：1.沼气池规模：每口 1001000

49、m的高效沼气池2.供能户数：100 户1000 户左右3.供能内容：供气（煮饭、生活） 、供热（用余热取暖） 、动力燃料（富裕沼气可压缩、收集、建立集约化天然气动力燃料公司） 。4.成立沼气池服务公司，对沼气池的运行、经济效益和维护进行统一运作和管理。运作模式：建立农村能源产业合作公司 在欧洲已普遍建立居民能源产业合作公司。基本方式为：小城镇居民以资源出资方式建立新能源合作公司。每年不仅自己供应新能源，而且产生商业效益分红。我国政府给予巨大的惠民政策，建立农村能源合作公司更具备条件。可在北方进行试点。商业运作模式第一步：重点开发农村沼气市场。在全国 50%以上的县市设立合资公司，在 75%以上

50、 的乡镇设立代理点。23合资公司我方以技术和管理入股的方式实现控股，所占股份 30%。每个股份公司注册资本 5001000 万元。最好选择当地政府的国有企业。第一年建设 1001000m左右的农村沼气池 500 座，第二年 5000 座，第三年 5 万座，5 年内实现全国农村沼气池普及，达到 15 万座。3.3.大型沼气池发展战略大型沼气池发展战略要开发沼气产业最终必须走建设大型沼气池的道路。其发展策略初步计划如下：第一年完成年产 3000 万 m（10 万 m/天）的大型沼气池立项，并开工建设，2 年内完成。与国家的大型能源公司合作，建设合资的沼气能源公司。5 年内建设特大型沼气池 10 座

51、。最大单个沼气池容量达到 10 万 m（我们已经有这样的专利技术） ，年产沼气 6000 万 m。公司年产沼气总量达到 35 亿 m。实现年销售收入 610 亿元。10 年内实现年销售收入 100 亿元以上。4.4.开发节能型废物利用沼气池开发节能型废物利用沼气池对于废物利用的中型沼气池，需要根据不同废物的特点着重解决沼气技术多样化问题，形成各种针对性强的专业技术。以下技术是需要着重解决的问题：开发浆状型高效沼气池开发浆状型高效沼气池浆状型沼气池，包括粪便、污水、污泥、酒精糟料沼气池等。在技术层面上，这类沼气池相对比较简单。因此，目前大量建造的中型沼气池就属于这种类型。这类沼气池的主要缺陷仍然

52、是保温和物料分布不均的问题。只是这类物料的分布不均与秸秆型沼气池的分布不均有所不同。前者属于新旧物料充分混合的分布不均，而后者属于物料堆积型分布不均。因此，我们将针对浆状物料的分布不均问题开发出高效浆状物料的专用沼气池。从而使其上升一个新的台阶，争取占领 30%以上的市场份额。开发废渣、垃圾型高效沼气池开发废渣、垃圾型高效沼气池开发药渣、酒糟、蔗渣、垃圾等专用沼气池。这类沼气池基本上与秸秆型沼气池类似。只需要把我们开发的成套技术应用上去，抢先占领市场，争取每年建造 50 座以上的这类沼气池。5.5.技术发展策略技术发展策略24技术是发展的第一驱动力。在我们目前的沼气专利和已经掌握的沼气应用技术

53、的基础之上，我们将继续以研发高效沼气池技术为核心开发新技术、新工艺。把我们的为民能源科技研究所建设成为中国，乃至于世界一流的沼气科研和产业基地。我们将主要沿着以下研发路线进行：研发沼气菌繁殖、生长的机理和影响因素沼气生产是一个生物过程，像养殖业一样，我们将培养个头大、繁殖、生长快的沼气菌落。目前依靠自然发酵方式，最高产气率为 3.0m/m天，我们完全相信，通过科学技术可以在此基础上提高一倍产量，甚至更高。完善大型沼气生产系统我们目前开发了 10 个沼气专利技术，我们还将进一步完善这一工艺和设备，使之更加可靠、投资节省、规模化和自动化程度更高。完善沼气应用系统目前的沼气应用价值非常低，有的地方甚

54、至出现沼气生产过剩，对外排空的情况。因此，如何提高沼气的利用价值还有大量的工作要做。我们需要做的主要工作是：建设沼气动力燃料生产体系。沼气的主要成分是甲烷（天然气） ，只要加以提纯、脱硫、压缩就成为了天然气动力燃料。这一技术很成熟，投资也不高，但还需要建设一整套收集、加工和营销渠道。建立发电、供气、供热生产体系。我们目前广泛采用的沼气燃烧供热的应用方式十分不经济，在可以的供热模式中完全可以先发电，再用余热供热，可以使经济效益成倍增长。6.6.国际、国内的政策应用国际、国内的政策应用联合国、欧盟和我国政府都对沼气产业提供了大量的政策和资金支持。这些政策包括：清洁发展机制（ clean devel

55、opmentmechanism,cdm）联合履行机制（jointimplementation,ji）排放交易（emissionstrade,et）我国对农村沼气池的资助：每口沼气池补贴15002000 元。我国对中型沼气池的补偿：补贴金额4050%，最高补贴每口中型沼气池 200 万元。25沼气发电补贴： 0.5 元/kwh大量的沼气应用技术资金补贴，有的项目补贴高达几千万元。大量的沼气研发资金资助。有的重大研发技术资金资助高达数千万元。很显然，很好地利用这些国际国内的有利条件，将对我们的沼气能源产业发展起到不可估量的推动作用。五五 投投资资与与效效益益分分析析沼气产业涉及惠民、节能、新能源和

56、有机农牧产业。其经济效益收入也是全方位的，包括国际、国内政策性奖励、沼气能源收入、有机肥料出售等等。1 1. .国国际际、国国内内政政策策性性奖奖励励国际、国内都对沼气产业十分重视，涉及到很多资金资助，包括节能奖励资金、合同能源管理奖励、碳排放交易、节能建筑供热、养殖业沼气池补贴、生物质利用补贴、新能源产业补贴等等，名目繁多，每年都可以争取到大量资金资助。这里仅列举几个补贴政策。由于原料有所不同，沼气池的效率按照产气率 1.2m/m天计算，按照相关政策其财政补贴如下：按照合同能源管理规定，每节约 1 吨标煤至少补贴 300 元，有的地区高达 500 元。按照 300 元计算，相当于每立方沼气补

57、贴 0.236 元。相当于每年每立方米沼气池国家补贴102 元。对于农村养殖沼气池，国家最高可补贴50%，补贴上限 200 万元。对于沼气采暖建筑，每平方米补贴至少50 元。相当于，每立方米高效沼气池补贴 320 元。二氧化碳排放补贴，每减少 1 吨二氧化碳大约补贴 180 元，相当于每立方米高效沼气池每年补贴 227 元。小结：对于节能和减排，每立方米高效沼气池将获得补贴和碳交易329 元。一次性补贴每立方米大约可获得500 元补贴。2 2. .小小型型沼沼气气池池成成本本分分析析小型沼气池的建设对象主要是解决农村的能源供应问题，其主要的资金来源是国家的惠民政策。以 100 立方米的钢材沼气

58、池为例，其建设成本如下：26沼沼气气池池建建设设成成本本：说明：由于国家对沼气池的补贴每年都在变化，并且补贴地区也不同，特别是沼气池的产气率对沼气成本影响很大。下面的成本核算是根据我们的建设成本估算的。为了保险起见，前面市场分析部分我们加大了投资成本，比这里的成本高了 38%左右。沼气池建设成本详细分析如下：沼气池有效容积规格： 663m=108m3产气量：162m/天供应户数：130 户钢材消耗：7.1 吨，单价 5500 元/吨，合计 39050 元加工费：1200 元/吨，合计 8520 元防腐材料：5400 元保温材料费： 4905 元机械设备费： 117000 元安装费：15000

59、元土建费：8000 元小计：197875 元税：5936 元管理费：5000总造价：208811 元单位沼气池造价： 1933 元/m国家补贴：130（户）1600（元/户）=208000 元农民自己承担： 130（户）800（元/户）=78000 元沼气池总收入： 286000 元沼气池建设利润： 77189（元/口）利润率：36.97%结论：高效沼气池国家补贴就可以完成建设。农民出资部分就是建设利润。 沼沼气气池池运运行行成成本本：沼气池规格： 108m年产沼气量： 59000m沼气单价：1.5 元/m27沼气产值：88500 元单位秸秆产气量： 0.445m/kg秸秆消耗量： 133 吨

60、/年秸秆单价：250 元/吨秸秆总价：33250 元/年运行人工费:24000 元/年(2 人管 1 口沼气池)运输费：12000 元/年管理费：4000 元/年其它开支：4000 元/年总支出：77250 元年利润：11250 元/口投资回报：如果有 1 万口沼气池运行，每年的效益为 1.13 亿元。其它收入：如果采用大型沼气池，还可生产有机肥，每立方米沼气可以生产 2 公斤有机肥。每公斤按照 0.1 元计算，每年可以增加 11800 元。由此可见，大型沼气池的经济效益更佳。3 3. . 大大中中型型节节能能沼沼气气池池成成本本及及经经济济效效益益分分析析中型沼气池主要用于节能，处理各种生物