沼氣燃燒火炬
青島創(chuàng)新源環(huán)保科技有限公司
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能源短缺和全球氣候變化引起世界各國(guó)的高度重視，人們正在尋求一種在經(jīng)濟(jì)上可行、資源上可持續(xù)、并同時(shí)能夠解決能源和環(huán)境雙重問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展道路。發(fā)展生物質(zhì)能已經(jīng)成為中國(guó)不可避免的選擇。
我國(guó)人口眾多，人均土地占有率少的國(guó)情決定了依靠大規(guī)模種植提供生物質(zhì)能原料的前景很不樂(lè)觀。發(fā)展生物能產(chǎn)業(yè)的原料將來(lái)自于剩余物。2013年，中國(guó)能源消費(fèi)總量達(dá)37.6億噸標(biāo)煤，其中生物質(zhì)能利用占0.53%，占生物質(zhì)能源總量的10%。因此，生物質(zhì)能在我國(guó)能源供應(yīng)體系中只是起到“補(bǔ)充”作用的配角地位（秦世平）。
目前，我國(guó)對(duì)生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用定位為環(huán)保與節(jié)能，目的是減少污染，提供經(jīng)濟(jì)、可行的清潔替代能源，減少化石能源的壓力（肖明松）。
進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)，在沼氣、生物質(zhì)汽化、生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)致密加工成型燃料、以及生物質(zhì)液體燃料等領(lǐng)域，取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。現(xiàn)階段已初步產(chǎn)業(yè)化，但需要進(jìn)一步提升技術(shù)水平以降低成本、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力才能形成有重大貢獻(xiàn)的新興產(chǎn)業(yè)。這些核心技術(shù)目前急需優(yōu)先支持，包括：分布式生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)、低成本低污染生物柴油技術(shù)、生物質(zhì)成型高效燃燒和氣化燃燒技術(shù)、利用沼氣制備生物燃?xì)饧夹g(shù)（主要指車(chē)用燃?xì)猓Ｊ苌镔|(zhì)資源自身特點(diǎn)的限制，分布式電力系統(tǒng)將是生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)獲得較好應(yīng)用。而在我國(guó)生物質(zhì)能源的發(fā)展和應(yīng)用，還沒(méi)有形成市場(chǎng)化的、能夠盈利的利用模式。但是隨著常規(guī)能源價(jià)格的不斷上升，應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，生物質(zhì)能源在今后三五十年里將會(huì)成為最具開(kāi)發(fā)潛力的、能夠進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的替代能源。
隨著國(guó)家《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，《能源行業(yè)加強(qiáng)大氣污染防治工作方案》及《可再生能源發(fā)展"十二五"規(guī)劃》（目標(biāo)中明確指出發(fā)揮生物質(zhì)能產(chǎn)品形式多樣的特點(diǎn)，大力推進(jìn)生物質(zhì)替代燃料工程。綠色能源示范縣建設(shè)。鼓勵(lì)合理開(kāi)發(fā)利用農(nóng)林廢棄生物質(zhì)能資源。）等一系列利好政策的出臺(tái)，生物質(zhì)能源將進(jìn)一步融入化石能源體系，改變當(dāng)前生物質(zhì)發(fā)電一枝獨(dú)秀的現(xiàn)狀，最終形成生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)、成型燃料、生物質(zhì)燃?xì)狻⒁后w燃料多元化發(fā)展的局面。
沼氣行業(yè)前景
中國(guó)的沼氣發(fā)展已有90年的歷史，且具有典型的國(guó)情特色。現(xiàn)階段我國(guó)沼氣以環(huán)境保護(hù)與提供清潔能源為目的，以發(fā)展戶(hù)用沼氣為主，實(shí)現(xiàn)戶(hù)用沼氣與工業(yè)沼氣共同發(fā)展。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，沼氣建設(shè)與城鎮(zhèn)化相結(jié)合，戶(hù)用沼氣將逐漸弱化，工業(yè)沼氣份額逐漸增加；以農(nóng)業(yè)廢棄物為主要發(fā)酵原料轉(zhuǎn)變?yōu)橐圆蛷N垃圾、畜禽糞便、農(nóng)作物廢棄物及消化污泥等有機(jī)廢棄物混合原料。
中國(guó)一直將沼氣發(fā)展作為實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和循環(huán)利用的重要工作。在《生物質(zhì)能“十二五”發(fā)展規(guī)劃》和《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中都明確提出要發(fā)展大力發(fā)展戶(hù)用沼氣和大型沼氣工程，提高沼氣產(chǎn)量。僅在過(guò)去的10年間（2003-2012），中央政府就投入約315億元專(zhuān)項(xiàng)用于沼氣建設(shè)與發(fā)展。環(huán)境的日益惡化，能源的極度匱乏，為以廢棄物厭氧發(fā)酵為手段，以清潔能源生產(chǎn)為目標(biāo)的沼氣工程建設(shè)創(chuàng)造了廣闊的發(fā)展空間。2013年9月，中國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，其中一些很重要的措施就是“以氣代煤、以氣代油”。 2013年10月，中國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布了《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》，要求對(duì)畜禽糞便進(jìn)行資源化清潔處理，厭氧發(fā)酵就是其中最主要的措施之一。同時(shí)《天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃》預(yù)計(jì)“十二五”期間天然氣消費(fèi)量年均增速將達(dá)到25%以上，而“十二五”期間天然氣的產(chǎn)量增幅保持在13%-15%。巨大的市場(chǎng)需求，給非常規(guī)天然氣的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)前景。沼氣作為一種重要的清潔能源，中國(guó)必將會(huì)繼續(xù)并持續(xù)增加對(duì)沼氣發(fā)展的投入和支持。
沼氣用途廣泛，可作為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民和居民的生活用能，用于炊事、照明甚至取暖；在國(guó)家分布式發(fā)電政策的鼓勵(lì)下，可以用來(lái)發(fā)電；也可通過(guò)提純和壓縮后替代部分汽車(chē)燃料；對(duì)于城鎮(zhèn)化較快的地區(qū)，作為天然氣管網(wǎng)的補(bǔ)充。
目前單純生物質(zhì)發(fā)電受到一定限制，現(xiàn)有生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目盡可能實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)
產(chǎn)，熱電聯(lián)產(chǎn)用于與民生有關(guān)的領(lǐng)域（采暖、燃?xì)夤?yīng)）將獲得政府更多的支持（秦世平）。同時(shí)，中國(guó)近期將研究新政策，把對(duì)沼氣工程建設(shè)的補(bǔ)貼轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓌?dòng)和鼓勵(lì)終端市場(chǎng)用戶(hù)的沼氣用氣補(bǔ)貼政策，切實(shí)保障沼氣工程持續(xù)有效的運(yùn)行。
沼氣技術(shù)動(dòng)態(tài)
1、優(yōu)化沼氣工藝，提高工程產(chǎn)氣率（Germany）
①底物預(yù)處理
通過(guò)預(yù)處理改變有機(jī)物廢棄物的物理結(jié)構(gòu)或預(yù)先降解成簡(jiǎn)單的組分，以利于厭氧消化，提高發(fā)酵底物的產(chǎn)氣率。
②優(yōu)化底物組成
不同的底物，可生化降解性不同，發(fā)酵過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)需求與調(diào)控也不同，因此優(yōu)化底物組成可提高沼氣產(chǎn)量。
③增加有機(jī)負(fù)荷
在厭氧發(fā)酵過(guò)程中，有機(jī)負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著決定作用。有機(jī)負(fù)荷過(guò)低，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)酵體系處理效率大幅下降；有機(jī)負(fù)荷過(guò)大，容易發(fā)生酸積累，發(fā)酵過(guò)程受抑制導(dǎo)致產(chǎn)氣率下降。
④提高熱利用率
針對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目
⑤沼氣工程擴(kuò)建
基于電力需求的增加或功能改變的擴(kuò)改（由熱電聯(lián)產(chǎn)到沼氣提純進(jìn)入城市天然氣管網(wǎng)或汽車(chē)燃?xì)猓?/span>
2、干式發(fā)酵
干式發(fā)酵指在底物為固態(tài)(雖然含水豐富，但沒(méi)有或幾乎沒(méi)有自由流動(dòng)水)的條件下進(jìn)行的沼氣發(fā)酵過(guò)程。干式發(fā)酵又可分連續(xù)干式發(fā)酵（TS<20-30%）和間歇式干式發(fā)酵（TS<30-40%）。 .
與濕式發(fā)酵相比，反應(yīng)器體積顯著減小、可大幅減少設(shè)施建設(shè)投資和場(chǎng)地面積；有機(jī)負(fù)荷高、生產(chǎn)效率顯著提高；沒(méi)有沼液排放、不產(chǎn)生二次污染；進(jìn)料和出料含水率低、呈固態(tài)，便于貯存、運(yùn)輸和后續(xù)處理，節(jié)約運(yùn)輸費(fèi)用和降低成本。
沼氣干發(fā)酵由于其發(fā)酵原料的干物質(zhì)濃度高而導(dǎo)致的進(jìn)出料難、傳熱傳質(zhì)不均勻、酸中毒等問(wèn)題，是沼氣干發(fā)酵的技術(shù)難點(diǎn)。同時(shí)現(xiàn)有厭氧消化反應(yīng)器都不能直接用于固態(tài)物料的干法厭氧發(fā)酵。因此，需要研究和開(kāi)發(fā)新的干法厭氧發(fā)酵反應(yīng)器及其配套設(shè)備。國(guó)外已有相對(duì)成熟的沼氣干法厭氧發(fā)酵技術(shù)和成功的應(yīng)用案例。而我國(guó)對(duì)于沼氣干法厭氧發(fā)酵技術(shù)還處于試驗(yàn)研究階段。
3、混合發(fā)酵
混合發(fā)酵即同時(shí)厭氧發(fā)酵處理兩種或多種不同底物。混合發(fā)酵可以改善發(fā)酵系統(tǒng)性能（平衡發(fā)酵系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)狀況、優(yōu)化發(fā)酵系統(tǒng)的流變學(xué)特性、稀釋可能產(chǎn)生的某些危害發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定性的毒害因素），顯著提高系統(tǒng)產(chǎn)氣率及穩(wěn)定性。目前國(guó)際上一般采用畜禽糞污與其它有機(jī)廢棄物混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣的方式，如能源植物、餐廚垃圾、城市污泥、城市有機(jī)垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物、發(fā)酵行業(yè)廢棄物等等。
4、沼氣提純精制技術(shù)
沼氣的凈化提純精制技術(shù)對(duì)沼氣的深層次、高附加值利用至關(guān)重要。經(jīng)過(guò)去除CO2，提純的沼氣可提高其成分中甲烷的相對(duì)含量，增加其熱值，并將其作為天然氣的直接替代物，并入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，或用于以車(chē)用燃?xì)鉃槿剂系慕煌ㄟ\(yùn)輸設(shè)備中，現(xiàn)已成為國(guó)外沼氣行業(yè)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的新方向。
目前商業(yè)用的沼氣提純精制技術(shù)主要為低溫深冷分離法（幾乎不再使用）、水洗法、胺醇法,PSA及膜分離法等。
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