1、,新能源之沼氣,主講人：李紅洲 2015 5 13,目錄 1.沼氣的來源與定義 2.沼氣的成分 3.什么是發(fā)酵？ 4.發(fā)酵的基本工藝流程 5.發(fā)酵的基本條件 6.沼氣的用途 7.沼氣發(fā)電 8.沼氣的存儲 9.沼氣發(fā)展前景-朝陽產(chǎn)業(yè),我們有時會看到，在沼澤地或污水溝，有氣泡冒出來，如果劃著火柴，可把它點燃，這就是自然界天然發(fā)生的沼氣，由于這種氣體最先是在沼澤中發(fā)現(xiàn)的，所以稱為沼氣。人畜糞便、秸稈、污水等各種有機物在密閉的沼氣池內(nèi)，在厭氧（沒有氧氣）條件下可以發(fā)酵而產(chǎn)生沼氣。 沼氣是有機物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性的混合氣體。這就是沼氣的定義。,1.沼氣的來源與定義,2.沼氣的

2、成分,沼氣的氣是多種氣體的混合物。 一般地主要成分是甲烷，50%80%甲烷（CH4）、20%40%二氧化碳（CO2）、0%5%氮氣（N2）、小于1%的氫氣（H2）、小于0.4%的氧氣（O2）與0.1%3%硫化氫（H2S）等氣體組成 。由于沼氣含有少量硫化氫，所以略帶臭味。其特性與天然氣相似?？諝庵腥绾?.620.8%（按體積計）的沼氣時,就會形成爆炸性的混合氣體。,3.什么是發(fā)酵？,發(fā)酵是復雜的生物化學變化，有許多微生物參與。 反應大致分兩個階段： （1）微生物把復雜的有機物質(zhì)中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)降解成簡單的物質(zhì)，如低級脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氫氣和硫化氫等。 （2）由于甲烷菌的作用

3、，使一些簡單的物質(zhì)變成甲烷。,4.發(fā)酵的基本工藝流程,一個完整的大中型沼氣發(fā)酵工程，無論其規(guī)模大小，都包括了如下的工藝流程：原料（廢水）的收集、預處理、沼氣池、出料的后處理和沼氣的凈化與儲存等，如下圖所示：,（其中，預處理指用化學的方法提高秸,稈沼氣轉(zhuǎn)化利用效率的方法，不同預處理劑、預處理時間和預處理溫度對水稻、玉米和小麥等的秸稈厭氧發(fā)酵的影響不同，用不同PH的酸、堿試劑進行工藝優(yōu)化提高秸稈轉(zhuǎn)化為沼氣的效率） 要正常地產(chǎn)生沼氣，必須為微生物創(chuàng)造良好的條件，使它能生存、繁殖。,5.發(fā)酵的基本條件,（1）適宜的發(fā)酵溫度,沼氣池的溫度條件分為： 常溫發(fā)酵（也稱為低溫發(fā)酵）1030，在這個溫度條件下，

4、產(chǎn)氣率可為01503 m3/m3d。 中溫發(fā)酵 3045，在這個溫度條件下，池容產(chǎn)氣率可達1m3 /m3d左右。 高溫發(fā)酵4560，在這個溫度條件下，池容產(chǎn)氣率可達225 m3/m3d左右。沼氣發(fā)酵最經(jīng)濟的溫度條件是35 ，即中溫發(fā)酵。,（2）適宜的發(fā)酵液濃度 發(fā)酵液的濃度范圍是230% 。濃度愈高產(chǎn)氣愈多。發(fā)酵液濃度在20%以上稱為干發(fā)酵。農(nóng)村戶用沼 氣池的發(fā)酵液濃度可根據(jù)原料多少和用氣需要以及季節(jié)變化來調(diào) 整。夏季以溫補料濃度為56%；冬季以料補溫10 12%。 （3）發(fā)酵原料中適宜的碳、氮比例（C：N）,沼氣發(fā)酵微生物對碳素需要量最多，其次是氮素，我們把微生物對碳素和氮素的需 要量的比值

5、，叫做碳氮比，用 C：N來表示。目前一般采用C：N=25：1。,（4）適宜的酸堿度（pH值） 沼氣發(fā)酵適宜的酸堿度pH=6575 。pH值響酶的活性，所以影響發(fā)酵速率。 （5）足夠量的菌種 沼氣發(fā)酵中菌種數(shù)量多少，質(zhì)量好壞直接影響著沼氣的產(chǎn)量和質(zhì)量。一般要求達到發(fā)酵料液總量的1030%，才能保證正常啟動和旺盛產(chǎn)氣。,（6）較低的氧化還原電位（厭氧環(huán)境）,沼氣甲烷菌要求在氧化還原電位大于一330mv的條件下才能生長。這個條件即：嚴格的厭氧環(huán)境。所以，沼氣池要密封。,6.沼氣的用途,沼氣發(fā)沼氣除直接燃燒用于炊事、供暖、照明等外，還可作內(nèi)燃機的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經(jīng)沼氣裝

6、置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可用作肥料和飼料。,7.沼氣發(fā)電,沼氣燃燒發(fā)電是隨著大型沼氣池建設(shè)和沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項沼氣利用技術(shù)，它將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)動機上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能。沼氣發(fā)電具有節(jié)能、安全和環(huán)保的特點，是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。 沼氣發(fā)電在發(fā)達國家已受到廣泛重視和積極推廣。我國沼氣發(fā)電有30多年的歷史，在“十五”期間研制出20600kW純?nèi)颊託獍l(fā)電機組系列產(chǎn)品。但國內(nèi)沼氣發(fā)電研究和應用市場都還處于不完善階段，特別是適用于我國廣大農(nóng)村地區(qū)小型沼氣發(fā)電技術(shù)研究更少，我國農(nóng)村偏遠,地區(qū)還有許多地方 嚴重缺電，如牧區(qū)、

7、海島、偏僻山區(qū)等高壓輸電較為困難，而這些地區(qū)卻有著豐富的生物質(zhì)原料。如果能因地制宜地發(fā)展小型沼氣電站，則可取長補短就地供電。,燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學能， 直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。當源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時，它可以連續(xù)發(fā)電。燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高，潔凈、無污染、噪聲低，既可以集中供電，也適合分散供電。 燃料電池將是21世紀最有競爭力的高效、清潔的發(fā)電方式 ，它有著廣泛的應用前景和巨大的潛在市場。,目前，世界各國已經(jīng)開始將沼氣用作燃料和用于照明。用沼氣代替汽油、柴油，發(fā)動機器的效果也很好。 將它作為農(nóng)村的能源，具有許多優(yōu)點。例如，修建一個平均每人115平方

8、米的發(fā)酵池，就可以基本解決一年四季的燃柴和照明問題；人、畜的糞便以及各種作物秸稈、雜草等，通過發(fā)酵后，既產(chǎn)生了沼氣，還可作為肥料，而且由于腐熟程度高使肥效更高，糞便等沼氣原料經(jīng)過發(fā)酵后，絕大部分寄生蟲卵被殺死，可以改善農(nóng)村衛(wèi)生條件，減少疾病的傳染。,北京德青源生態(tài)園雞糞沼氣發(fā)電工程,山東蓬萊民和牧業(yè)沼氣發(fā)電工程,8.沼氣儲存,膜儲氣柜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 雙膜生物儲氣柜主要由底膜（一體化氣柜除外）、內(nèi)膜、外膜、恒壓控制柜、安全保護器及一些控制設(shè)備和輔助材料組成。 底膜：主要用于基礎(chǔ)密封，以實現(xiàn)傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施無法達到的防腐、防滲透。 內(nèi)膜：與底膜或發(fā)酵罐口相連接，形成一個完全獨立密閉的空間以用于儲存各類適

9、用氣體。,外膜：使內(nèi)膜適用氣體恒壓輸出并對內(nèi)膜起,到保護作用，外膜與內(nèi)膜及底膜的邊緣或發(fā)酵罐口連接。作為氣柜的外殼保護內(nèi)膜，恒定柜內(nèi)壓強。,底膜、內(nèi)膜、外膜共同形成兩個空間。內(nèi)膜空間作為儲氣空間儲存各種氣體，外膜與內(nèi)膜夾層的空間作為調(diào)壓空間。當儲存的氣體增加時內(nèi)膜曲張，控制設(shè)備排出外膜的調(diào)壓空氣騰出一定的容量。當內(nèi)膜儲存的氣體較少時控制設(shè)備向調(diào)壓層注入空氣，平衡柜內(nèi)的壓強，穩(wěn)定外膜剛度。（即用一個軟體球形作為儲氣柜，儲存的氣體容積變少控制設(shè)備就自動充空氣填,補，儲存氣體增多安全保護器就釋放空氣以平衡壓力。為不讓氣體混合，儲存的氣體與空氣之間使用內(nèi)膜隔離開。）,9.沼氣發(fā)展前景-朝陽產(chǎn)業(yè),沼氣技術(shù)即厭氧消化技術(shù)，主要用于處理畜禽糞便和高濃度工業(yè)有機廢水。我國經(jīng)過幾十年的研發(fā)應用，在全國興建了大中型沼氣工程 2000多座；戶用農(nóng)村沼氣池 1060萬戶，數(shù)量位居世界第一。不論是厭氧消化工藝技,術(shù)的積累，還是建造、運行管理等方面的經(jīng)驗，整體水平已進入國際先進行列。沼氣發(fā),發(fā)電在發(fā)達國家已受到廣泛重視