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沼气提纯有前景,沼气利用价值大

2020-2-8 17:20:23      点击:

沼气,化学名;甲烷,顾名思义就是沼泽里的气体。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。沼气,是各种有机物质,在隔绝空气(还原条件),并在适宜的温度、PH值下,经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源,并且是可再生能源。


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。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,即被种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。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。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外,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。


沼气的主要成分是甲烷。沼气由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。


沼气的主要成分甲烷是一种理想的气体燃料,它无色无味,与适量空气混合后即对燃烧。每立方米纯甲烷的发热值为 34000千焦,每立方米沼气的发热量约为20800-23600千焦。即1立方米沼气完全燃烧后,能产生相当于0.7千克无烟煤提供的热量。与其它燃气相比,其抗爆性能较好,是一种很好的清洁燃料。


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。目前,户用沼气在我国农村仍在广泛使用。我国的大中型沼气工程始于1936年,此后,大中型废水、养殖业污水、村镇生物质废弃物、城市垃圾沼气的建立拓宽了沼气的生产和使用范围。随着我国经济发展人民生活水平的提高,工业、农业、养殖业的发展,大废弃物发酵沼气工程仍将是我国可再生能源利用和环护的切实有效的方法。


沼气发电技术


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。


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。


沼气燃料电池技术


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。依据 电解质的不同,燃料电池分为碱性燃料电池(AFC)等。


燃料电池不受卡诺循环限制,能量转换效率高,洁净、无污染、噪声低,模块结构、积木性强、比功率高,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 ,它将在洁净煤燃料电站 、电动汽车、移动 电源、不间断电源、潜艇及空间电源等方面 ,有着广泛的应用前景和巨大的潜在市场。


沼气燃料电池是最新出现的一种清洁、高效、低噪音的 电装置 ,与沼气发电机发电相比,不仅出电效率和能量利用率高,而且振动和噪音小,排出的氮氧化物和硫化物浓度低 ,因此是很有发展前途的沼气利用工艺,将沼气用于燃料 电池发电,是有效利用沼气 资源的一条重要途。我国的燃料电池研究始于1958年。但是 ,由于多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少,就燃料电池技术的总体水平来看,与发达国家尚有较大差距。燃料电池的出现与发展,将会给便 携式电子设备带来一场深刻 的革命,并且还会波及到汽车业、住宅以及社会各方面的集中供电系统。


近年来,我国风电、太阳能发电等新能源产业蓬勃发展,曾被普遍看好的沼气应用却遇冷。“十一五”末,我国沼气年利用量规划目标是190亿立方米,实际仅完成130亿立方米。沼气发展如何才能朝气蓬勃,迎来发展的暖春?记者近日做了一番调研。


  原料少,后期维护难


  部分农村户用沼气成了摆设


  内蒙古赤峰市红山区桥北镇六大份村,农民周学武家的猪圈、沼气、厕所三位一体大棚已建成好几年,猪圈里却堆满了杂物,空空的沼气池里只有很少积水。


  对沼气户来说,要想正常用气,就得长期养畜。为了维持沼气池正常产气,一个8立方米的沼气池要养3至5头猪才能保证粪源供应。“现在农民最多养1头猪,作为年猪自食。”周学武说,“生猪价格忽高忽低,大多数农民都不愿养猪了。”


  自2006年以来,村里在住宅和大棚里建了219座沼气池,但全村的养猪户不到1%,养牛、羊、驴的农户少,没有粪源何来沼气?现在,沼气池、灶具都成了摆设,只有改建过的厕所还能用上。


  随着近年来我国养殖业结构调整,个体散养户日益减少,规模养殖渐成趋势,户用沼气原料不足尤为明显。农业部调查显示,这给全国30%至40%的户用沼气带来了不同程度的原料短缺问题。


  沼气是“三分建池七分管”,管理尤为重要。


  现在,乡村沼气服务网点少,沼渣、沼液清理不易,沼气设施维修也有一定门槛,农户很难靠自己解决。近年农村外出打工人员明显增加,常住人口减少,也是造成沼气池闲置的原因之一。此外,沼气使用还受到季节性因素的影响。冬季温度低,沼气生气量减少,农户对沼气使用需求却上升,这成为制约沼气使用的一大瓶颈。


  内蒙古自治区发改委曾对8个沼气建设重点盟市的23个旗县做过深入调研,结果显示,户用沼气利用率不是很高,全区正常使用6个月以上的仅为67.6%。


  中国科学院农业政策研究中心根据地区的代表性和沼气分布,选取吉林、河北、安徽、四川、云南五个省进行调查,结果表明,农户沼气池使用效率为64.8%,其中安徽省沼气池使用效率仅为12.9%。


  成本高,并网难


  一些养殖企业不看好沼气发电


  沼气发电情况如何?


  在北京市新能源和可再生能源示范区—延庆县的松山脚下,几个墨绿色的大罐子煞是显眼,一排排整齐的规模化鸡舍伴着隆隆的发电机声,这里是北京德青源农业科技股份有限公司的“鸡粪发电厂”。2009年5月,当时全国最大的沼气发电厂—德青源沼气发电厂正式并网发电。


  德青源北京生态园是目前亚洲单场存栏最大的优质鸡蛋生产基地,整个生态园每天产生鸡粪210余吨,排出生产生活污水270余吨。为解决这些问题,德青源采用世界一流生物发酵技术和燃气发电技术,将所有鸡粪和污水收集起来,生产沼气用于发电。


  这个沼气发电工程每年向电网提供1400万度的绿色电力,同时减少8万多吨的温室气体排放,还可为当地农民提供优质有机肥18万吨。


  然而,成本的问题,也困扰着这个沼气发电厂。目前的上网电价为每度电0.345元,国家可再生能源补贴电价为每度电最低0.25元,即每度电大约能卖0.595元。每年发电加上卖热和有机肥料的总收入为1312万元,收支相抵后,一年亏损83万元,很难保障项目长期稳定运营。


  成本还不是制约沼气发电的唯一因素。“沼气发电上网非常困难,最主要的原因是每个沼气发电项目的发电量非常少,会为电网企业带来非常高的管理成本,所以电网企业对此并不积极,为了这个项目上网我们争取了两年。”德青源市场总监张煊表示。


  农业部农业生态与资源保护总站李景明处长告诉记者,“沼气发电上网困难,能够真正做到沼气发电上网的企业少之又少。”


  记者了解到,截至目前,在河北、浙江、安徽、山东、北京和内蒙古,只有个别大型企业实现了沼气发电并网。成本高、并网难,让国内众多的养殖企业望而却步,沼气规模化利用仍是个难题。


  沼气提纯,进村入户


  生物天然气应用效果好


  传统户用沼气维护麻烦闲置多,新兴沼气发电成本过高推广难。沼气难道就没用了吗?


  傍晚时分,记者来到延庆县张山营镇前庙村农户韩书琴家,不见一缕炊烟,锅里的土豆炖豆角腾腾地冒着热气。这饭是用什么做的?韩大娘笑眯眯地说,这可是地道的清洁能源—生物天然气,用着很方便!


  从2013年5月份开始,前庙村200户村民用上了天然气。下芦凤营村正在等待接气入户,中羊坊村等4个村的工程也在建设。


  “沼气中甲烷的含量只有60%左右,我们经过提纯,可使甲烷含量达到97%以上,也就是城市天然气的标准。”德青源子公司—合力清源公司技术部副经理李洪燕介绍。


  自2010年开始,由德青源公司作为技术支撑单位,采用秸秆与沼液混合发酵的方式,延庆县成功建设了中国首个“万户生物天然气”工程,将沼气制成高纯度甲烷,经过压缩以后,通过天然气槽车运送到各村。每村建设一个储气站,由储气站铺设地下管线将燃气送到农户家中。按照规划,不远的将来,延庆县张山营镇、康庄镇超过万家农户,有望在家拧开阀门就能用上生物天然气。


  德青源副总裁、北京合力清源科技股份有限公司总经理潘文智给记者算了一笔账:用1立方米沼气能发两度电,收益是0.69元;1立方米沼气能制成0.6立方米生物天然气,收益大于1.8 元。也就是说,同样的沼气用来制成生物天然气,要比发电收益高1.6倍。


  据测算,德青源日产沼气1.26 万立方米,可提纯甲烷气7650立方米,可以满足12000多农户使用。生产中一天需要秸秆45吨,一年1.6万吨左右。周围数万亩玉米的秸秆有了去处,还能为农民增加一笔收入。同时,运营和维护沼气进村工程,也为村民提供了更多的就业岗位。


  延庆县种植业服务中心主任田全升认为,发展生物天然气产业不但可以消纳养殖业和农田废弃物,实现农业循环生产,还能替代燃煤,减少大气污染,希望能把这个经验推广开来,让更多的废弃物变清洁能源,保护北京的碧水蓝天。


  中国农业大学生物质工程中心博士生导师、教授程序指出,长期以来,国内大型养殖场配套的沼气工程,面临只有环保和社会效益而经济效益很少的困境,国家能源主管部门和沼气主管部门将沼气定位为“农村能源”,对示范性沼气工程的补贴往往是补工程建设而不是沼气产出,因而“重建轻管”现象普遍,补贴的实际效果较差。


        生物天然气的一大优势,是可以完全替代车用汽油、柴油,乃至替代车用化石天然气;并能充分利用现成的天然气储、运、加气的基础设施,从而大幅节省开发应用的投资,市场前景广阔。“中国沼气行业摆脱困境的出路在于摆脱农村能源的束缚,发展高品位能源商品、市场化运作的生物天然气产业。”程序强调。


  “我们希望国家有关部门能参考风能、太阳能等新能源产业发展扶持政策,对生物天然气运营企业进行气价补贴,并予以相应的税收减免,推进传统的沼气工程转型和技术升级,促进生物天然气这一新兴产业的发展。”潘文智说。


现如今,农村的家家户户基本很少能看到养猪,养鸡的人家了。首先是养猪不赚钱,在一点就是就算养也不可能大规模的养。没有动物留下的粪便,就没有沼气的原料。就算是可以搞到牛粪的话,一来一回出车拉粪的钱也是够不上成本预算的。再就是,沼气有一个特点就是不稳定。要知道沼气充分燃烧的需要的最理想状态是:甲烷占60%—70%,二氧化碳30%—40%。但是现实情况却是与理想相悖的,正式运行的沼气池情况远不能达到理想条件,往往是二氧化碳体积占比很大,甚至比甲烷还大,这样导致的后果就是很难点燃,或者出气不稳定。和传统的煤炭、木材等燃料相对比的话,它的缺陷就很明显了。如果家里来了很多客人,但是炒菜炒着炒着就没火了,还要等四五个小时才能用,真的很耽误事情。还有就是沼气不卫生,不安全。原料少了很累心,但是如果原料多了的话会更闹心。如果原料填多了的话,不及时使用,不巧有碰到高温天气的话。那么,池子里的沼气会越聚越多,越聚越多,当达到上线的话就会从池头部和尾部溢出来原料。会弄得到处都是,不干净,不卫生。在就是,如果我们碰巧不在家中,池子的体积是有限的,能够承受的压力也是有限的,出门久了,很有可能沼气池内压力爆表,直接导致沼气池爆炸,后果真的不堪设想。虽然说沼气池最后的废料可以作为化肥施肥,但是,由于沼气池特殊的构造来看,这是一项需要很多人力物力财力来完成的事情。并不是每个人都能够随便的清理废料,需要花钱雇请专人来帮忙定时清理。是一件很费时间,很费精力的事。


由于沼气提纯技术问题,沼气提纯需要消耗大量的化学品参与到提纯工序中,因此提纯的成本非常之高,原有的污水处理厂的沼气并入天燃气官网的举措,也因为纯度不够等各种因数被纷纷叫停。因此沼气的应用还在于提纯技术的以及设备的研发,要能做到高效又节约成本。


因此沼气要应用起来还是需要技术支持,以及投入大量资金进行设备的研发,能有效解决沼气的提纯问题,以及后续废料的处理问题,才能真正产生有效的经济价值。这是一个漫长的过程,希望国家以及农业部能多方政策推进沼气领域的研发应用。


充分利用环保资源,节约石化能源的消耗。


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