欧洲沼气工程技术
世界最新干法(固体)沼气发酵技术简介
世界最新干法（固体）沼气发酵技术简介传统的沼气发酵均采用湿法技术，由于湿法技术发酵耗能高、处理干物质的成本高等一系列缺点，限制了其适应的范围和地域。
由于连续性干法沼气发酵工艺太复杂、成本过高，因此未能得到推广。
从90年代起，德国大量资助了新型的间歇式干法沼气发酵技术的研发。
90年代末，德国间歇式干法沼气工艺和装备通过了中试，2002年，生产出工业级装备并投入实际运行。
新型的间歇式干法沼气发酵技术比起传统的湿法技术有下述优点：1）自身耗能低，冬季仅耗用自身产生的能量10-15%。
而湿法要耗用30%左右的能量，在北方寒冷地区冬季甚至会达到45%，因而大大限制了沼气技术在北方寒冷地区的推广。
2）可以直接处理农作物秸秆和城市垃圾等固体可发酵有机物，大大节省了预处理成本。
3）由于没有搅拌器和管道，发酵不受干扰物质如塑料、木块、沙石等的影响，因而不需花费人力和设备将其在发酵前检出。
4）在发酵罐/室中没有搅拌器等运动部件，因此系统的可靠性很高。
5）沼气质量高（含硫量远远低于湿法沼气，只有50-300ppm，可以不经洗气直接供沼气发动机使用），发酵物出气率高。
6）发酵室为地面车库型不透气混凝土结构，底部管道暖气供热，因而土建费用很低。
7）发酵室为模块化结构，易扩展。
8）建设和运营成本随规模增长很慢，占地省，适于建设年处理可发酵垃圾一万吨以上、年产沼气100万立方米以上的大型沼气工程。
9）进料出料可使用通用的装载机等工程机械，设备效率高，通用性强。
10）因为发酵剩余物无湿法发酵的沼液，所以不用脱水处理，发酵剩余物经简单的过筛和短时间的堆肥即可用作园林肥料或农作物肥料，因而存储和后处理费用低，价值高。
11）耗水量比起湿法大大降低，几乎没有污水排放，大大节省了水费和污水处理费。
12）由于上述的原因，因而新型的间歇式干法沼气发酵工艺的初期投资、运营成本和环境成本都远远低于湿法技术。
间歇式干法沼气发酵技术与湿法沼气技术相比，有两个关键的技术问题需要解决：1）发酵初期与发酵结束时发酵室沼气浓度与空气浓度达到临界点15:85时的防爆安全，需要高度安全可靠的自动控制系统。
德国智康环境科技_沼气技术详细介绍
Fermentative Bakterien
发酵性细菌
Acetogene Bakterien
产乙酸菌
Methanogene Bakterien
食乙酸产甲烷菌
5
无氧条件下可降解性
®
Abbau- 降解性 barkeit
绝对 不行 很差
Substratart (Beispiele) 物料种类
木 质 素
Keine
• 粉碎
• 混合匀质化
滚筛
• 卫生消毒处理
这些机械的设计取决于处理的数量
多轴破碎机
发酵罐
发酵罐是在密闭的状态下工作的，它是沼气厂的核心。每天都有发酵原料被 泵送到发酵罐 (发酵罐进料)。为使气体的生产量提高，控制定量的进料 就十分重要。 这样沼气产生的4个阶段就能建立一个平衡。 发酵罐必需是有气密性和液密性。除此外，还要考虑到实验样品采样和清除 罐底沉积。
- 与微型的天然气网进行并网 - 处理及净化后进入天然气管网
* 使用的条件类似于原地使用
热电联产
热电联产发动机
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能源使用
®
沼气的经验值 甲烷: ~10 kWh/m³ 甲烷含量为60%的沼气:~6 kWh/m³ 热电联产发电机的效率 Ƞ电效率:~40% Ƞ热效率:~43% Ø 热电联产发电机的全年标准工作运作时间 ~8000 Bh/a
© GICON
智康工艺 – 干式发酵法
®
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两段, 两级, 间歇式干式发酵法 – 智康工艺示意图
渗滤器带排水 用工艺水进行喷淋 物料堆积
换热器
自来水
多余的水
沼气 甲烷反应器 填充料
WT 联合贮存罐
渗滤液 工艺水
渗滤液导流
国外沼气生物燃气的利用现状及技术发展
国外沼气生物燃气的利用现状及技术发展大型工业化沼气工程的发展拓展了沼气的应用领域，沼气的用途将包括大规模集中供气（城镇管道生物燃气）、燃气发电（热电联产）、车用燃气和沼气燃料电池等高附加值产品等，未来的沼气将成为以各种生物质为原料、通过大型自动化的现代工业发酵过程生产的、可以用于部分取代石油和天然气的一种能源产品——生物燃气。
据世界银行统计数据显示：截止2007年年底，欧洲沼气产量达到590万吨油当量（相当于70亿Nm3天燃气）。
其中德国为191万吨油当量/年，英国为170万吨油当量/年。
在欧美，市政污水处理厂、农场、固体废弃物处理沼气工程主要以热电联产（CHP）形式利用，余热用于厌氧消化加温。
也有一部分用作汽车燃料或注入城市燃气管道替代天然气。
近几年车用燃气发展迅速，多个发达国家已经投入实际应用，瑞典、瑞士、法国、冰岛都有将沼气作为车用燃气的实例。
以下就部分国家沼气利用现状作简要介绍。
一、德国据统计：1992年德国沼气发电工程的数量为139家，2003年底迅速发展到3000家。
2004年德国国会对《可再生能源优先法》进行了修订，使小型农场沼气发电上网更有吸引力。
到2006年，沼气工程的数量已达到3500座。
截止到2008年已建成4000余座沼气工程（占整个欧洲沼气工程数量的80%），总装机容量为1400MW，年发电量为89亿度，占整个德国发电量的1.5%。
沼气发电的装机总量由1999年的50兆瓦猛增到2008年的1300兆瓦，其中热电联产的占绝大部分。
德国沼气协会估计,到2020年,沼气发电总装机将达到9500MW，年发电量达到760亿度，约占整个德国发电量的17%。
2006年，德国在与波兰接壤的东部小镇Penkun建设了世界上最大的沼气发电项目，该项目安装了40台奥地利GE Jenbach公司生产的JMS 312型沼气发电机，每台500kW，装机容量达到20MW。
2006年6月，德国Wusthof沼气有限公司在德国北部Jameln建立的第一个公共沼气加气站开张营业。
《沼气工程技术》复习提纲
第一讲1、沼气的产生沼气是多种有机质在一定温度、湿度、酸碱度及厌氧条件下，经微生物分解代谢所产生的一种可燃性混合气体。
沼气的产生过程称为沼气发酵，国际上统称厌氧消化。
地球上每年由光合作用生成4×1011吨有机物，其中约5%以不同形式在厌氧条件下被微生物分解生成沼气。
2、沼气工程的概念①最初是指以粪便、秸秆等农业废弃物为原料，以沼气生产为目标的系统工程。
单纯追求能源生产。
目前已拓展为以各种有机废弃物厌氧发酵为手段，以追求能源为目标，最终实现沼气、沼液、沼渣的综合利用。
②沼气工程是以农业废弃物和有机垃圾的厌氧消化为主要技术环节，集污水处理、沼气生产、资源化利用为一体的系统工程。
3、发展沼气的意义减少碳排放，保护生态环境；为农村（城市）提供清洁、可再生能源（资源）；合理处置农业有机废弃物资源；改善农村卫生条件，提高农民生活水平；开展综合利用，调整农业生产模式，发展“生态高值”农业；减少农业生产投资，增加农民收入；带动沼气及相关产业发展；缓解能源供应紧张局面等。
第二讲沼气发酵是一个由多种类群细菌参与完成的，通过分解有机物并产生以CH4和CO2为主要产物的，复杂的微生物学过程。
1、沼气发酵的特点沼气发酵是一个复杂的生物化学过程，具有以下特点：（1）参与发酵微生物种类繁多，混菌发酵。
（2）发酵原料复杂，来源广泛，可处理高浓度有机废水（COD大于50000mg/L）；（3）厌氧发酵自身能耗低，相同条件下仅为好氧分解的1/30~1/20；（4）沼气发酵装置（厌氧反应器）种类繁多，条件适合，均可产气；（5）产甲烷菌要求氧化还原电位-330mv以下，即严格厌氧环境。
2、参与沼气发酵的细菌（沼气发酵的微生物类群）（1）发酵性细菌水解纤维素、蛋白质、脂类为可溶性糖类、肽、氨基酸和脂肪酸等。
水解菌（大多为厌氧菌，也有兼性菌）：梭状芽孢杆菌、拟杆菌、丁酸菌、嗜热双歧杆菌、产气梭状芽孢杆菌、产琥珀酸梭状菌、北京丙酸杆菌和产氢螺旋体等。
瑞典沼气提纯技术发展
瑞典沼气提纯技术发展情况为了减少能源的对外依赖，提升自身的能源供应安全，瑞典政府对生物质能源的开发利用非常重视，对于生物质能源的发展规划制定有明确的目标，在沼气发酵技术产业化方面已取得了显著的进展。
2004年，沼气驱动公交车在瑞典首都斯德哥尔摩街道上开始运行，该城市计划到2025年将所有公交车都用可再生能源驱动。
2005年世界上首列沼气火车在瑞典投入运营（这列火车只有一个车厢，可乘坐60名乘客，时速达到130km，安装有11个储气罐，一次充气行驶距离为600km）。
2006年，瑞典政府宣布将在15年内摆脱对石油的依赖，成为世界上第一个不依赖石油的国家。
2005年，瑞典禁止了有机废弃物采用填埋法的处置方式，提出到2010年至少有35%的来自于家庭和餐馆等的厨余垃圾回收并进行生物处理。
目前，瑞典已建有227个沼气厂。
这些沼气厂积极利用各种的有机废弃物为发酵底物进行厌氧消化产沼气。
沼气年总产量约为1.4 TWh（约2.3亿立方米），约占瑞典石油年消耗总量（90太瓦时）的1.4%。
沼气生产总量中有大约60%产自200多家市政污水处理厂的污泥，30%来自垃圾填埋场，10%来自其它混合发酵原料。
最初瑞典发展沼气的初衷是要实现热电联产，可是由于水电和核电在瑞典电力供应结构中占的比重很大，电价较低，沼气发电没有竞争力。
这种情况促使沼气向交通运输业寻找出路。
当前，瑞典沼气产量的25%供给车用，只有8%用来发电。
瑞典对于乙醇和生物燃料不征能源税。
自2006年4月开始，瑞典所有的大型加油站都要求提供至少一种生物燃料供应。
个人购买“绿色”汽车可获得1万瑞典克朗（约1665美元）的政府奖励（2007-2010），“绿色”汽车不收停车费。
2007年，瑞典登记注册的“绿色”汽车已达到5.5万辆，2008年“绿色”汽车的年销量达到1万辆，占到非纯汽油燃料汽车销售总量的34%。
2008年，瑞典的车用天然气消费总量为0.6TWh（5300万立方米），其中55%为沼气提纯气为0.33TWh，比2006年的0.23TWh略有提高。
沼气的国内外技术竞争状况
沼气的国内外技术竞争状况沼气是一种可再生能源，由有机废料经过产气菌发酵产生的一种混合气体。
现如今，越来越多的国家开始将沼气作为一种重要的能源来利用。
作为一种可再生能源，沼气不仅污染少，而且富含氧化亚氮、二氧化碳和甲烷等气体，是一种优质的天然气。
目前，国内外的沼气技术的发展状况都在发生着巨大的变化。
一、国内沼气技术的竞争状况我国的沼气技术起步较早，发展快速，产业规模逐步壮大。
目前，全国沼气系统装机总容量已近7000万立方米，沼气发电装机容量达270万千瓦，占全国可再生能源发电总装机容量的4%左右。
而在国内市场中，南方地区占据沼气利用市场的主导地位，其余地区历经形式政策引导和市场竞争，沼气行业明显加速发展，特别是在气电、市政工程、生态农业、水务等领域的应用正在加速推进。
具体来讲，国内沼气技术在多年的发展过程中，已经取得了重大的技术研究和成果。
在沼气发电上，采用有机废弃物、家禽粪便、畜禽粪便等垃圾生产沼气是目前我国沼气产业发展的主要方式，所以沼气发电成为一个热门的话题。
而且从目前的情况来看，我国成功开发一种高效的沼气生产和集中处理技术，不仅能够缓解农作物秸秆和畜禽养殖厂的废弃物的问题，又能够有效地收集、利用和转化废弃物，大大节约了资源和环境的负担。
二、国外沼气技术的竞争状况沼气的利用已经在很多国家发展起来，国外的沼气技术也在发展过程中经历了多次创新和革新，与国内相比起来，更有先进的技术和经验。
1. 德国沼气技术：德国的沼气技术是世界闻名的，它以高效率、高可靠性、高可持续性为优势。
沼气工程技术曾经荣获“德国最佳环境技术”称号，被誉为是全球沼气利用技术的标杆之一，同时还被多个国家和地区的绿色公司所信任与采用。
德国沼气技术最显著的特点是，能够充分发挥废弃物的能量和价值，做到废弃物变能。
2. 美国沼气技术：美国沼气技术的开发还处于初级阶段，但是在过去的几年中得到了迅速的发展。
美国华特迪斯尼公司神奇王国内的“牛排饭团”巨大漩涡发电厂是美国前沿的沼气发电厂建设之一。
欧盟沼气利用的经验及对中国的启示
欧盟沼气利用的经验及对中国的启示Experience of biogas utilization in the EU and its enlightenment to China
■文 / 胡涛 赵源坤
欧盟在沼气利用方面处于世界领先地位，欧盟成员国拥有10吉瓦的装机容量和17400座沼气发电厂。
2015年，欧盟沼气产量为180亿立方米（654拍焦耳），占全球沼气产量的一半，这些沼气为欧盟提供了127万亿焦耳的热量和61太瓦时的电力。
同时，欧盟还是生物甲烷生产大国，2015年欧洲有459座工厂生产12亿立方米生物甲烷，这些生物甲烷主要用于发电和输运燃料供给。
德国是欧盟沼气发电的领导者，无论是沼气装机发电技术还是装机量和发电量都在欧盟成员国中处于最高水平。
欧盟沼气发电的绝对优势是由于欧盟决策者对沼气利用的深刻认识以及政府对沼气发电的政策支持和上网电价补
WORLD ENVIRONMENT 2021年第4期 总第191期。
国外沼气生物燃气的利用现状及技术发展汇总
国际合作：加强国际合作，引进国 外先进技术和管理经验，共同推动 沼气生物燃气技术的发展和应用。
国外沼气生物燃气 技术的成功案例
德国是全球沼气技术最为成熟的国家之一，拥有大量的沼气工程实例。
德国的沼气工程主要依靠厌氧消化技术，将有机废弃物转化为沼气，用于发电或供 热。 德国的沼气工程不仅减少了废弃物的排放，同时为可再生能源的发展做出了贡献。
政策支持：美国政府 出台了一系列政策， 鼓励沼气产业发展， 提高沼气利用率。
亚洲国家：中国、印度、日本等
利用现状：在亚洲，沼气生物燃气已 经成为一种重要的可再生能源，广泛 应用于家庭、工业和农业等领域
技术发展：随着技术的不断进步， 亚洲沼气生物燃气产业正朝着更加 高效、环保和可持续的方向发展
未来展望：随着人们对可再生能源需 求的不断增加，亚洲沼气生物燃气产 业有望在未来继续保持增长态势
德国政府对沼气工程给予了大力支持，包括资金补贴、税收优惠等政策措施。
项目名称：美国威斯康星州沼气工程 建设时间：2015年 处理规模：每天处理3200吨牛粪和1600吨农业废弃物 产出：沼气、有机肥料
案例名称：巴西 塞拉多沼气工程
案例简介：该工程 利用废弃物发酵产 生沼气，为周边地 区提供清洁能源
非洲沼气资源丰富，主要分布在南非、肯尼亚等国家。 非洲沼气利用技术不断提高，沼气发电、沼气供热等领域得到广泛应用。 非洲沼气生物燃气的发展受到政府支持，政策环境良好。 非洲沼气生物燃气面临的主要问题是基础设施不完善、技术落后和管理不规范等问题。
国外沼气生物燃气 技术发展
定义：高效厌氧发酵 技术是一种利用厌氧 微生物将有机物转化 为沼气的技术。
技术特点：采用高 效厌氧消化技术， 提高沼气产量和品 质
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深度对比|欧洲沼气究竟领先我们多少？
编者按
通过对比欧洲与我国沼气工程发展现状及各自技术特点，本文提出了欧洲大型沼气工程技术国产化尝试方向，阐述了沼气工程监测技术对于促进沼气工程自动化运行的重要意义，并介绍了沼气工程监测系统在沼气工程中的应用。
一、欧洲沼气工程技术现状
欧洲沼气工程技术发展较早，始于20世纪70年代，目前已是世界上沼气厂最普及的地区。
欧洲的沼气工程技术主要以高浓度有机废弃物联合消化工艺（CSTR）为主，绝大多数配备热电联产系统。
欧洲沼气工程具体的技术特点如下：
①重视原料复配，产气率高
欧洲沼气工程原料不仅包括牛粪、猪粪、鸡粪等畜禽粪便，还有玉米、马铃薯等能源作物，以及屠宰场废弃物、城市餐厨垃圾、城市污泥等。
通过这些原料的混合和合理复配，可以提高原料中
的碳、氮含量，并调整出可使产气率最高的碳氮比。
德国90%以上的农场沼气工程采用混合原料发酵。
②工艺统一，热电联产，效益高
在德国和丹麦，90%以上沼气工程选用CSTR工艺，统一的工艺有利于制定统一的技术标准和管理办法，同时便于接管运营后续服务的开展。
热电联产指产出的沼气主要用于发电，33%~37%的能量转换为电能，在发电的过程中产生大量的余热，用于CSTR加热和农场或社区供热，提高了沼气的利用效率，增加了沼气工程的经济效益。
③实现自动控制，运行管理便捷
利用厌氧消化系统专用的自动控制系统与软件，实现沼气工程的自动化管理和远程监控，节省大量人力的同时又提高了工程生产效率。
比如国内一万头牧场大型沼气工程，操作管理人员达30人之多，而同等规模沼气工程中欧洲利用远程监控系统只需1~2人。
④沼渣沼液及时还田，杜绝二次污染
沼渣、沼液贮存期约3~6个月，施于周围农田。
许多农场建的沼气工程多采用2个发酵罐串联发酵，其中第一个发酵罐贮存并在其中连续产气，同时该罐还兼做沼气贮气装置。
贮存在第二个发酵罐的料液经过一段时间后被排放出来，然后作为有机肥喷施到农田里，所以不存在废液二次污染问题。
此外，沼气工程配套设备与技术装备先进，如进料设备、搅拌设备、脱硫设备、沼气存储设备、热电联产设备、沼气工程监测成套设备等优良性均处于世界沼气行业的领先地位，并且沼气工程自动化程度高。
沼气工程无论规模大小全部只需一人管理即可稳定运行，节省人力资源，降低运行成本。
二、我国沼气工程技术现状
中国沼气建设同样起步于20世纪70年代，至今已有30多年的发展史，中间经历了快速发展期和回落阶段，如今也已步入了新的发展局面。
我国沼气工程技术具有如下特点：
①工艺类型多，效率普遍不高
我国在发展沼气工程的过程中，在户用沼气方面取得了较大成就，而大中型沼气工程由于缺乏行业权威组织统一的技术指导，南北方地区差异较大，各地分别用土法建沼气工程，发酵温度低，缺搅拌，沼气产气率低。
②产品利用率低，经济效益差
我国建大中型沼气工程开始以处理废弃物和生产能源为出发点，而不是以充分利用资源为出发点，在工艺设计中对产品的应用重视不够，包括有机肥的生产、沼气发电余热的利用等。
在产品产量低、使用率低的情况下，工程的经济效益自然就差，这也是我国沼气工程发展缓慢、运行困难的根本原因。
③工程设备化低，生产方式落后
受限于技术水平和成本控制，普遍采用传统的现场加工安装的方式，没有实现工程的设备化和标准化，传统安装方式工期长，难维护，不便于检修，质量难保障。
同时，进出料方式落后，手动操作管理，不但需要人工较多，而且外观不佳，影响厂区整体环境。
三、欧洲沼气工程技术国产化方法
近年来，国内沼气工程技术的进步有目共睹，例如根据本地的温度环境及原料等综合情况选择合适的工艺，沼液沼渣综合利用，杜绝二次污染等。
笔者认为，为了使我国能尽快达到欧洲沼气发展水平，我们还可以在以下两个方面进行尝试：
①走原料集约化道路
目前我国的沼气工程原料比较分散，多数以自己供给为主，这样的原料比较单一，且不能维持大型沼气工程的产气需要，重复建设，浪费严重。
所以我们在设计沼气工程时，充分考虑当地的原料资源，如工业废水、生活垃圾、生活污水、工厂废料，农畜粪便等，将这些有用的资源全部为我所用，在当地单独建立一个大型的沼气工厂。
②走自动化道路
我国目前的沼气生产基本靠人力装料，人员监控，没有使用自动化设备来进行生产，所以效率较低，且生产维护成本较高，难以推广。
因此，我国的沼气生产应该走自动化道路，实现自动装料出料，自动监控发酵、存储及输送，这样我国的沼气生产才能提高效率，且有利于推广。
此外，沼气工程本身有公益的性质，可以走“企业自筹资金，申请国家资助，利用国际援助，引进投资运营”的模式，提高项目建设水平，确保项目的收益。
四、沼气工程监测系统在沼气工程中的应用
沼气工程监测技术是促进沼气工程自动化、智能化运行的关键因素。
近年来，我国关于推动沼气工程向工业化、智能化、自动化方向发展的呼声日益高涨。
农业部也曾于去年11份在武汉召开了国际农业废弃物资源化利用全流程信息化管理培训班，并组织参观了国内沼气工程远程监测领域的先行企业湖北锐意自控。
沼气工程监测系统以气体成分和流量传感器为依托，集成监测设备，同时结合软件开发技术，把沼气工程运行过程中的关键参数与互联网连接起来，进行信息传递，将沼气工程与业主、操作者、管理部门联系起来，以实现对沼气及附属产品生产销售的智能化识别、定位、跟踪、监控、服务、管理和决策。
大中型沼气工程监测方案Gasboard-9230
早在2013年，湖北锐意自控自主研发的沼气工程物联网系统就经湖北省科技厅鉴定达到国际先进水平，并获得了工信部物联网发展专项资助。
目前，该系统已实现了多个省市沼气工程的远程监控。
红外气体分析仪(防爆型）在大型沼气工程现场的应用
沼气工程监测系统在沼气工程验收、监督、运行中，扮演者不可或缺的重要角色，是沼气工程管理和运行可靠的数据来源。
在实际应用中，业主可根据沼气工程流量、成分数据，指导确定沼气工程的运行参数；另一方面，该系统可分省、市、县、业主四级网络访问权限，对各大中型沼气工程数据进行统计报表和历史趋势分析。
总的来说，沼气工程监测系统的作用主要体现在以下两点：
①提高沼气工程管控水平和生产效率
对沼气工程生产全程进行在线监测，通过监测数据可及时发现并解决设备问题，排除运行故障；通过系统优化，能提高产气量、提升脱硫效率、热电联产效率，掌控沼气生产质量，实现沼气工程管理科学化、运行智能化，同时节约劳动成本，降低能耗，提高沼气工程总体生产效率。
②保障沼气工程运行安全
通过沼气工程物联网智能预警系统和视频监控，能对运行参数异常、设备故障、操作违规和灾害天气发出警报，及时通知操作人员和管理人员，如:沼气站内烟雾探测报警、水位超高报警、沼气泄漏、物料过载报警，无关人员误入、违规操作报警等，能排除人员伤亡、工程损坏、起火爆炸
等安全隐患，有效保障沼气工程运行安全。