厌氧发酵技术与沼气工艺分析-彭瀚辉

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发展沼气等可再生能源，是保护环境、应对气候变化的重要措施
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发展沼气等可再生能源，是建设社会主义新农村的重要措施
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发展沼气等可再生能源，可调整产业结构，促进经济增长方式转变， 推进经济和社会的可持续发展
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2009年我国天然气消费量为875亿立方米，预计未来十年将以9%的速度 增加，到2020年天然气需求量将突破2000亿立方米。必须寻求可持续的 替代能源
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沼气燃烧发电是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。沼气发电具有创效、节能、安全和 环保等特点，是一种分布广泛且价廉的分布式能源
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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
畜禽粪便
我国2008年天然气消费总量 807亿m³
90亿m³ /年
60亿m³ /年
750亿m³ /年
注释：沼气中甲烷的体积比率为60%左右，天然气中甲烷的体积比率在95%以上
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沼气等可再生能来自百度文库的发展主要受以下几个因素的驱动
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发展沼气等可再生能源，可增加能源供应，改善能源结构，保障国家的 能源安全
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小规模污水厂沼气产量有限，发电量小，上网不稳定
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厌氧发酵处理畜禽粪便
在利用厌氧发酵技术处理畜禽粪便方面，我国发展较快。据国家规划， 2010年 底，全国规模化养殖场大中型沼气工程总数达到4700处左右，占现有大中型畜 禽养殖场总数的39%左右
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《全国农村沼气工程建设规划（2011－2015年）》指出：大力发展养 殖场畜禽粪便沼气利用工程
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我国目前城市生活垃圾处理仍然采用填埋为主的处理方式，近年来焚烧技 术得到迅速发展，堆肥由于肥料出路问题比例很小。采用厌氧消化技术处 理有机垃圾在国内正处于起步阶段，其中百玛士环保科技有限公司，从欧 洲引进全套厌氧消化处理技术，目前在国内处于领先地位
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厌氧发酵处理市政污泥
据统计，目前中国仅50座污水处理厂采用了污泥厌氧消化工艺，不到全国城 市污水处理厂的3%
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沼气利用的技术工艺就是通过厌氧发酵装置产生沼气，经过沼气提纯净 化后进行沼气的再利用
原料预处理
厌氧发酵
沼气提纯净 化 新生成的沼气 不宜直接作燃 料，还需进行 气水分离、脱 硫等净化处理， 其中沼气的脱 硫是其主要问 题
沼气储存及 输送 由于沼气产用 速率之间的不 平衡，所以必 须设置储气柜 进行调节； 沼气输送装置 储气柜输送到 沼气用户的输
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厌氧发酵的优点是有机质经发酵产生了沼气能源，残余物还可作 肥料
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目前厌氧发酵已应用于多个有机废物处理领域
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城市垃圾 市政污泥
畜禽粪便
农作物秸秆
„„
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厌氧发酵处理城市垃圾
利用厌氧消化处理城市生活垃圾，在欧洲等发达国家发展较快，而我 国目前还处于起步阶段
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在过去的5－10年时间里，欧洲城市生活垃圾的厌氧发酵市场正在以几何 级数的增长。据统计1999年，欧盟有53个厌氧消化工厂年处理100万吨混 合或分类的有机生活垃圾。到2005年，约有74个工厂在欧洲运行，用于 处理分类的有机生活垃圾或混装垃圾。2006年商业运行的或正在建设的 工厂数量达到124，垃圾处理量达到400万吨/年
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支持4
沼气经提纯后并入天然气管网在我国刚刚起步，而在欧洲等发电国家发展较 快，例如德国2009年有30家沼气工厂提纯1.8亿m3生物甲烷进入天然气管网
德国沼气利用情况
目前德国沼气利用方式已逐渐由发电向提纯制 车用燃气和天然气并网转变，2008年有13家沼 气工厂提纯4200万m3生物甲烷进入天然气管网， 2009年有30家沼气工厂提纯1.8亿m3生物甲烷
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沼气是多种气体的混合物，其主要成分是甲烷。沼气由50%～ 80%甲烷、20%～40%二氧化碳、0%～5%氮气、小于1%的氢 气、小于0.4%的氧气与0.1%～3%硫化氢等气体组成 。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
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厌氧发酵技术的发展前景取决于沼气利用的市场前景
• 沼气利用的市场前景
厂。主要原料是市政污泥、有机垃圾和农业 废弃物。全国有98个生物燃气加气站， 13407辆轿车、369辆重型车和760辆巴士使
用生物燃气，同时瑞典还拥有世界上第一辆
沼气火车。到2020年半数天然气将由生物燃 气代替
瑞士：是将生物燃气用于车用燃气最早的国
家，瑞士首都伯尔尼已有15000多辆公交大 巴和出租车以生物燃气为动力的新能源汽车， 沼气原料主要是市政污泥和有机垃圾
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发展沼气等可再生能源，是保护环境、应对气候变化的重要 措施
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目前，我国环境污染问题突出，生态系统脆弱，大量开采和使用化石 能源对环境影响很大，特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高，二 氧化碳排放增长较快，对气候变化影响较大
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CH4温室效应是CO2的21倍，全球温室效应20%来自CH4 ，60%来自 CO2。例如一座日产10000m3沼气的工程每年可减排45000吨CO2。 因此开发利用沼气等可再生能源对保护环境、减排温室气体、应对气 候变化具有十分重要的作用
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在美国和欧盟等国家，厌氧消化在污泥处理处置中所占的比例较高。美 国16000座污水处理厂，年产污泥3500万吨，650座集中厌氧消化设施 ，处理了58%的污泥；欧盟国家50000座污水处理厂，年产污泥4000万 吨，50%以上的污泥进行了厌氧消化
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“十一五”期间，我国就已经提出要把厌氧消化作为污泥处理的重要工 艺技术，并希望能够得到广泛推广，但2015年统计显示，全国目前 2600多座污泥处理厂，约有60座采用了厌氧消化工艺，但正在运行的 仅有10-30座，如大连东泰夏家河污泥处理厂、青岛市麦岛污水处理厂 污泥处理处置工程等，不到全国城市污水处理厂的2.3%
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城市垃圾
畜禽粪便
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我国可利用的生物质能潜力巨大
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2015年全国主要农作物秸秆理论资源量为10.4亿吨，可收集资源量为 9.0亿吨，利用量为7.2亿吨，秸秆综合利用率为80.1%。从“五料化” 利用途径看，秸秆肥料化利用量为3.9亿吨，占可收集资源量的43.2% ；秸秆饲料化利用量1.7亿吨，占可收集资源量的18.8%；秸秆基料化 利用量0.4亿吨，占可收集资源量的4.0%；秸秆燃料化利用量1.0亿吨 ，占可收集资源量的11.4%；秸秆原料化利用量0.2亿吨，占可收集资 源量的2.7%。 2015年我国生活垃圾产量达1.79亿吨，其中可作为能源原料的有机垃 圾占一半以上
厌氧发酵技术与沼气工艺分析
导 学 专 师： 方俊 教授
报告人： 彭瀚辉
号： B20160070 业： 生物技术与工程
目
录
一、厌氧发酵技术应用现状 二、沼气利用方式及市场前景分析 三、沼气利用的技术工艺
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厌氧发酵（厌氧消化）
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厌氧发酵（厌氧消化）是有机物质在厌氧条件下，被厌氧菌分解 产生甲烷和二氧化碳的过程
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2010年底，全国规模化养殖场大中型沼气工程总数达到4700处左右， 占现有大中型畜禽养殖场总数的39%左右。按照《全国农村沼气工程建 设规划》提出的到2015年西北地区农村沼气普及率达到50%的目标要 求
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厌氧发酵技术发展前景与沼气利用的关系
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沼气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 一种可燃气体
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目录
一、厌氧发酵技术应用现状 二、沼气利用方式及市场前景分析
三、沼气利用的技术工艺
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与天然气相比，沼气纯度较低。因此，无论采用那种沼气利用方式，都 需要对沼气进行净化提纯
沼气成分及特点
• 沼气是有机物质在厌氧条件下 ，经过微生物的发酵作用而生 成的一种可燃气体 • 沼气是多种气体的混合物，其 主要成分是甲烷。沼气由50% ～80%甲烷、20%～40%二氧 化碳、0%～5%氮气、小于1% 的氢气、小于0.4%的氧气与 0.1%～3%硫化氢等气体组成 。由于沼气含有少量硫化氢， 所以略带臭味
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2000年底，农村户用沼气池达到848万户，2006年底已达到2200万户， 2007年底为2650万户，2008年底为2800万户，2009年底为3500万户， 2010年底已经超过4000万户，可以看出，户用沼气池数量一直呈现递 增的发展趋势，并以平均每年约17%的速度增长。
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支持2
国内沼气发电研究和应用市场都还处于不完善阶段，而在发达国家已受到广泛 重视和积极推广。包括沼气在内的生物质能发电并网在西欧一些国家占能源总 量的10%左右
进入天然气管网
德国梅克伦堡州居斯特罗市2009年建成全球最 大的以玉米秸秆为原料的沼气工程，日产25万 m3沼气，纯化至符合天然气标准，供应50000 个家庭生物燃气和车用燃气
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农林资源、有机废水、城市垃圾和畜禽粪便等均可作为生物质能的原料
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林业资源
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农业资源 生物质能原料
生活污水和工业有机废水 3
第6页
我国污泥中有机质含量低等原因制约了污泥厌氧消化工艺的大规模应 用
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我国污泥中有机质含量较低。专家对我国7个污水处理厂污泥消化工艺 的调研结果表明，污泥中有机质含量为45%~72%（干基），平均50% （干基）。而国外一些国家的污泥中有机物含量可达75%~85%
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我国污泥含砂量非常大。由于我国合流制排水体制的影响，有些污水厂 砂子沉积非常严重 ，清沙工作量大
预计2010-2020年中国天然气消费量，[亿立方米]
807
875
954
1040 1133
1467 1600 1346 1235
1743
1900
2071
2258
2008 2009 2010E 2011E 2012E 2013E 2014E 2015E 2016E 2017E 2018E 2019E 2020E
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2015年我国畜禽粪便总量已达45亿吨，而规模化养殖废弃物约有60% 以上没有经过无害化处理
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据测算，我国每年可利用的沼气资源潜力为1500亿立方米，沼气工程 潜力巨大
可利用沼气资源潜力总量
1500亿m³ /年
相当于
天然气 900亿m³
作物秸秆 600亿m³ / 年 大于
有机垃圾
农产品加工残余物
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沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广。生物质能发电并网 在西欧一些国家占能源总量的10%左右
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支持3
瑞典和瑞士等欧洲国家是将沼气利用为车用燃气较好的国家，而我国还 刚刚起步
欧洲典型国家评述 瑞典：是沼气提纯用于车用燃气最好的国家， 沼气年总产量折合1.3亿立方米天然气当量，
占燃气消费总量的13%。全国有223家沼气工
• 厌氧发酵技术的发展 前景
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目录
一、厌氧发酵技术应用现状 二、沼气利用方式及市场前景分析
三、沼气利用的技术工艺
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沼气利用主要有四种方式：农村生活燃料、沼气发电、车用燃气及并入 城市燃气管网
1 农村生活燃料
2 并入城市燃气管网 沼气主要利用方式 沼气发电
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车用燃气
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第12页
支持1
国家大力发展农村沼气，按《全国农村沼气工程建设规划（2006－2010年）》 规划，到2010年底，全国户用沼气总数达到4000万户左右，约占适宜农户的 30%左右
沼气利用
原料一般通过 分选、 固液 分离等进行预 处理，但不同 的原料其预处 理的方式会略 有不同
有机物在厌氧 发酵条件下产 生沼气，需要 有厌氧发酵装 置
作为农村生活 燃料、沼气发 电、并入燃气 管网等
气管路和相关
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沼气作为能源利用已有很长的历史。我国的沼气最初主要为农村户用 沼气池，20世纪70年代初，为解决的秸秆焚烧和燃料供应．不足的问 题，我国政府在农村推广沼气事业，沼气池产生的沼气用于农村家庭 的炊事来逐渐发展到照明和取暖
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党的十六届五中全会明确提出“大力普及农村沼气，发展适合农村特 点的清洁能源”。为加快发展农村沼气，推进社会主义新农村建设， 编制了《全国农村沼气工程建设规划（2006－2010年）》
天然气成分及特点
• 是指天然蕴藏于地层中的烃类 和非烃类气体的混合物，主要 存在于油田和天然气田，也有 少量出于煤层
• 天然气是一种多组分的混合气 体，主要成分是烷烃，其中甲 烷占95%以上，另有少量的乙 烷、丙烷和丁烷，此外一般还 含有硫化氢、二氧化碳、氮和 水气，以及微量的惰性气体， 如氦和氩等