沼气的利用技术.

主讲人：李红洲2015513目录1.沼气的来源与定义2.沼气的成分3.什么是发酵？4.发酵的基本工艺流程5.发酵的基本条件6.沼气的用途7.沼气发电8.沼气的存储9.沼气发展前景---朝阳产业我们有时会看到，在沼泽地或污水沟，有气泡冒出来，如果划着火柴，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）条件下可以发酵而产生沼气。沼气是有机物质在厌氧条件下，经微生物厌氧消化而产生的可燃性的混合气体。这就是沼气的定义。1.沼气的来源与定义2.沼气的成分沼气的气是多种气体的混合物。一般地主要成分是甲烷，50%～80%甲烷（CH4）、20%～40%二氧化碳（CO2）、0%～5%氮气（N2）、小于1%的氢气（H2）、小于0.4%的氧气（O2）与0.1%～3%硫化氢（H2S）等气体组成。由于沼气含有少量硫化氢，所以略带臭味。其特性与天然气相似。空气中如含有8.6～20.8%（按体积计）的沼气时,就会形成爆炸性的混合气体。3.什么是发酵？发酵是复杂的生物化学变化，有许多微生物参与。反应大致分两个阶段：（1）微生物把复杂的有机物质中的糖类、脂肪、蛋白质降解成简单的物质，如低级脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氢气和硫化氢等。（2）由于甲烷菌的作用，使一些简单的物质变成甲烷。4.发酵的基本工艺流程一个完整的大中型沼气发酵工程，无论其规模大小，都包括了如下的工艺流程：原料（废水）的收集、预处理、沼气池、出料的后处理和沼气的净化与储存等，如下图所示：（其中，预处理指用化学的方法提高秸秆沼气转化利用效率的方法，不同预处理剂、预处理时间和预处理温度对水稻、玉米和小麦等的秸秆厌氧发酵的影响不同，用不同PH的酸、碱试剂进行工艺优化提高秸秆转化为沼气的效率）要正常地产生沼气，必须为微生物创造良好的条件，使它能生存、繁殖。5.发酵的基本条件（1）适宜的发酵温度沼气池的温度条件分为：①常温发酵（也称为低温发酵）10℃～30℃，在这个温度条件下，产气率可为0．15～0．3m3/m3·d。②中温发酵30℃～45℃，在这个温度条件下，池容产气率可达1m3/m3·d左右。③高温发酵45℃～60℃，在这个温度条件下，池容产气率可达2～2．5m3/m3·d左右。沼气发酵最经济的温度条件是35℃，即中温发酵。（2）适宜的发酵液浓度发酵液的浓度范围是2～30%。浓度愈高产气愈多。发酵液浓度在20%以上称为干发酵。农村户用沼气池的发酵液浓度可根据原料多少和用气需要以及季节变化来调整。夏季以温补料浓度为5～6%；冬季以料补温10～12%。（3）发酵原料中适宜的碳、氮比例（C：N）沼气发酵微生物对碳素需要量最多，其次是氮素，我们把微生物对碳素和氮素的需要量的比值，叫做碳氮比，用C：N来表示。目前一般采用C：N=25：1。（4）适宜的酸碱度（pH值）沼气发酵适宜的酸碱度pH=6．5～7．5。pH值响酶的活性，所以影响发酵速率。（5）足够量的菌种沼气发酵中菌种数量多少，质量好坏直接影响着沼气的产量和质量。一般要求达到发酵料液总量的10～30%，才能保证正常启动和旺盛产气。（6）较低的氧化还原电位（厌氧环境）沼气甲烷菌要求在氧化还原电位大于一330mv的条件下才能生长。这个条件即：严格的厌氧环境。所以，沼气池要密封。6.沼气的用途沼气发沼气除直接燃烧用于炊事、供暖、照明等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。7.沼气发电沼气燃烧发电是随着大型沼气池建设和沼气综合利用的不断发展而出现的一项沼气利用技术，它将厌氧发酵处理产生的沼气用于发动机上，并装有综合发电装置，以产生电能和热能。沼气发电具有节能、安全和环保的特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源。沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。我国沼气发电有30多年的历史，在“十五”期间研制出20～600kW纯燃沼气发电机组系列产品。但国内沼气发电研究和应用市场都还处于不完善阶段，特别是适用于我国广大农村地区小型沼气发电技术研究更少，我国农村偏远地区还有许多地方严重缺电，如牧区、海岛、偏僻山区等高压输电较为困难，而这些地区却有着丰富的生物质原料。如果能因地制宜地发展小型沼气电站，则可取长补短就地供电。燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。燃料电池具有能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，既可以集中供电，也适合分散供电。燃料电池将是21世纪最有竞争力的高效、清洁的发电方式，它有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。目前，世界各国已经开始将沼气用作燃料和用于照明。用沼气代替汽油、柴油，发动机器的效果也很好。将它作为农村的能源，具有许多优点。例如，修建一个平均每人1－1．5平方米的发酵池，就可以基本解决一年四季的燃柴和照明问题；人、畜的粪便以及各种作物秸秆、杂草等，通过发酵后，既产生了沼气，还可作为肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，粪便等沼气原料经过发酵后，绝大部分寄生虫卵被杀死，可以改善农村卫生条件，减少疾病的传染。北京德青源生态园鸡粪沼气发电工程山东蓬莱民和牧业沼气发电工程8.沼气储存膜储气柜系统结构组成双膜生物储气柜主要由底膜（一体化气柜除外）、内膜、外膜、恒压控制柜、安全保护器及一些控制设备和辅助材料组成。底膜：主要用于基础密封，以实现传统基础设施无法达到的防腐、防渗透。内膜：与底膜或发酵罐口相连接，形成一个完全独立密闭的空间以用于储存各类适用气体。外膜：使内膜适用气体恒压输出并对内膜起到保护作用，外膜与内膜及底膜的边缘或发酵罐口连接。作为气柜的外壳保护内膜，恒定柜内压强。底膜、内膜、外膜共同形成两个空间。内膜空间作为储气空间储存各种气体，外膜与内膜夹层的空间作为调压空间。当储存的气体增加时内膜曲张，控制设备排出外膜的调压空气腾出一定的容量。当内膜储存的气体较少时控制设备向调压层注入空气，平衡柜内的压强，稳定外膜刚度。（即用一个软体球形作为储气柜，储存的气体容积变少控制设备就自动充空气填补，储存气体增多安全保护器就释放空气以平衡压力。为不让气体混合，储存的气体与空气之间使用内膜隔离开。）9.沼气发展前景---朝阳产业沼气技术即厌氧消化技术，主要用于处理畜禽粪便和高浓度工业有机废水。我国经过几十年的研发应用，在全国兴建了大中型沼气工程2000多座；户用农村沼气池1060万户，数量位居世界第一。不论是厌氧消化工艺技术的积累，还是建造、运行管理等方面的经验，整体水平已进入国际先进行列。沼气发发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广沼气发电是一个系统工程，它包括沼气生产、沼气净化与储存、沼气发电及上网等多项单元技术的优化组合，也涉及到国家对沼气发电的扶持政策和技术法规等。剖析国内已有的沼气发电工程，借鉴发达国家的沼气发电经验，以及国家对可再生能源的政策导向，我国沼气发电产业在未来的若干年后会有突破性进展。