沼气的生产及应用

《新能源技术》课程报告

姓名学号：

学院(系):

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

Production and Applications of Biogas

ABSTRACT：Biogas is a product of decomposing organic matter, such as sewage, animal byproducts, and agricultural, industrial, and municipal solid waste. Biogas is usually 50%-70% methane and 30%-40% carbon dioxide, with traces of gases such as hydrogen, carbon monoxide, and nitrogen. In contrast, natural gas is usually more than 70% methane, with most of the rest being other hydrocarbons (such as propane and butane) and traces of carbon dioxide and other contaminants. To fuel vehicles, biogas must be upgraded to a purity standard and either compressed for onsite dispensing or injected into the gas grid for distribution to dispersed fueling locations. As a big energy consumption country, China's new energy development and utilization of the sustainable development of national economy is very importance.This paper will tell you something about biogas, Anaerobic Digestion, The application of biogas, The application of biogas,methane.

KEYWORDS：Biogas, Anaerobic Digestion, The application of biogas,methane

1 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CO2（约为30%～40%），还含有少量的H2S、O2、H2、CO、N2

以及其他碳氢化合物（C m H n）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）

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

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