xx生态产业开发有限公司农牧废弃物循环利用项目可行性方案

第1章总论1.1项目概况1.1.1项目名称xx生态产业开发有限公司农牧废弃物循环利用工程1.1.2项目建设地点xx省咸阳市xx县洪家镇旧砖厂1.1.3项目建设单位单位名称：xx生态产业开发有限公司企业性质：有限责任公司注册资本金：5000万元企业简介：xx投资集团主导产业xx生态公司是以核桃全产业链发展的现代农业企业。公司2013年被国家林业局授予“国家级核桃示范基地”；是中国标准化委员会核心成员,是国家林业标准化示范企业（参与并起草核桃产业标准）；被国家统战部，工商联，国家林业总局等授予中国林业“光彩事业先进单位”；是中国经济林协会核桃专业委员会成员单位；2014年被国家林业局授予“中国核桃产业十佳企业”；2013年由xx省科技厅牵头成立了“xx省核桃产业技术创新战略联盟”，xx公司被推选为理事长单位。2011年被xx省林业厅和省农委认定为省级农业、林业产业化经营，重点龙头企业。展望未来，决心提前在2018年，集团将按照“商贸并轨，做强广告，做大生态产业，培育新的增长点，实现可持续发展”的战略部署，在继续做好四大板块发展的同时，大力发展高技术含量的核桃原料精深加工，开拓发展林下中药材，辐射带动区域内的健康长寿养生产业、生态观光旅游和其他衍生行业，力争早日建成总产值20亿元的国内以生态环保为主体的大型企业集团。为xx的经济发展做出更大的贡献。1.1.4可行性研究报告编制单位xx环境工程技术有限公司1.1.5项目建设周期建设期为12个月，计划时间为2016年6月-2017年5月。1.1.6项目建设规模本项目年处理农作物秸秆和畜禽粪便：14万吨/年。项目建成后，预计年产沼气1306万立方米，经净化提纯后年产生物天然气760.73万立方米，年生产有机固肥7.67万吨，年生产有机液肥11.68万吨。本项目建设用地约104亩，工程年运行时间365天。1.1.7项目技术思路及主要工艺方案本项目所用原料为玉米秸秆、粪便，秸秆需经过粉碎，然后进行预处理再进行厌氧发酵。其工艺流程，主要包括预处理及进料单元、厌氧发酵单元、沼气净化单元、固液分离单元、有机肥生产单元和锅炉房等部分。猪粪尿及冲洗水经收集后，运输至厂区预处理系统，卸入卸料池，经过混和后（采用沼液稀释）泵入物料混配设备，按照设定比例经秸秆喂料系统投加破碎后的细碎秸秆及回流消化液进行混合调配，由螺杆泵送入厌氧发酵单元进行发酵。物料经厌氧两级发酵，经固液分离机实现沼渣与沼液的分离，沼液一部分送回预处理单元稀释调配物料，一部分送入沼液池，并作为有机液肥的生产原料，沼渣送入有机固肥加工车间制成生物有机肥。本项目工艺方案的技术思路见图1.1。卸料池预热、搅拌卸料池混合进料箱二级厌氧发酵罐一级厌氧发酵罐猪粪混合进料箱二级厌氧发酵罐一级厌氧发酵罐出料池泵螺杆泵溢流溢流出料池秸秆进料箱粉碎秸秆进料箱秸秆加热固液分离锅炉提纯增压沼气净化有机固肥生产线有机液肥生产线沼渣晾晒场沼液池沼液回流锅炉提纯增压沼气净化有机固肥生产线有机液肥生产线沼渣晾晒场沼液池图1.1项目有机废弃物资源化利用的技术路线本项目方案设计和工艺选择如下：秸秆经过收割、打包运送到场内储存，畜禽粪便采用定点收运；进料采用混合进料；厌氧发酵工艺采用高浓度全混合（CSTR）中温厌氧工艺，一级厌氧发酵之后的物料进入二级厌氧发酵罐进行深度中温发酵，以减少发酵残余物的产甲烷潜力，使其符合减排温室气体的要求，并且提高物料的沼气生产能力，提高经济效益；厌氧发酵产生的沼气经过脱硫、脱碳和脱水等工艺制成生物天然气，经过权威机构检测合格后，可作为商品出售给CNG气站的销售或者接入市政燃气管道进行销售；净化过程获得高纯度的二氧化碳，可作为种植大棚的碳肥使用，提高大棚作物产量（二氧化碳所产生的经济效益不计入本项目效益分析）；厌氧发酵后的物料经过螺旋挤压机的粗分离和板框压滤机的细分离，实现了沼渣和沼液的高效分离；分离后的沼渣经干燥、添加营养元素和辅料、造粒等过程生产固态有机肥；分离后的沼液根据市场销售情况部分经净化、添加营养元素和辅料等过程生产液体有机肥，其余部分则全部回流至调配池作为工艺用水。厌氧发酵工艺主要指标：HRT=19.0天,容积产气率=0.92（m³/m³.d）1.1.8主要建设内容本项目新建卸料池4座，泵房2座，一级CSTR反应器8座，二级CSTR反应器4座，双模储气罐4套，出料池4座，以及沼气净化提纯系统、有机肥生产利用系统、以及办公、生活、消防、污水处理、除尘、脱硫等公用和辅助生产设施。1.1.9投资估算和财务评价（1）工程投资及资金来源项目总投资为12996.56万元，其中：建设投资为11172.87万元，建设期利息为475.69万元，流动资金为1348万元。建设投资拟申请银行长期贷款7262.37万元，银行长期贷款利率为6.55%，其余4835.53万元为企业自筹。项目流动资金额为1348万元，30%由企业自筹，其余70%申请银行短期贷款，贷款利率为6.00%。（2）效益分析项目建成后，全投资税后内部收益率为12.03%，投资回收期7.9年(含建设期1年)。从财务评价结果看，投资回收期较短，各项技术经济指标均达到国家规定的基准指标，项目在财务上是可行的。以生产能力利用率表示的盈亏平衡点BEP为48.11%，即当生产能力达到设计能力的48.11%时，企业可实现保本生产，项目具有较好的抗风险能力。1.2可研报告编制依据1.2.1法律法规《中华人民共和国环境保护法》2015年；《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》2004年；《国务院城市市容和环境卫生管理条例》；《中华人民共和国可再生能源法》2005年；《中华人民共和国节约能源法》（修订）2007年；《中华人民共和国循环经济促进法》2008年；《畜禽规模养殖污染防治条例》（中华人民共和国国务院令第643号）；《国家鼓励的循环经济技术、工艺和设备名录（第一批）》（国家发改委2012第13号公告）；《可再生能源产业发展指导目录》；《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》（财建[2006]237号）；《国家能源局关于印发生物质能发展“十二五”规划的通知》（国能新能[2012]216号）；《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》（财建[2006]702号）；《生物能源和生物化工原料基地补助资金管理暂行办法》（财建[2007]435号）；《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》（国办发[2008]105号）；《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》（财建[2008]735号）；《可再生能源中长期发展规划》；《全国农村沼气工程建设规划》；《全国农业生物质能产业发展规划》。1.2.2标准规范《环境空气质量标准》（GB3095-2012）；《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）；《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）；《输气管道工程设计规范》（GB50251）；《声环境质量标准》（GB3096-2008）；《工业企业厂界噪声排放》（GB12348-2008）；《城市生活垃圾产量计算及预测方法》（CJ/T106-1999）；《工业企业设计卫生标准》（GBZ1-2010）；《城市环境卫生设施设置标准》（CJJ27-2005）；《城市环境卫生设施规划规范》（GB50337-2003）；《3-110KV高压配电装置设计规范》（GB50060-2008）；《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）；《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；《室外给水排水和燃气热力工程抗震设计规范》（GB50032-2003）；《砌体结构设计规范》（GB50003-2011）；《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）；《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）；《室外排水设计规范》（GB50014-2006）；《机械搅拌设备》（HG/T20569-94）；《压力容器》（GB150.1~150.4-2011）；《承压设备无损检测》（JB/T4730-2005）；《压力容器焊接规程》（NB/T47015-2011）；《压力容器涂敷与运输包装》（JB/T4711-2003）；《钢制塔式容器》（JB/T4710-2005）；《钢制焊接常压容器》（NB/T47003.1-2009）；《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）；《石油天然气工程设计防火规范》（GB50183-2004）；《汽车加油加气站设计与施工规范》（GB50156-2012）；《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005）；《污水综合排放标准》（GB8978-2002）；《生产过程安全卫生要求总则》（GB/T12801-2008）；《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）；《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-1992）；《建筑设计防火规范》（GB50016-2012）；《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065-2011）；《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2012）；《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）；《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）；《办公建筑设计规范》（JGJ67-2006）；《公共建筑节能设计标准》（GB500189-2005）；《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）；《沼气工程规模分类》（NY/T667-2011）；《沼气工程技术规范》（NY/T1220.1-2006）；《规模化畜禽养殖场沼气工程运行、维护及其安全技术规程》（NY/T1221-2006）；《规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范》NY/T1222-2006）；《车用压缩天然气》（GB18047-2000）；《天然气》（GB17820-2012）；《生物有机肥》（NY884-2012）；《含氨基酸水溶肥料》（NY1429-2010）；《建设项目经济评价方法与参数（第三版）》（国家发展改革委、建设部发布发改投资[2006]1325号文）。1.2.3其它建设单位提供的其它相关资料。1.3编制原则本项目可研报告的编制遵循以下原则：（1）坚持“统一规划、突出重点、因地制宜、合理衔接”的原则。厂区建设应与当地资源及分布相结合，做到既经济合理，又稳妥可行，远近期统筹兼顾，资金和资源合理匹配。（2）坚持“先进、可靠、高效”的原则。在采用先进、安全可靠技术的前提条件下，应最大限度实现有机废弃物的资源化和减量化。（3）总体布置合理，节约建设用地，与周围环境协调，“三废”治理方案合理、有效。（4）综合考虑厂址、环境、地质、水文等条件，坚持因地制宜、从本项目的实际出发，做到项目的环境效益、社会效益和经济效益相统一。（5）拟选择高效节能的机电设备，应用新材料、新技术、新成果。（6）提高机械化和自动化水平，减少操作和维护劳动强度，改善工作条件，为项目运行管理创造良好的条件。1.4可研报告编制范围依据国家有关法律法规和标准规范，结合xx县发展规划和xx环境工程技术有限公司市场拓展战略，本报告将对项目建设的必要性、建设规模、场址选择、建厂条件、技术路线、工艺方案、组织管理、投资估算、财务分析、经济效益以及社会效益等方面进行研究。本可行性研究报告的主要研究内容包括：（1）处理规模的确定；（2）处理工艺及技术方案的选择；（3）厂址选择与建厂条件分析；（4）工程方案与单元设计；（5）厂区总图布置及各专业设计；（6）工程投资估算及资金筹措；（7）运行成本及经济效益分析；（8）财务分析及技术经济指标评价。1.5主要技术经济指标表1.1主要技术经济指标汇总表1.6研究结论通过市场分析、技术方案论证、技术经济分析，初步结论如下：（1）本项目的建设，符合国家循环经济和节能减排政策，符合xx县发展规划。（2）工艺技术成熟可靠，产品销路较畅通，具有较强的竞争力。（3）配套公用工程能满足工程要求，环保、节能设施完善。（4）本项目原料来源较可靠，交通运输及供水、供电、供热有保障，具备建厂条件。（5）环境保护、劳动安全、职业卫生、消防、抗震等设计严格执行国家和当地的有关法规、标准和规范。（6）投资及效益项目总投资为12996.56万元，其中：建设投资为11172.87万元，建设期利息为475.69万元，流动资金为1348万元。建设投资拟申请银行长期贷款7262.37万元，银行长期贷款利率为6.55%，其余4835.53万元为企业自筹。项目流动资金额为1348万元，30%由企业自筹，其余70%申请银行短期贷款，贷款利率为6.00%。项目建成后，项目财务全投资内部收益率12.03%高于行业基准收益率8%；财务净现值（i0=8%）3153.68万元，大于零；项目自有资金财务内部收益率14.98%。从财务评价结果看，投资回收期较短，各项技术经济指标均达到国家规定的基准指标，项目在财务上是可行的。通过上述研究结论可以看出，本项目生产规模和产品方案符合国家产业政策，工艺装备先进，技术可靠，经济合理，具备建厂条件，并且项目建成后将具有较好的经济效益、社会效益和环境效益，项目建设是可行的。

第2章项目建设背景及必要性2.1项目建设背景近年来，随着我国农村经济的迅速发展，出现地区性、季节性、结构性的秸秆过剩，秸秆露天焚烧现象屡禁不止，既浪费资源、污染环境，又威胁交通安全；同时，禽畜粪污排放量不断增加，每年禽畜粪污排放量远远超过了自然分解能力，造成了严重的环境污染。据统计，中国每年秸秆产量约7亿吨，禽畜粪便约30亿吨。将农作物秸秆、禽畜粪便等有机废弃物进行厌氧发酵生产沼气，可替代化石能源，并可用于发电和供热和供气，有利于缓解中国能源供求紧张的形势，拓展中国能源问题和环境问题的解决途径；同时，沼渣可以部分代替化肥、农药，从而减少化肥、农药的使用量，有效改善农村生态环境和土壤结构，保证农产品安全生产，提高农产品质量和市场竞争力。2012年7月24日，国家能源局印发生物质能发展“十二五”规划，提出“推进先进生物质能综合利用产业化示范。在具备资源、市场等条件的地区，建设大型混合原料沼气综合利用产业示范区，将沼气输入城市天然气管道网络”；2013年10月8日，中华人民共和国国务院令第643号《畜禽规模养殖污染防治条例》公布，明确“国家鼓励和支持沼气制取、有机肥生产等废弃物综合利用以及沼渣沼液输送和施用、沼气发电等相关配套设施建设”。项目所在地xxxx民间，素有饲养畜禽的优良传统，农民视畜牧业与农业相辅相成，有"牲畜是农民半面家当"之说。近年来，县委、县政府依托丰富自然资源，做出了《关于大力发展畜牧产业的决定》。到2005年，全县大家畜存栏5万头，实现畜牧业产值6838万元。种植各类优质牧草5.6万亩。加上原有草场，目前全县草场面积达到10万多亩。目前，大量禽畜粪便的排放已经对当地环境造成了严重威胁，当地政府已经出台一系列行政管理条例，规定养殖企业对禽畜粪便统一堆放处理；同时，开展秸秆禁烧及综合利用工作，加强大气污染防治，减轻雾霾天气污染危害。本项目正是在此背景下提出的。2.2项目建设的必要性2.2.1项目建设符合国家发展循环经济的要求《循环经济促进法》中提到，国家鼓励和支持农业生产者和相关企业采用先进或者适用技术，对农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工业副产品、废农用薄膜等进行综合利用，开发利用沼气等生物质能源。本项目利用xx县及其周边废弃物资源，通过厌氧消化技术，生产沼气，以节约能源和保护环境，缓解日益紧张的能源危机。项目的建设与实施，不仅市场前景广阔，对我国的能源行业也具有开拓性和革命性意义。同时，也积极响应了国家关于大力发展可再生能源要求，符合国家积极开展和推进可再生能源的战略方向。《国家鼓励的循环经济技术、工艺和设备名录(第一批)》（国家发改委2012第13号公告）中，鼓励“沼液高效制生物有机肥技术”，“大中型生物厌氧工程沼气提纯制车用压缩天然气技术”。本项目将有机废弃物厌氧发酵生产车用沼气，以产生的沼渣和沼液制取生物有机肥料，用以替代部分化肥和农药，项目的实施将对xx县有机废弃物的减量化、无害化、资源化做出积极的贡献。《国家能源局关于印发生物质能发展“十二五”规划的通知》（国能新能[2012]216号）中提出：“加快大型沼气工程技术进步，提高大型沼气生产成套设备、沼气净化设备、沼气管道供气和罐装成套设备制造水平。在具备资源、市场等条件的地区，建设大型混合原料沼气综合利用产业示范区，将沼气输入城市天然气管道网络。在乡镇布设沼气供应服务站点，以供应罐装沼气的方式为周边居民提供生活燃气；探索沼气作为城市公共交通车辆燃料的利用方式；推动大型沼气工程的沼液沼渣综合利用，拓展有机肥市场，支持有机蔬菜、水果种植产业发展，发展大型沼气综合利用循环经济生态园。”综上，本项目将源于土壤的有机物回归土壤，保持土壤中有机物的平衡，同时废弃物厌氧发酵产生沼气变成清洁能源，从根本上响应了国家发展循环经济和建设节约型社会的要求。2.2.2项目建设是xx县振兴现代农业的需要目前，xx县主要采取秸秆还田的方式。农作物秸秆经铡细或粉碎后直接翻入土壤，在一定程度上可改善土壤理化性状，增加土壤中的有机质含量，提高土壤肥力。但是，生产实践证明秸秆还田也存在一些问题，如使土壤大孔隙过多，土壤与种子不能紧密接触，影响种子发芽生长，出现吊根、死苗现象；此外，秸秆中的虫卵、带菌体等一些病虫害，还田后留在土壤里，以致病虫害呈发生加重趋势；易发生“生物夺氮”，即秸秆转化的微生物与作物幼苗争夺氮素养分的矛盾，严重时会造成黄苗、弱苗，导致减产。本项目建成后，大大消减秸秆还田量，且项目副产品有机肥可用于全县农业生产，不仅降低农业生产中化肥利用率，为农作物能够提供均衡全面的营养，提高当地农产品质量和市场竞争力，还可大大减轻土壤退化和地下水污染。此外，通过对禽畜粪便的集中化处理，对改善当地环境具有积极的促进作用。综上，本项目变废为宝，在解决当地种植业和畜牧业废弃物的排放问题的同时，生产清洁能源、有机肥反哺当地农业。本项目的建设对xx县发展现代农业，提升食品加工业市场竞争力，保护农业生态环境具有积极且深远的意义。2.2.3项目建设符合xx环境工程技术有限公司的发展战略本项目以处理有机废弃物为切入点，将公司主业与国家循环经济政策紧密结合。项目的建设将为xx环境工程技术有限公司创造新的利润点，同时也为集团公司提升社会形象，完善社会责任起到积极效果。有机废弃物循环利用板块业务紧紧围绕国家循环经济发展的大主题，将资源循环利用产业进一步细化，同时结合公司的节能环保主业，不仅能实现环保目标，也在一定程度上改善当地能源结构和促进当地有机农业的发展。从国家政策和企业责任上，项目建设均符合xx环境工程技术有限公司的战略发展要求。

第3章项目建设规模及产品方案3.1项目建设规模本项目主要产品为天然气、固态有机肥以及液态有机肥。主产品：生物天然气年产生物天然气760.73万Nm3副产品：有机肥年产固态有机肥7.67万吨年产液态有机肥11.68万吨3.2项目所在地资源状况xx民间，素有饲养畜禽的优良传统，农民视畜牧业与农业相辅相成，有"牲畜是农民半面家当"之说。近年来，县委、县政府依托丰富自然资源，做出了《关于大力发展畜牧产业的决定》。到2005年，全县大家畜存栏5万头，实现畜牧业产值6838万元。种植各类优质牧草5.6万亩。加上原有草场，目前全县草场面积达到10万多亩。另外，xx生态产业开发有限公司将在该地建设年出栏4万头的猪场（存栏量2万头），生产猪粪尿5.3kg/天.只（106t/d），含固20%，自产免费。3.2.1秸秆资源量秸秆：玉米秸秆约1.5万吨/年，小麦秸秆约1.5万吨/年。3.2.2畜禽粪便资源量目前，全县养殖场粪便综合利用方式主要包括还田、生产沼气、生产有机肥和发酵床养殖几种方式。由于堆肥方式粗放，发酵率低，造成环境污染、烧苗、蝇虫滋生等情况，对当地环境造成了严重威胁。本项目实施后，对畜禽粪便进行综合利用，极大地削减COD和氨氮排放量，有效地解决区域性畜禽粪便污染问题。3.3产品市场预测与分析3.3.1生物天然气（1）国内车用燃气市场预测目前，国内的燃气汽车使用燃料多为压缩天然气和液化石油气，这些均为不可再生的资源。从国家天然气发展总体规划看，到2015年使用天然气的城市将发展到270个。本世纪中期，全国65%的城市都将用上天然气。此外，各级地方政府在发展城市燃气方面也非常积极，预计未来15年中国天然气需求量将迅速增长，平均增速达11%~13%。预计到2015年天然气需求量将达到1000亿立方米，用气缺口将达到200亿立方米以上；到2020年天然气需求量将超过2000亿立方米左右，而产量仅有1000亿立方米，另外的50%将依赖进口。可见，我国天然气的生产增长远远低于需求增长。天然气和液化石油气资源的严重缺乏，造成了车用气的供应十分紧张。因此，以有机废弃物生产车用沼气，作为新型可再生能源有着广阔和市场前景。（2）xx县天然气运营情况目前xx县居民用气价格为2.3元/立方米，天然气潜在市场巨大。CNG加气站价格在:4.34元/方（3）生物天然气市场消纳途径xx县政府支持本项目，积极协助为本项目所产的天然气寻找稳定的需求，将该项目纳入本地天然气发展规划并作为本地气源企业优先予以支持。参考xx环境工程技术有限公司调研的CNG加气站的收购价，本项目生物天然气售价按3.0元/Nm3考虑。3.3.2有机肥xx县积极实施果品名牌战略，切实做优苹果产业。现在果园总面积达到21.5万亩，总产达到12万吨，实现产值1.98亿元。品种有红富士、秦冠、新红星、皇家嘎啦、太平洋玫瑰等，所产果品个大、色艳、细脆、香甜、耐贮运、无污染。果品不但销往xx、上海、武汉、广州、南宁等市场，还远销马来西亚、越南、新加坡、俄罗斯、香港等国家和地区。目前该县有机肥远远达不到改善土壤和产品品质要求，主要原因就是有机肥价格偏高。如果在xx设厂生产，降低物流和销售成本，拉低有机肥价格，xx市场将大有潜力可挖。随着近年来无公害农产品、绿色食品、有机食品的发展，社会对绿色农产品的追求越来越高，用有机肥生产出来的农产品的销量越来越好，有机肥的需求也越来越大。施用有机肥对农作物和蔬菜的养分供给比较平缓持久。施用有机肥最重要的一点就是增加了土壤的有机物质。虽然它的含量只占耕层土壤总量的千分之几到百分之几，但它确实土壤肥力的主要物质基础，对土壤的结构、土壤中的养分、能量、酶、水分和微生物活性等有着十分重要的影响。施用有机肥料增加了土壤中的有机胶体，改善土壤的物理、化学和生物特性，提高土壤保水、保肥和透气性能，为农作物生长创造良好的土壤环境。通过调查了解到，有机肥作为一种新型商品肥料，目前市场销量和使用量非常小，主要用于经济作物和蔬菜生产。有机肥推广效果不好的主要原因包括了：（1）农民对商品有机肥，缺少相关认识；（2）商品有机肥市场管理不规范，品牌杂乱；（3）有机肥料对土壤的改良和经济作物质量的提升需要长时间的累积施用才能有效果，短期内使用有机肥的效益不及化肥，导致农民施用有机肥不积极；（4）商品有机肥价格偏高，施用商品有机肥成本过高。通过调查同时也发现，农民对商品有机肥的认识相比前几年有了很大的提高。施用有机肥种出来的蔬菜水果品质好，口感好。商品有机肥的用途和效果慢慢得到农民的认同和理解，农民施用有机肥的积极性正慢慢提高。价格适中，施用效果好的商品有机肥在xx县的推广前景十分广阔。本项目有机肥产品价格参考目前国内有机肥市场价格（含税价）确定，考虑到项目运营初期，技术监督局有机肥许可证申请、发放时限及有机肥销量等不确定因素，再综合考虑xx县当地可接受价格，暂保守考虑该工艺生产的有机肥批发价格，固肥按800元/吨、液肥按1000元/吨考虑，零售价格另议。3.4产品方案及规格3.4.1产品方案本项目以配套年出栏4万头规模养猪场猪粪及xx县农业秸秆与当地畜禽粪便为原料，通过大规模工业化中温厌氧消化处理工艺，在对有机废弃物进行减量化及无害化处理的同时实现资源化循环利用。初级产品为沼气、沼渣及沼液，沼气可通过提纯净化制成生物天然气再经压缩最终制成CNG，沼渣可制成固体有机肥，沼液可制成液体有机肥。该项目可有效解决当地环保问题，改善当地能源结构，促进当地有机农业的发展，具有显著的社会效益和经济效益。3.4.2产品规格及质量标准（1）生物天然气沼气经过净化提纯后制成产品生物天然气，车用压缩天然气应达到GB18047-2000车用压缩天然气技术标准；进入燃气管网则应达到国家二类燃气（GB17802-2012）标准。表3.3车用压缩天然气国家标准（GB18047-2000）项目技术指标高位发热量（MJ/m3）>31.4总硫（以硫计，mg/m3）≤200硫化氢（mg/m3）≤15二氧化碳（yCO2，％）≤3.0氧气（yO2，％）≤0.5水露点（℃）在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于－13℃；当最低气温低于－8℃，水露点应比最低气温低5℃。注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPA，20℃表3.4国家天然气标准（GB17802-2012）项目技术指标高位发热量（MJ/m3）>31.4总硫（以硫计，mg/m3）≤200硫化氢（mg/m3）≤20二氧化碳（yCO2，％）≤3.0水露点（℃）在交接点压力下水露点应比输送条件下最低环境温度低5℃注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPA，20℃；在输送条件下，当管道埋地温度为0℃时，水露点应不高于-5℃；进入输气管道的天然气，水露点的压力应是最高输送压力；燃气中加臭剂的最小量应符合GB50028-2006中的相关要求。（2）固体生物有机肥有机废弃物经过一段时间的厌氧发酵后，残留的固体成为沼渣肥。由于原料是在密闭条件下进行厌氧发酵分解，减少了氨态氮的损失，因此，保存了养料，提高了肥效。本项目利用沼渣添加适量草粉、草木灰及微量元素，并通过搅拌、发酵、造粒、烘干、计量、包装等程序生产生物有机肥，其指标满足NY884-2012《生物有机肥》要求。表3.5生物有机肥产品技术指标要求（NY884-2012）项目技术指标有效活菌数（cfu），亿/g≥0.20有机质（以干基计），%≥40水分，%≤30.0pH值5.5~8.5粪大肠菌群数，个/g≤100蛔虫卵死亡率，%≥95有效期，月≥6（3）液体有机肥沼液是有机物经厌氧发酵过程后产生的液态残留物，本项目中所指的沼液是指发酵后液态残留物经固液分离机分离后产生的不溶性固体含量很低的液态物料。沼液中含有丰富的氮、磷、钾等主要营养元素，钙、铁、锰、镍、钴、锌、铜等微量元素，以及氨基酸、小分子有机酸、生长素、多种自然广谱抗生素、木质纤维素降解酶类等。沼液对于补充植物生长所需营养元素，刺激植物生理活性，抑制病原微生物生长等具有较为明显的作用。表3.6沼液中物质含量水分%全氮%全磷%pH碱解氮×E-6速效磷×1E-6有效钾×1E-6有效锌×1E-695.50.0420.0277.5335.698200895.70.4沼液中氨基酸含量mg/L天冬氨酸苏氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸半胱氨酸异亮氨酸12.35.4214.018.076.5626.797.16亮氨酸苯丙氨酸赖氨酸天冬酰胺+谷氨酰胺色氨酸1.2412.037.75356.037.1沼液中矿物质含量mg/L磷镁硫硅钾钠铁锰439714.3317.430.926.21.411.07锌氟碘硒铜镁钡锶28.30.160.150.536.814.150.2107钼钴镍铅砷镉汞钒4.22.88.52.833.068.90.032.8本项目利用沼液添加氨基酸和微量元素，并通过搅拌、混合、计量、包装等程序生产液体有机肥，其指标满足NY1429-2010《含氨基酸水溶肥料》要求。表3.7含氨基酸水溶肥料技术指标要求（NY1429-2010）项目指标游离氨基酸含量，g/L≧100中量元素含量，g/L≧30水不溶物含量，g/L≦50pH（1：250倍稀释）3.0-9.0中量元素含量指钙、镁元素含量之和。产品应至少包含一种中量元素。含量不低于1g/L的单一中量元素均应计入中量元素含量中。第4章项目选址情况4.1项目选址原则项目建设地点选择应考虑地域资源、区域地质、交通运输和环境保护等要素。其主要原则包括：（1）符合国家政策和生态能源产业发展规划；（2）满足项目对原材料、供热、水和电的供应需求；（3）交通方便，运输条件优越；（4）充分利用地形地貌，地质条件符合要求；（5）满足当地养殖业的防疫要求，并远离水源；（6）基础条件适合与沼气工程项目的特定生产需要和排放要求；（7）有可供利用的社会基础设施和协作条件。4.2项目场址概况（1）xx县概况县境南北长30.05公里、东西宽27.23公里，总面积567.1平方公里.海拔在847-1274米，耕地面积29.9万亩，且以山坡为主，人均耕地不足2亩。自然地理分为南北两大部分，境内的泾河、黑河、南河3条河流和883条干支毛沟，将全县切割成北塬、巨家塬、枣元塬三大块，形成了塬高、沟深、坡陡的地貌特征。全县地势西南稍高，东北略低，由西南向东北呈倾斜状。是黄土高原水土流人区。总面积567.3平方千米，总人口17.7万人（2004年）。2011年全县有九个镇，两个服务中心，辖171个村，总人口177221人，其中农业人口159860人，占总人口的90.2%：昭仁镇、巨家镇、相公镇、丁家镇、洪家镇、亭口镇、彭公镇、地掌镇、枣元镇、亭口镇冉店服务中心、相公镇芋元服务中心。xx县位于xx省西北黄土高原丘陵沟壑区，距离咸阳市165公里距西安市185公里，介于东经107度38分至58分，北纬34度59分至35度18分之间，县境北临宁庆县，与子午岭相望，南依岐凤县，与陇塬县、关山余脉相近，东与彬县相连.成为渭北与陇东高原结合部的过渡地带。4.3自然条件4.3.1气象条件xx县属中暖温带半湿润大陆性季风气候区。冬季寒冷，夏无酷暑，春季升温慢，秋季降温快，无霜期短。年日照时数2218.7小时，日照百分率51%，年总辐射量115.3千卡／平方厘米。年平均气温9.1℃。每年最热月份(7月)平均气温22.1℃，极端最高温度36.9℃；最冷月份(1月)平均气温-4.9℃，极端最低温度-24.9℃。≥0℃积温3688.2℃，≥10℃积温3029.1℃。无霜期171天。年降水量584.1毫米，降水多集中在7、8、9三个月，占全年降水量64.1%。主要气象灾害有干旱、霜冻、冰雹、大风、暴雨、连阴雨等。4.3.2水文条件县域内有泾河、黑河、南河三条河流。泾河由地掌乡入境，境内流程56千米，年均流量42.2立方米/秒,年均输沙量14100万吨，是一条雨源型河流，洪水频繁，洪量集中，具有暴涨暴落的特点。全县水资源总量0.39亿立方米。地表水0.32亿立方米，地下水0.07亿立方米，全县水资源短缺，适宜灌溉和人畜饮用。4.3.3工程地质条件xx县境内土壤有黄土、淤土、黑垆土、红土、潮土5个土类，8个亚类，14个土属，41个土种。以黄土类面积最大，占土地总面积的47.4%，主要分布在沟坡、川地道区。其次为黑垆土，占32.6%，主要分布于塬面和二坪地带。土层深厚、土质均匀疏松、给植物生长提供了有利条件。根据最新的森林资源调查资料，xx县土地总面积85.054万亩，其中宜林地面积10.3万亩，耕地面积29.9万亩，苗圃地0.26万亩。现有适宜栽植经济林的低产耕地面积10.0万亩，为有机肥的消纳提供了良好的去向。4.4配套设施情况4.4.1交通条件xx县境内交通方便，312国道横贯全境，与长（武）灵（台）公路交汇于五里铺，形成以县城为中心，国省道为骨架、通镇公路为动脉，通村道路为网络的公路体系。公路全长931公里，实现了通镇公路油面化，通村道路砂石化。2008年9月底福银（福州-银川）高速xx段落成通车，更加便捷了xx县人民的出行。项目厂址位于xx省咸阳市xx县洪家镇旧砖厂，交通便利，有利于原料和产品的进出，具备物流集散地的条件。便利的交通将为项目建设期间设备及建筑材料运输、项目建成后原料和产品的运输提供充足保证。4.4.2供电条件该项目内部有电源和变电站，可以满足该项目用电需求。4.4.3供热条件本项目场址周边没有热源，通过自建生物质燃料锅炉房、热风锅炉房来满足项目自身生产用热的需要，生物质压块燃料全部外购。4.4.4给水条件该项目所在地内已有水井，水源可采自与现有水井。4.4.5排水条件项目附近干支沟渠齐全，排水较为畅通，项目实施后不会形成内涝，也不影响该区域的汛期排水。4.4.6其它条件（1）通讯概况联通、电信、移动通信光缆均已覆盖该项目拟选厂址，并开通了各种现代通讯及高速网络业务。（2）人力资源概况xx县是人力资源大市，企业用工成本低于全国平均水平，不存在招工难的问题。（3）环保概况xx县常年主导风向为东风，项目所在地距离县城较远，在城市规划区以外，符合国家环境安全防护距离的要求；此外，该区域村庄稀少，离河道、学校、医院、居民区等均在1公里以外，不涉及环境敏感点，完全符合国家环保产业政策对选址的要求。

第5章工艺方案比选5.1工艺设计规模本项目将有机废弃物厌氧发酵后，产生的沼气经净化提纯压缩后作为清洁生物天然气供给xx县乡镇天然气管网或交通系统（包括公交车、出租车、私家车等），项目产生的沼渣和沼液经稳定化处理后用于生产优质有机肥料。本项目年产生物天然气760.73万Nm3；年产固态有机肥：7.67万吨；年产液态有机肥：11.68万吨。5.2工艺技术路线比选5.2.1原料收集（1）秸秆秸秆是本项目的主要充足原料，且价格合理的秸秆原料供应是项目稳定运营、获得一定经济效益的关键。为了保障充足的原料供应，将采取“主动收集”的原料收集模式。项目运营公司成立后，将充分利用现有项目地周边已有的大量农业机械设备和新购设备，采取现有设备改造、租赁、组织农机合作社以及新购穗茎兼收型设备、秸秆捡拾设备、液压打包设备、设置分散式秸秆压缩打包点等多种模式，结合项目实际运营情况，形成以主动收集为主的秸秆收集模式。为了维持项目正常运行所需玉米秸秆供应量及安全仓储量需求，由项目方与当地收储机构合资或完全由当地收储机构投资成立若干个有仓储设施的秸秆收储公司，形成一个秸秆收储网络。网络内各收储公司分别独立经营，并按项目方需求，平衡其秸秆收储量，有计划地运送符合要求的秸秆至项目场区。根据项目的实地调查，本项目采用含水率60%的黄储秸秆，综合考虑厂外粉碎成本后，初步确定碎秸秆到厂价为240元/吨。（2）畜禽粪便畜禽粪便收集备选方式如下：①政府牵头加大违法倾倒惩罚力度规范粪便收集管理并与补贴挂钩，在养殖集中村屯物色专人商订收购协议，每天按要求的质量和数量计划收集；②与养殖大户签订收购协议，以质定价收购；③市场化按质论价坐收。分析：不建议自购设备和雇佣人员进行资源收集，可避免与农民发生直接冲突，降低运营成本，规避安全事故责任，市场化是长久之计。选用方式③市场化按质论价坐收。根据项目实地调查，畜禽粪便的到厂价格为40元/吨。5.2.2原料储存（1）秸秆存贮发酵原料用秸秆采用“厂内黄储+部分场外存储”的模式，厂内黄储量按满足厂区生产12个月（即365天）进行设计；制作草粉用干秸秆采用全部厂外存储模式。（2）畜禽粪便存贮依据生产需求，畜禽粪便由汽车运至厂区储存池内。（3）燃料收储方案项目周边无热源，拟自建生物质锅炉房供应生产用热和采暖用热。锅炉燃料为生物质压块，年用量约为0.63万吨/年，全部外购。5.2.3原料预处理（1）分别进料（秸秆干式进料）即秸秆采用皮带和螺旋输送机联合输送的方式将秸秆直接投入厌氧发酵罐内发酵液面之下。优劣势分析：优势：可实现高浓度、低能耗厌氧发酵不易发生进料管道堵塞、效率高；劣势：各罐体均设置单独配套进料设施，初期设备投资偏大。（2）混合进料（秸秆湿式进料）即将秸秆和畜禽粪便充分混合，将混合物料调配浓度最高至16%，使物料具有较好的流动性，然后通过泵将物料输送至各一级厌氧发酵罐内。优劣式分析：优势：各罐体间通过管道连接进料，设备投资较小适合畜禽粪便类原料进料；劣势：①进料浓度受限，秸秆类物料由于吸水能力强，最高进料浓度只能达到10%发酵罐内含水量高、运行能耗较大、产生沼液量大；②对破碎设备要求高，纤维类物料采用泵送进料方式容易发生堵塞，为降低管道堵塞，除了对进料浓度有严格要求，还必须严格控制秸秆粒径，但大规模工业化生产、尤其是黄储类秸秆的破碎难以做到完全均匀一致，从实际运行经验看，泵送方式秸秆进料容易引起泵和管道的堵塞。综合以上分析，结合本项目厌氧发酵原料特点，本项目采用分别进料，即秸秆干式进料，畜禽粪便湿式进料的模式。5.2.4厌氧发酵（1）厌氧发酵工艺选择目前国内外常用的厌氧发酵工艺主要有：UASB、USR、CSTR。①升流式厌氧污泥床（UASB）UASB工作原理：废水中的有机污染物在厌氧条件下经微生物降解，转化成甲烷、二氧化碳等，所产气体（沼气）含甲烷大于50%，可作为能源再次利用，既可去除有机污染物，又可回收能源。其工艺流程是先对有机废弃物进行固液分离，废水首先被足够均匀的引入UASB发酵罐（污泥反应区、气液固三相分离器包括沉淀区和气室三部分组成）底部，污水在厌氧状态下反应，分解有机物，产生沼气。通过气、液、固三相分离器，可使发酵罐中保持高活性及良好的沉淀性能的厌氧微生物，经分离污泥颗粒将沉淀到污泥床的表面，气体进入集气室。出水往往需进一步好氧处理，进行达标排放。是一种以环保治理为主，生产能源为辅的能源环保型沼气工程工艺。②高浓度升流式厌氧污泥床（USR）USR工艺流程是先对有机物进行预处理，除去大颗粒和粗纤维物质（进料TS浓度3～5%）后，进入USR发酵罐，USR发酵罐采用上流式污泥床原理，不使用机械搅拌，产气率视温度不同在0.4～1.2之间。沼渣沼液COD浓度含量很高，不适宜好氧处理达标排放，一般用于农田施肥进行生态化处理，是典型的能源生态型沼气工程工艺。采用USR工艺产生的沼气如进行热电联（CHP），热能输出部分可满足20℃左右原料的升温要求，在国内北方地区的冬季，自身热量无法满足运行要求，需要使用锅炉或其它能量进行加热。③完全混合厌氧工艺（CSTR）CSTR工艺流程是先对有机物进行粉碎处理，调整进料TS浓度6～12%范围内，进入CSTR发酵罐后，CSTR发酵罐采用机械搅拌。产气率视原料和温度不同在0.8～5.0之间。沼渣沼液COD浓度和TS浓度含量高，一般不经固液分离即可直接用于农田施肥，是典型的能源生态型沼气工程工艺。CSTR工艺采用搅拌和加温技术，使沼气发酵速率大大提高，是一种成熟的工艺，是目前世界上大型沼气工程中的通用工艺，在国内的沼气工程中也有大量成功运用的案例。如：xx德青源2MW沼气发电工程，两座一级厌氧罐和两座二级厌氧罐均采用CSTR厌氧工艺，每座厌氧罐设两台搅拌机，厌氧反应效果良好，容积产气率达1.8Nm3/m3.d，年产沼气700万m3，冬季可正常运行；山东民和牧业3MW沼气发电工程，六座一级厌氧罐和两座二级厌氧罐均采用CSTR厌氧工艺，每座厌氧罐顶部设一台搅拌机，容积产气率为1.5Nm3/m3.d，年产沼气1000万m3，运行状况良好。其它采用CSTR工艺的沼气工程还包括xx三元绿荷沼气工程、甘肃临泽雪莲沼气发电工程、山西太原宏明养殖场沼气工程、江苏昆山向阳牛场沼气工程、泰州城西猪场沼气工程等，实际运行状况都很好。表5.1几种主要厌氧处理工艺的比较序号类别CSTRUASBUSR1原料范围所有类型有机原料高COD污水畜禽粪便2原料TS浓度6～12%<2%3～5%3应用区域全国各地中部、南部中部、南部4水力停留时间10～60天1～5天8～15天5单位能耗低高中等6单池容积300-3000m3200-3000m3200-2000m37操作难度中等难易8产气率0.8～5.00.3～0.80.4～1.29经济效益较高较低偏低经过对比分析：USR工艺作为国内较成熟的工艺，尤其适用于中部和南部养殖场粪污处理和集中供气沼气工程，在北方地区冬季运行经济效益不佳；UASB工艺适用于养殖场的污水处理能源环保型沼气工程，应用范围较窄；CSTR工艺可处理固含量高的原料，但占地较大，反应时间长、能耗较高。综上所述，本项目拟采用CSTR厌氧发酵工艺。（2）罐体形式选择目前国内外厌氧发酵制沼气项目中使用的罐体类型主要有拼装罐、焊接罐、利浦罐、混凝土罐等几种类型。①拼装罐：拼装罐即先在生产车间预制成一定尺寸做好防腐的钢板，运输到现场，然后专用自锁螺栓、密封材料等组装而成的。优点：防腐效果好，安装简单，现场施工量小；缺点：单罐容积受限。②焊接罐：现场加工焊制而成。优点：单罐容积灵活度大；缺点：现场加工工艺复杂，施工难度大，工程量大，工期长，现场防腐效果难以控制。③利浦罐：现场将卷板通过开卷、轧制、折弯、咬口等程序加工而成的罐体。优点：施工周期短、自重轻；缺点：强度低，单个罐体容积受限。④混凝土罐：混凝土罐有现场浇筑、现场拼装两种形式。优点：保温性能好、结构强度大、使用寿命长（50年）、抗腐蚀性能好等；缺点：施工周期长、造价高、工程推广难度大、现场管理难度大，容易出现施工质量问题等。表5.2罐体类型对比表序号罐体类别优点缺点价格1拼装罐工厂加工，可标准化，施工周期短、防腐性能好怕磕碰，单罐容积受限（最大3000m³）较低2焊接罐单罐容积灵活度大施工周期长，现场工程量大，防腐施工难度大低3利浦罐施工周期短、自重轻强度低、罐体容积受限（最大3000m³）较高4混凝土罐保温性能好、结构强度大、使用寿命长（50年）、抗腐蚀性能好施工周期长、工程推广难度大、过程变更维护难度高、罐顶施工难度大高综上，从成本、进度和灵活性考虑，本项目选择碳钢焊接罐。5.2.5沼气脱硫目前，国内外主流的沼气脱硫工艺包括化学脱硫、生物脱硫、湿法脱硫等工艺。（1）化学脱硫化学脱硫反应基本原理是：H2S与脱硫剂（氧化铁）接触，被氧化成硫或硫氧化物的一种方法，也可称为干式氧化法。干法脱硫设备的基本构成是：在特制的脱硫罐中放入填料（填料为氧化铁），气体以低流速从一端经过脱硫塔内填料层，把H2S吸附或吸收反应成硫化物或多硫化物后，余留在填料层中，净化后气体从脱硫塔另一端排出，实现脱硫处理的目的。H2S与罐内脱硫剂发生以下化学反应：Fe2O3·H2O+3H2S→Fe2S3·H2O+3H2O罐内脱硫剂定期晾晒再生，循环使用数次后更换。脱硫剂再生反应如下：2Fe2S3·H2O+3O2→2Fe2O3·H2O+6S脱硫剂脱硫及再生过程中，H2S与Fe2O3反应生成Fe2S3，Fe2S3与空气接触后又生成单质硫和Fe2O3。如此H2S被氧化成单质硫除去，同时脱硫剂得以再生。优劣势分析：优势：一次性投资低，运行稳定，结构简单，使用方便。劣势：运行成本较高，脱硫剂失效快，需定期更换脱硫剂。（2）生物脱硫生物脱硫技术的原理为：通过营造脱硫菌适宜的工作环境，使沼气中H2S在脱硫菌的生物氧化还原作用下生成单质硫被去除。脱硫系统属开放系统，微生物种群随环境改变而变化。在大多数生物发酵罐中，微生物种类以细菌为主、真菌为次，极少有酵母菌；常用的细菌是硫杆菌属的氧化亚铁硫杆菌、脱氮硫杆菌及排硫杆菌，最成功的代表是氧化亚铁硫杆菌，其生长的最佳pH值为2.0~2.2。从沼气发酵罐内导出的气体进入生物脱硫塔，同时从发酵罐内抽出部分发酵液，用泵将发酵液从生物脱硫塔的底部抽到顶部进行淋洒，发酵液的作用是发酵液当中含有很多微生物，与沼气中的H2S作用后，能够生成含有硫单质的细菌，存在于生物脱硫塔内部的填充层里，这种细菌是好氧性细菌，因此，在进行生物脱硫前，沼气应预先通过鼓风机注入微量的空气(O2)，使其处于好氧状态。如果没有与H2S相遇，可以消耗自身成为H2SO4，通过发酵液的循环而排放出去；发酵液经过循环后，当其pH值降到2时，需要重新更换，原来的废水则流到贮液池等待好氧处理。利用注入的空气和营养液中的水分发生以下氧化还原反应：2H2S+O2→2H2O+2S2S+3O2+2H2O→2H2SO4H2S在脱硫菌的作用下进行氧化还原反应后，生成单质硫和H2SO4，贮存于塔内填料和营养液内，通过填料上生物膜的脱落和营养液的定期外排净化。优劣势分析：优势：运行费用低，无需催化剂或氧化剂，无需更换滤料，脱硫效率高。劣势：一次性投资高，过程不易控制，沼气中氧残留量不易控制。（3）湿法脱硫湿法脱硫装置由吸收塔与再生塔组成。用浓度为2%～3%的碳酸钠溶液作为吸收剂，吸收沼气中的H2S。碳酸钠溶液从吸收塔顶部喷淋向下与沼气进行逆流吸收。当硫化氢含量较高，且对净化后气体品质要求非常高的时候采用湿法脱硫。湿法脱硫工艺较为复杂，成本较高，但稳定性较好。表5.3几种主要沼气脱硫技术的比较序号对比项优点缺点适用范围1化学脱硫结构简单，使用方便；运行操作简单，无需人员值守。需要定期更换滤料；运行费用较高；脱硫剂失效快。适用于产气小于7500Nm3/d的中小项目或精脱硫环节。2生物脱硫运行费用低，能耗低；无需催化剂或氧化剂；无需更换滤料；脱硫效率高。一次性投资高；过程不易控制；沼气中氧含量不易控制。适用于产气量大于7500Nm3/d的大型沼气项目。3湿法脱硫脱硫效果好；稳定性好工艺复杂、成本高对气体净化要求非常高的情况。综合以上分析，本项目推荐采用化学脱硫工艺。5.2.6沼气脱碳目前在国内沼气脱碳项目已有工程应用的工艺方法有化学吸收、变压吸附（PSA）、压力水洗和膜分离。（1）化学吸收在催化剂存在条件下，吸收溶液利用酸碱中和反应，吸收沼气中的二氧化碳、硫化氢等酸性物质，同时也能吸收沼气中易溶于水的气体。吸收了各种杂质的气体通过溶液自净系统和气体再生系统释放出各种杂质和气体，溶液得到循环使用，化学吸收工艺对于二氧化碳和甲烷的分离的选择性强，溶液和二氧化碳等酸性气体反应迅速，和甲烷不反应，甲烷被全部回收。工艺优点：该工艺的优点：CO2去除效果好，CH4收率高达99%以上，解析气二氧化碳纯度高，无甲烷气，可直接回收利用，且完全符合环保要求；该工艺主要适应于大中型沼气提纯天然气项目，目前国内天然气净化工厂及LNG工厂脱碳工序均选用该工艺。该系统的稳定性好、操作简单，每年只需要补充一定量的化学吸收剂，系统寿命大于15年。工艺缺点：在吸收剂的解析过程需要一定量的蒸汽，由于蒸汽的使用增加了脱碳的运行费用，增加了系统的施工难度。（2）变压吸附（PSA）变压吸附脱碳工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对含二氧化碳源中杂质组分的优先吸附而使其它组分得以提纯，利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在高压下吸附而在低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离提纯甲烷的目的。工艺优点：目前新开发的主副塔结构式变压吸附脱碳装置，彻底改变了传统变压吸附甲烷收率低，净化度低，二氧化碳浓度低等问题。整个装置操作非常简便，维修量极少，同时彻底克服了化学脱碳的起泡带液、易腐蚀、耗蒸汽等缺点，与其他湿法脱碳相比具有显著优势。系统稳定性高、操作简单、系统使用寿命大于15年，每年仅需补充极少量的分子筛吸附剂。（3）压力水洗水洗法是利用CO2在水中溶解度与甲烷的差异通过物理吸收过程实现CO2与甲烷的分离，为提高CO2在水中的溶解度水洗工艺一般采用较高压力，吸收了CO2的水可以再生循环使用，吸收了CO2的水同时吸收了部分甲烷，后续工序中采用膨胀回收工艺可有效保证甲烷收率。工艺优点：工艺、设备简单、操作弹性大、运行比较稳定。工艺缺点：该工艺已经属于淘汰的落后工艺，对高二氧化碳含量（30%以上）的沼气，该工艺需压力高、动力消耗高，收率低，增加回收设备可提高收率到98%，但尾气中含有少量甲烷还是不可避免，同时由于加大了系统的循环水量，大幅升高运行能耗，增加了系统的运行成本。所以，此工艺不建议采用。（4）膜分离工艺沼气膜分离是一种新型的气体分离方法，分离膜的工作原理是让气体有选择性地透过膜的表面。气体透过膜的驱动力是渗余侧（中空纤维内部）分压和透过侧（中空纤维外部的空间）分压之间的差异。此差压越大，透过膜的气体的比例越高。而沼气分离膜正是利用了二氧化碳等气体透过膜的速率远高于甲烷，而实现甲烷与二氧化碳和其它一些杂质组分的分离。工艺优点：模块化安装，可安装于集装箱内，扩展与增容简易，系统占地面小；能耗主要为压缩机电耗，且无需外来补充水和溶液。工艺缺点：目前规模化应用少，投资高，分离膜依赖进口，且对沼气预处理要求高。表5.4几种主要沼气脱碳技术的比较内容压力水洗化学吸附变压吸附膜分离甲烷回收率[1]93~98%>99%>99%97~98%产品CH4最高浓度98%99.99%99.97%97%设备投资成本中等+/-中等+/-中等+/-高-排放等级(废水、废气)低-高+中等+/-中等+/-排放废气含甲烷[2]是-否+否-很少-沼气流量波动适应能力[3]中等+/-高+高-高+模块化低+/-中等+/-中等+/-高+使用要求（水、电、蒸汽）[4]高-高-低+低+系统运行可靠性[5]中等+/-高+高+/-低-系统运行成本[6]中等+/-低+低-高-最终额度低高高中[1]压力水洗通过增加多级膨胀回收技术可将甲烷回收率提高到98%；膜分离采用多级膜组（二级或三级）工艺可将甲烷回收率提高到99%；但投资及运行费用均将大幅提高。[2]目前国内无强制要求，欧盟国家有强制要求，要求排放废气中零甲烷含量。[3]化学吸附、变压吸附与膜分离工艺可适应沼气流量波动范围通常在10～110%。[4]变压吸附及膜分离工艺只需电能，压力水洗工艺要求同时提供水及电能，而化学吸附工艺则需要同时提供蒸汽及电能。[5]压力水洗工艺运转设备多，且系统操作控制难度高，膜分离对沼气预处理要求过高，而化学吸附工艺多数为静止设备。[6]指达到同样的甲烷回收率时各工艺运行成本。经过以上比较并结合本项目在安全、成熟、可靠及经济性等方面的产品要求，本项目沼气脱碳选用膜分离工艺。5.2.7固液分离厌氧发酵后的出水中仍然含有较多的固体物质，必须进行固液分离。固液分离常用设备有：螺旋挤压、叠螺、卧螺离心、真空吸滤和板框压滤。（1）螺旋挤压功能：用于沼液粗分离，将大颗粒固体从沼液中分离出来。优点：效率高、能耗低、无需添加絮凝剂。缺点：分离不彻底，有少量大颗粒固体残余，沼液为稀泥汤含固率高。（2）叠螺优点：安全、噪音小、能耗低、占地面积小。缺点：絮凝剂加入量大，分离不彻底，跑泥严重，清液浑浊，沉淀后析出大量污泥，进入后续处理设备易造成堵塞，无法达到固液分离目标需求。结论：样机运行试验结果表明，不能满足工艺要求。（3）卧螺离心优点：效率高、能耗低、占地面积小、连续进出料生产。缺点：高速旋转设备（转速约3000转/分）有安全隐患、设备易损坏。分离效果差，固料含水率高、液相含固率高，对进料成分稳定性要求高，否则容易出现“拉稀”现象（分离后固料含水率极高）。（4）真空吸滤优点：对物料适应性强，分离效果较理想。缺点：占地面积大，能耗高，需加入大量助滤剂，综合成本非常高。（5）板框压滤优点：对物料适应性强，分离效果非常理想，沼渣干（含水50%左右）、沼液清，符合工业化生产的“可靠性”原则。缺点：占地面积大，工作制度为间歇式，一个工作周期约3~4个小时，需同时加入一定量的絮凝剂和助滤剂（草粉）。综上所述，结合厌氧发酵后残液的特点，选用的固液分离工艺采用固液分离机进行分离。5.2.8沼渣综合利用沼渣通常有5项利用途径：（1）制固体有机肥；（2）直接用于农田做基肥或追肥；（3）配制营养土；（4）制作培养料；（5）沼渣养鱼。其中用途（2）受施肥季节影响，需要大型场地堆放沼渣；用途（3）~（5）受项目周围消纳途径的限制，且附加值低。经综合考虑，本项目产生沼渣的消纳途径为：制固体有机肥。5.2.9沼液综合利用沼液处理方法主要有：直接给农田施肥，回流用于物料调配，复配制液体有机肥。（1）直接对农田施肥：沼液富含多种营养物质，对改良土壤能起到很好的作用，是一种非常好的有机肥料，但农作物生长一般都具有季节性，且施肥周期较长，需要大容积的沼液储存池，才能保证长期使用沼液进行农作物施肥，实施困难，故不建议采用该方案。（2）回流用于物料调配：采用沼液回流不但可以节约大量的调配用新鲜水，还可以利用一部分沼液的热量，是一种非常好的处理方法。（3）复配制液体有机肥：沼液中含有一定量的无机营养元素与有机营养元素，经过精细化固液分离技术除去沼液中的固含量，使TS降到1%以下，添加氨基酸及钙镁等中量元素，制成含氨基酸水溶肥料，是沼液另一种非常好的处理方法。综合以上分析，建议本项目沼液消纳途径选用如下工艺：以回流用于物料调配为主，以复配制液体有机肥为辅。沼液主要采用回流用于物料调配技术路线，这种技术路线绿色、环保，既节约用水且无二次污染产生，由于本项目所采用的原料以秸秆为主，发酵液氨氮浓度很低，无需要进行脱氨处理，沼液处理压力低。根据周边农作物种植情况，多余沼液经过液体有机肥加工工艺制成液体有机肥，用于周围农作物种植，是一种节能环保新型肥料。符合本项目生态、环保的理念，是理想的沼液处理方式。5.2.10锅炉的选择可选择的锅炉有燃煤锅炉、燃油锅炉、生物质锅炉、沼气锅炉等。（1）燃煤锅炉：燃料供应稳定，缺点是价格高，运行成本高。（2）燃油锅炉。其优点是燃料供应稳定；其缺点是燃料价格高，运行成本高。（3）生物质锅炉。采用秸秆成型燃料为燃料。其优点是燃料价格较低，运行成本相对燃煤较低；其缺点是场内需要修建压块燃料储存设施，目前当地环保局不允许使用生物质燃料压块锅炉。（4）沼气锅炉。利用项目本身产品沼气作为燃料，无污染，充分体现了生态能源环保的理念。其优点是投资低，无污染，操作简单；其缺点是消耗了本项目产品，同时在极端条件下，如沼气工程运行不正常条件下，不能保证燃料供应，另外在项目启动阶段亦不能保证原料供应。综合以上分析，建议选择煤气两用锅炉2台，冬季运行2台，夏季运行1台，即可满足项目供热需求。第6章工艺方案6.1设计规模本项目设计规模为处理含水率50%秸秆3.0万吨/年，畜禽粪便10.95万吨/年。6.2工艺流程本项目所用原料为玉米秸秆、粪便，秸秆需经过粉碎，然后进行预处理再进行厌氧发酵。其工艺流程，主要包括预处理及进料单元、厌氧发酵单元、沼气净化单元、固液分离单元、有机肥生产单元和锅炉房等部分。猪粪尿及冲洗水经收集后，运输至厂区预处理系统，卸入卸料池，经过混和后（采用沼液稀释）泵入物料混配设备，按照设定比例经秸秆喂料系统投加破碎后的细碎秸秆及回流消化液进行混合调配，由螺杆泵送入厌氧发酵单元进行发酵。物料经厌氧两级发酵，经固液分离机实现沼渣与沼液的分离，沼液一部分送回预处理单元稀释调配物料，一部分送入沼液池，并作为有机液肥的生产原料，沼渣送入有机固肥加工车间制成生物有机肥。主工艺流程如下：预处理采用粪污、秸秆混合进料工艺；厌氧系统采用CSTR工艺；沼气净化采用化学脱硫技术；沼气脱碳采用膜分离技术。6.3物料平衡分析表3.1物料平衡计算表参数猪粪秸秆回流沼液工艺水合计输入：理论产量（t/d）3008015002002080.00收集率（%）100%100%100%100%—收集量（t/d）300.0080.001500.00200.002080.00含固率TS%20%80%3%0%—含固量TS（t/d）6064450169.00CN比255325037.23VS比率%80%80%40%0%—含VS量(t/d)48.0051.2018.000.00117.20VS产气率(m³/tVS)300400500—混合原料TS浓度%8.13%沼气：干沼气产量（m³/d）1440020480900035780.00干沼气密度kg/m³（CH4含量60%、CO2含量40%）1.22干沼气质量（t/d）43.65沼气含水率（%）5.00%沼气含水量（t/d）2.30沼气总质量（t/d）45.95输出：沼渣沼液量（t/d）2034.05沼渣沼液含固率（%）6.16%沼肥：分离后沼液含固率（%）3.00%沼渣含固率（%）30.00%沼渣量（t/d）214.42沼液量（t/d）1819.63回流沼液量（t/d）1500.00输出沼液量（t/d）319.63反应器参数：OLR（kgVS/m³•d）3.00反应器有效容积（m³）39066.67HRT(d)18.78反应器数量（座）12.00单座有效容积（m³）3255.56容积产气率（m³/m³）0.926.4热量供需分析项目地气候情况：冬季最不利气温-3°C，夏季平均气温25°C计算依据：本项目中热平衡计算仅考虑物料增温和发酵罐自身散热两部分，房间采暖等其它供热需求另计。锅炉效率取92%，管道损失取10%，换热系数按100%设计。（1）冬季热平衡计算经计算，冬季平均日，沼气工程总需热量为241.8万大卡/h，加热时间为24h，每天需热量5803.2万大卡，沼气热值0.52万大卡/m³，理论需沼气量约为11160m3/d，煤的热值为0.7万大卡/Kg，则每天需煤量为8.29吨。（2）夏季热平衡计算经计算，夏季平均日，沼气工程总需热量为78万大卡/h，加热时间为24h，每天需热量1872万大卡，沼气热值0.52万大卡/m³，理论需沼气量约为3600m3/d，煤的热值为0.7万大卡/Kg，则每天需煤量为2.67吨。锅炉选型：根据以上计算，本项目选用1.4MW煤气两用锅炉2台，冬季运行2台，夏季运行1台，即可满足项目供热需求6.5预处理单元6.5.1建筑物及构筑物（1）秸秆堆场主要作用是堆放用于发酵的秸秆，秸秆为粉碎后黄储，粉碎后黄储的堆密度按照0.6t/m³计算，存放时间按180天计算，则：储存总容积：24000m³堆放高度：5.0m占地总面积：4800㎡结构：地上式砖混（2）卸料池牛粪尿及冲洗水经收集后，运输至厂区预处理系统，卸入卸料池，经过混后（可采用沼液稀释）、预热后泵入物料混配设备。规格尺寸：12.5*10.0*4.0m(H)容积：500m³数量：4座结构：地下钢混（3）泵房经过均质和调温预处理后的混合物料通过泵房内的进料设备将物料输送至厌氧消化罐中，因此泵房的主要作用是安置进料设备。地下为钢混池规格尺寸：25.0*10.0*4.0m(H)数量：2座结构：地下钢混地上为彩钢房总面积：500m2数量：2座结构：砖混+彩钢6.5.2主要设备参数秸秆储存区：铲车等运输车辆由业主方自备（1）秸秆专用细粉碎机功能：粉碎秸秆至10mm粒径，处理能力20t/h。结构：地上钢结构数量：4套（2）秸秆投料机流量：6m³/h；功率：7.5kw数量：4台（3）潜水搅拌机转速：300rpm功率：7.5kw数量：8台（4）物料转移泵（螺杆泵）流量：100m³/h扬程：10m功率：7.5kw数量：4台（5）混合进料泵流量：100m³/h扬程：20m功率：18kw数量：4台6.6厌氧发酵单元6.6.1建筑物及构筑物（1）一级发酵罐基础尺寸：D×H=￠21m×1.0m数量：8座结构：地下式钢砼，池底需做保温处理（2）二级发酵罐基础尺寸：D×H=￠23.5m×1.0m数量：4座结构：地下式钢砼，池底需做保温处理6.6.2主要设备参数（1）一级CSTR反应器结构：地上，碳钢焊接罐尺寸：￠20-10.5m(H)有效容积：3300m³数量：8座保温方式：发酵罐保温采用10cm厚的聚氨酯发泡保温材料，安装于罐外壁，保证发酵罐内温度稳定。保温层最外部用彩钢板覆盖保护。（2）二级CSTR反应器结构：地上，碳钢焊接罐尺寸：￠22.5-8.5m(H)有效容积：3350m³数量：4座保温方式：发酵罐保温采用10cm厚的聚氨酯发泡保温材料，安装于罐外壁，保证发酵罐内温度稳定。保温层最外部用彩钢板覆盖保护。（3）立轴搅拌功率：15KW数量：8台，一级反应器每罐1台；（4）斜插搅拌功率：15KW数量：4台，二级反应器每罐1台；（3）侧搅拌功率：7.5KW数量：24台，每罐2台；（4）热水加热盘管维持发酵罐内35℃的发酵温度。材质：碳钢防腐（5）正负压保护器功能：保护罐体不因压力变化而发生变形数量：12台，每罐1台材质：不锈钢（6）双膜储气柜功能：收集CSTR产生的沼气规格：￠22.5×6.5m(H)容积：单套容积1400m³数量：4套（二级反应器每罐1套）6.7固液分离单元从发酵罐排出的沼渣沼液进入沼渣液暂存池，经泵提升至固液分离平台进行固液分离，固态沼渣深加工做有机肥，液体回流至预处理工段做稀释用水，剩余部分外运做液态回田。6.7.1建筑物及构筑物（1）出料池池容：￠12×4m(H)m³数量：4座结构：地下式钢砼6.7.2主要设备参数（1）螺旋挤压式分离机数量：4台功率：5.5KW流量：65m³/h材质：不锈钢（2）潜水搅拌器转速：300rpm功率：7.5kw数量：8台（3）提升泵流量：65m³/h扬程：10m功率：5.5kw数量：4台6.8沼气净化单元6.8.1脱硫本工程属于秸秆及少量粪便为原料发酵，产生的沼气含H2S较少，其含量约为1000-1500ppm，建议采用化学脱硫，操作简单，投资较小，亦可达到脱硫的目的。6.8.2脱水沼气是高湿度的混合气体，自厌氧发酵罐进入管道时，温度逐渐降低，管道中会产生大量含杂质的冷凝水，如果不从系统中除去，容易堵塞、破坏管道设备。因此，沼气在使用前需通过冷凝脱水设备，去除沼气中的冷凝水。6.8.3主要设备参数6.9有机肥单元（1）建成日产300方液体复合肥生产线一条（三班生产，单班8小时生产能力不低于100方）。主要设备如下：（2）建成日产200吨固体复合肥生产线一条。主要设备如下表。6.10沼气提纯增压输送表4.1沼气和天然气指标气体脱碳的技术主要应用于石化行业，主要有化学吸收法、物理吸收法、变压吸附法、膜分离法等。这些分离方法各有优点，需要根据净化气要求纯度、处理规模、CO2用途、投资、运行费用等综合考虑选择最膜分离技术。脱硫、脱水的沼气经无油压缩机压缩后，通过气水分离器、冷冻干燥机、活性炭除油器、高效过滤器除去饱和水蒸汽和微尘粒，再经过恒温加热器加热后得到了干燥、无油、洁净和温度适宜的高品质压缩沼气。该高品质压缩气体经分气管道均匀进入膜分离系统进行分离，分离出的二氧化碳可通过管道汇集后收集也可排入大气，而制得的所需浓度的甲烷气做生物燃料使用。膜法分离的主要优点是：1）能耗低；2）安装方便，无需地基，占地小；3）工艺流程短，设备维护简单；4）可靠耐用，全年停机时间短；5）可小型化、微型化、移动；6.11电控系统6.11.1电气系统（1）供电电源沼气站供电电源接自场内总电源配电箱或变压器下口。（2）供电负荷本工程中的主要设备功率统计表见表5.1。表5.1主要设备功率统计表序号设备名称功率数量装机功率运行时间日用电量（kW）（台）(kW)(h/d)(kW·h)1秸秆专用细粉碎机154601602秸秆投料机7.543051503潜水搅拌机7.586053004破碎机34125605螺杆泵7.543051506混合进料泵1847253607泵房排水泵1.5230.51.58罐体立轴搅拌体斜插搅拌器1546016010罐体侧搅拌器7.524180118011出料池潜水搅拌器7.5860848012固液