沼气的生产及应用

《新能源技术》课程报告姓名学号：学砌）：专业：题目：沼气的生产及其应用组别任课教师硕士导师2015年11月20号沼气的生产及其应用摘要：沼气是有机物（比如污水、动物排泄物、工农业废弃物、城市固体废物）分解之后的产物。沼气的成分中一般含有50%-70%的甲烷和30%-40%的二氧化碳，其他的成分还有氢气、一氧化碳和氮气等。与之形成对比，天然气通常含有超过70%的甲烷，其余的大部分是烃类（比如丙烷和丁烷）和二氧化碳，以及其他的污染成分。如果用来给汽车提供燃料，沼气必须就近经过净化和压缩或者注入到燃气管道运输至各地的加气站。中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义。本文将围绕沼气的组成、制备沼气所需的原料、厌氧发酵、沼气的应用和其优缺点这5个部分的内容介绍。关键词：沼气；厌氧发酵；沼气的应用；甲烷ProductionandApplicationsofBiogasABSTRACT：Biogasisaproductofdecomposingorganicmatter,suchassewage,animalbyproducts,andagricultural,industrial,andmunicipalsolidwaste.Biogasisusually50%-70%methaneand30%-40%carbondioxide,withtracesofgasessuchashydrogen,carbonmonoxide,andnitrogen.Incontrast,naturalgasisusuallymorethan70%methane,withmostoftherestbeingotherhydrocarbons(suchaspropaneandbutane)andtracesofcarbondioxideandothercontaminants.Tofuelvehicles,biogasmustbeupgradedtoapuritystandardandeithercompressedforonsitedispensingorinjectedintothegasgridfordistributiontodispersedfuelinglocations.Asabigenergyconsumptioncountry,China'snewenergydevelopmentandutilizationofthesustainabledevelopmentofnationaleconomyisveryimportance.Thispaperwilltellyousomethingaboutbiogas,AnaerobicDigestion,Theapplicationofbiogas,Theapplicationofbiogas,methane.KEYWORDS：Biogas,AnaerobicDigestion,Theapplicationofbiogas,methane1引言沼气，顾名思义就是沼泽里的气体。是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种混合气体。人们经常看到，在沼泽地、污水沟或粪池里，有气泡冒出来，如果我们划着火柴，可把它点燃，这就是自然界天然发生的沼气。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。沼气是一种混合气体，可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50〜70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。其特性与天然气相似。中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义。本文将围绕沼气的组成、制备沼气所需的原料、厌氧发酵、沼气的应用和其优缺点这5个部分的内容介绍。2沼气在我国的发展趋势中国作为能源消费大国，新能源的开发利用对国民经济的可持续发展具有重要的意义，随着农村社会经济的迅速发展，农村能源消耗也日益增大，在此背景下，沼气资源作为一项极具应用前景的新能源，其开发利用是解决能源紧张形势下农村能源供应问题的有效举措，其发展日益受到国家的重视。2000年以后，中央财政不断加大对农村沼气建设的资金投入，其中，“十一五”以来，中央累计投入农村沼气建设资金212亿元。据农业部规划，“十二五”期间中央投资优先支持向农户集中供气的大中型沼气项目，要在保证“户用沼气”供应的情况下，扩大“沼气用户”，调整沼气发展的布局，通过试点工程的示范带动商业沼气的发展；2015年，农村户用沼气用户达到5000-5500万户。3沼气的组成沼气是一种可燃性混合气体，主要成分是CH4（约为50%〜70%）和。。2（约为30%〜40%），还含有少量的H2S、O2、H2、CO、N2以及其他碳氢化合物（CmHn）等，占总成分的5%左右。沼气的成分取决于被消化的有机物的种类和浓度、消化器内的物理化学状况（PH值、碱度、温度）和阴离子如硫酸根和硝酸根的存在，因此由于发酵方式不同，发酵原料的种类及其相对含量不同，各沼气工程所产生的沼气成分会有所差异，即使同一沼气工程，在不同的发酵条件下和发酵阶段，所产的沼气成分也会有差别。4沼气的生产过程沼气是由有机物质制备的。所需的原料多种多样，从牲畜粪便、农作物废料、植物油到家庭收集的有机废物都可以用来做为制备沼气的原材料。对沼气制取过程中所需材料的评估取决于他们潜在的收益。（如图1为沼气制造过程流程图）秸秆―► 99揉I―►润混1—A混合一►* ，八hj|水| 破铉 卷合,«沮入酒I—*,补水H封洁H律气试火［―►使用图1沼气制造过程流程图与可再生原材料相同，非农业材料也可以制备沼气，比如餐饮剩余物（果渣、洗碗水、油脂分离的残余物）、零售市场的蔬菜茎叶，食物残渣或者剪出的杂草和城市垃圾处理的有机废物。残留物质的发酵（称为联合发酵）提供了一种循环处理并且降低有害物质排放方式的可能性，并且整个过程非常得卫生。除了传统材料以外，由于发酵方法的改进，草也可以用来发酵制取沼气。由于绿色植物的发酵，农民也成为了能源的主人。从草地获得的清洁能源便于运输，也极大地减少了温室气体的排放。杂草的发酵可以为未来能源供给提供了一种经济、环保、高效的方法。德国沼气厂所用的原料含有48%的动物粪便，26%的有机废料和工农业废料以及26%的可再生原料。实际上，所有粉碎之后的生物质都可以用来生产沼气，它们的主要成分是：糖类蛋白质脂肪纤维素和半纤维素那些含有大量木质素的木材不适合用来生产沼气。农场型沼气厂的基本材料是猪粪和牛粪。共基质的能源作物比如青贮草、青贮甜玉米或者青贮谷物（小麦、黑小麦等）可以大量得增加沼气产量。5沼气的厌氧发酵过程沼气发酵过程主要分为三个阶段：（如图2为甲烷发酵的流程图）第一阶段为水解发酵细菌把非水溶性的大分子碳水化合物、脂肪和蛋白质等水解成可溶性的较小分子化合物的过程；第二阶段由产酸细菌发酵分解生成小分子有机酸和氢气的产氢产酸阶段；第三阶段是产甲烷菌利用降解产物产生甲烷的过程CHt图2甲烷发酵的流程图6沼气的应用沼气中能够做为能源使用的成分是甲烷。在热电联产的系统中，沼气的能量被转化为电能和热能，整个系统能量利用的效率可以达到80%到90%。用沼气发出的热能可以被直接用来给房屋供暖或者热水供应，有时候也可以就进或

者远距离并入供暖网络。热电联供的沼气厂可以把用沼气产生的热能转化成发电机机械能从而产生电能。然后再用来给工厂供电，也可以反馈给公共电网系统。从当地供电部门得到的收益对很多沼气厂来说也是一项额外的收入。沼气也可以直接联通生物质热厂，这么做用户也可以避免加设一个超大号的锅炉和安装额外的热源。考虑到沼气的成功制取并且有很多应用，沼气也可以被应用在我们的实际生活中。它不仅可以被应用于商业领域提供能源，也可以用于我们的家用发电机提供家庭日常用电。6.1沼气发电沼气中的甲烷可以被用来发电。最简单的方法是燃烧沼气来加热水产生水蒸汽推动汽轮机转动产生电能。如图3是沼气发电的流程图。日Sard19%.It相岷样VI野*•日Sard19%.It相岷样VI野*•fcrgird5沼匕茂悠裔籽断图3沼气发电的流程图6.2堆肥除了所含甲烷的广泛应用之外，沼气还有很多其他方面的应用。在沼气池的产气量增长减慢时，池内的材料需要被替换为新的粪肥和水。发酵之后发酵槽内剩余的粪肥或者废料可以被用来做肥料因为它仍然含有大量的植物材料和有机物。6.3沼气制天然气生物质（如污泥、有机残渣和废料,等等）在厌氧条件下经过不同微生物分解、发酵产生沼气。生成的沼气中只含有50%左右的甲烷，但是要是做为燃料使用，首先甲烷含量必须达到100%，接下来对得到的甲烷进行压缩，得到所谓的沼气制天然气。它的品质跟化石燃气很相似。这也就是用沼气制备天然气的过程。如下图4所示。图4沼气制天然气流程图燃气汽车的燃料其实是甲烷，也就是我们日常生活中使用的天然气。甲烷做为替代化石燃料的燃料也可以通过沼气厂生产。在国外的一个叫Mabagas的企业，他们仅仅用废物不用能源作物就可以达到这个目的，这样也确保了他们使用的原材料不跟粮食生产竞争。另外，如果你用这种燃料基本没有CO2的排放，同时也保护了化石天然气资源。7.沼气的优缺点7.1沼气的优点可再生能源：一开始沼气就做为一种可再生能源被人们认识。由于沼气大部分原料来自污水和生产生活垃圾，所以只要我们不停止制造垃圾，沼气发展就不会停滞；无污染：沼气也被认为是全程无污染的能源。沼气的生产不需要氧气意味着不需要任何燃料，保护了资源；减少了垃圾填埋：垃圾场、甚至是各个农场都经常把废弃物、垃圾填埋处理，这种方法污染了土壤和水资源；廉价科技：由于利用沼气的技术越来越好，沼气的应用场合也越来越多。它可以用来发电、发热。沼气净化后经压缩制成天然气可以被用作汽车燃料。产品通过小型或者大型沼气厂推广。创造了大量工作岗位：大型沼气厂甚至可以创造数千个工作岗位，在农村地区，这些工作岗位是他们祈求的。事实上沼气通过那些住在偏远地区的人或者那些经常断电地区的人很容易推广。投资小：沼气池很容易建造并且需要很少的投资。事实上很多农场通过利用他们自己的生活垃圾使用沼气厂为自己供应能量。仅仅是一头牛一天的排泄物就可以提供足够一个灯泡亮一天所需的电能。减少温室效应：使用垃圾产生的沼气会减少温室气体，也是我们使用沼气的一个重要因。7.2沼气的缺点技术进步小：首先，目前用来生产沼气的系统效率并不高。很少引进新的技术来推动沼气的生产过程，也不能进一步减少投资。结果是，并没有大量的工业沼气产品投入市场。尽管世界各国都知道沼气可以帮助解决能源问题，但是很少投资者愿意投资。每户都建造一个沼气池也不是一个好的解决办法，也就是说必须要建造个集中的系统。含有杂质：即使沼气经过净化提炼，它仍然会含有一定的杂质，压缩之后做为燃料用的产物将会腐蚀发动机的金属部件。没有大规模发展：沼气的大规模的使用并不都很经济，而且很难提高沼气生产、利用系统的效率。不稳定：有些部分不稳定，如果甲烷跟氧气接触时可能会引起爆炸。即使有这么多的缺点，各国也都开始启动了沼气的开发利用。由于沼气制天然气的使用使公共交通变得更高效，经常断电的偏远地区也得到了稳定的电力供应，即使也面临很多的问题，沼气应用的未来仍然是光明的。参考文献：ZhangQuanguo.BiogasTechnologyandApplication.Beijing:ChemicalIndustryPress.2005ZhangLixiao,ZhifengYang,BinChen,etal.RuralenergyinChina:Patternandpolicy[J].RenewableEnergy,34(12):2813—2823，2009.吴满昌，孙可伟，李如燕.不同反应温度的城市生活垃圾厌氧发酵研究[J].化学与生物工2005,22(9):28-31.MengJ,WangDQ.Theresearchsituationofmicrobefloraofbiogasferment[J].JournalofG