當(dāng)前位置：頭條 | 歐美沼氣主要產(chǎn)出國(guó)工程技術(shù)匯總介紹—隨著全球能源和環(huán)境問(wèn)題的日益突出。沼氣工程作為一種能處理工農(nóng)業(yè)廢棄物，又能回收沼氣能源的環(huán)境治理技術(shù)，在全世界受到重視。在沼氣工程的規(guī)模和取得的環(huán)境效益方面，歐洲和美國(guó)名列前茅。特別是近10年沼氣工程在歐洲取得了快速發(fā)展，其技術(shù)和模式走道了世界前列。本文針對(duì)歐美各國(guó)沼氣工程技術(shù)限制進(jìn)行匯總分析，希望能為我國(guó)沼氣工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供參考。
1、歐洲工業(yè)廢水處理沼氣工程的原料主要是糖加工廢水、土豆加工廢水、造紙廢水、啤酒廢水等。污水處理廠(chǎng)沼氣工程的原料是剩余污泥與初沉污泥。農(nóng)場(chǎng)沼氣工程發(fā)酵原料主要有三種：
1） 畜禽糞便：牛糞、豬糞、雞糞；
2） 能源植物：主要是玉米及玉米桿，其它植物如青貯飼草、三葉草、向日葵、蘇丹草也變得越來(lái)越重要；
3） 有機(jī)廢棄物：如食品與農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物，市場(chǎng)廢棄物、市政垃圾有機(jī)物。
2、德國(guó)，大約94%的農(nóng)場(chǎng)沼氣工程是混合原料發(fā)酵，牛糞或豬糞占混合發(fā)酵原料的比例在50%~80%之間。有機(jī)副產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品和食品加工廢棄物、能源作物以及作物收割殘余物是常用補(bǔ)充發(fā)酵原料。
玉米和青草是常用的能源作物，2009年德國(guó)能源作物的種植面積為56萬(wàn)~58萬(wàn)hm2，比2008年增加了6萬(wàn)~8萬(wàn)hm2，根據(jù)政策規(guī)定，每種植1hm2能源作物可獲得45歐元的補(bǔ)助。因?yàn)槊抗曈衩椎募淄楫a(chǎn)量高，青草具有輸入成本低的特點(diǎn)。很少的狗騙你過(guò)程采用單一能源作物作為發(fā)酵原料。
3、奧地利，大約10%的新建沼氣工程只消化能源植物，消化能源植物與畜禽糞便混合原料的占65%，消化畜禽糞便與有機(jī)廢棄物混合原料的大約占25%。新建的沼氣工程很少采用單一發(fā)酵原料（占3.1%），往往是幾種原料混合發(fā)酵，以4種、5種發(fā)酵原料的沼氣工程多，分別占26.1%和25%，有的多至6~7種發(fā)酵原料。
能源植物與畜禽糞便混合發(fā)酵能**系統(tǒng)穩(wěn)定。如果只有能源植物或添加有機(jī)廢棄物作原料，沼氣工程的運(yùn)行很困難，因?yàn)榫彌_能力低、產(chǎn)氣被回流液中的鹽或氨氮抑制，系統(tǒng)容易失穩(wěn)。
4、丹麥有20%~50%的沼氣工程發(fā)酵原料來(lái)源于非農(nóng)業(yè)廢棄物。農(nóng)場(chǎng)沼氣工程十分依賴(lài)食品工業(yè)的廢油如魚(yú)油和動(dòng)物油，每m3廢油可產(chǎn)沼氣700~1000m3，在畜禽糞便中添加2%~5%的廢油，沼氣產(chǎn)量將翻倍，因此使投資變得更有吸引力。
一個(gè)沼氣工程每年需要500~900噸廢油，整個(gè)丹麥每年總需要量大約5000噸，顯著高于可供量，因此還需要從漢堡和鹿特丹進(jìn)口。
5、美國(guó)生產(chǎn)沼氣大多數(shù)來(lái)自垃圾填埋場(chǎng)和城市廢水處理的污泥處理，所用的原料主要是市政有機(jī)垃圾和污水處理廠(chǎng)的剩余污泥。
二、發(fā)酵工藝
1、歐洲對(duì)于工業(yè)廢水如糖加工廢水、土豆加工廢水、造紙廢水、啤酒廢水等原料，主要采用上流式污泥床（UASB）、膨脹顆粒床（EGSB）和內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）等厭氧反應(yīng)器。以污泥為原料的沼氣工程采用完全混合式厭氧反應(yīng)器（CSTR）。農(nóng)場(chǎng)沼氣工程則采用完全混合式厭氧反應(yīng)器、推流式反應(yīng)器或其組合工藝。
在歐洲能源植物的原料VS產(chǎn)CH4率0.33m3/kg；能源植物于糞便混合原料VS產(chǎn)CH4率0.45m3/kg；能源植物、畜禽糞便與有機(jī)廢棄物混合原料VS產(chǎn)CH4率0.32 m3/kg。
有機(jī)固體甲烷化從1990年以后成為厭氧消化新趨勢(shì)。也是未來(lái)沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。這種類(lèi)型的提供商在歐洲很多，每個(gè)公司都發(fā)展了自己的厭氧消化技術(shù)。主要技術(shù)包括：Valoiga、Linde BRV、Drsnco、BTA end Kompogas工藝。
2、德國(guó)農(nóng)業(yè)沼氣工程普遍采用濕式完全混合式發(fā)酵工藝。濕式發(fā)酵工藝的操作條件是發(fā)酵罐中的總固體濃度低于10%，使之可用于全混合消化罐。干式發(fā)酵工藝的操作條件是發(fā)酵罐中的總固體含量在15%和35%之間。目前在農(nóng)業(yè)上，濕式發(fā)酵工藝占絕大多數(shù)。
在德國(guó)采用濕式發(fā)酵工藝的沼氣項(xiàng)目占總數(shù)的89%，只有40個(gè)左右的沼氣工程采用了干發(fā)酵法，占總數(shù)的8%。沼氣發(fā)酵罐以地上立式圓形為主。罐體材料為鋼筋混凝土或搪瓷材料。罐體內(nèi)部側(cè)面或頂部中央安裝有攪拌器。德國(guó)沼氣工程的發(fā)酵罐平均容積為1000m3左右。產(chǎn)氣、貯氣一體化發(fā)酵罐得到了普遍的使用，發(fā)酵罐頂部一般為雙層沼氣貯氣膜結(jié)構(gòu)。
臥式發(fā)酵罐（推流式工藝）主要用小工程或高固體含量的原料，在德國(guó)，約占沼氣工程的4%，容積一般為150~600m3。
3、奧地利采用完全混合式厭氧工藝的立式發(fā)酵罐沼氣工程占84%左右，標(biāo)準(zhǔn)容易500和2000m3。完全混合式與推流式組合工藝占16%左右。
在德國(guó)和歐洲，由于越來(lái)越多的沼氣工程使用能源作物進(jìn)行發(fā)酵，從而發(fā)展出新型的干濕同步發(fā)酵工藝。干濕同步發(fā)酵工藝由兩個(gè)主要部分組成；一是用鋼筋混凝土建造的干式發(fā)酵柜，二是大體積的循環(huán)水儲(chǔ)存池。發(fā)酵原料經(jīng)過(guò)好氧預(yù)處理后溫度上升，然后進(jìn)入干式發(fā)酵柜中，利用滲濾液回流原理，為干物質(zhì)含量高的發(fā)酵原料增加水分。發(fā)酵柜中的原料經(jīng)過(guò)干發(fā)酵的水解和酸化階段后進(jìn)入濕發(fā)酵罐，進(jìn)入產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷階段。
該工藝產(chǎn)氣穩(wěn)定，**了沼氣發(fā)電的持續(xù)穩(wěn)定性。厭氧發(fā)酵結(jié)束時(shí)，通過(guò)換氣系統(tǒng)向干式發(fā)酵柜中通入空氣，避免沼渣產(chǎn)生異味污染空氣環(huán)境。
4、美國(guó)農(nóng)場(chǎng)主要采用如下三種厭氧消化工藝：
1）覆膜厭氧塘
在原有的畜糞儲(chǔ)存塘上加蓋一個(gè)膜收集沼氣，處理糞污TS濃度0.5～3.0％，有機(jī)負(fù)荷低，一般用于處理糞污水處理。占總沼氣工程的58％。
2）全混合厭氧消化罐
罐內(nèi)有攪拌機(jī)和增溫設(shè)施，頂蓋用固定密封頂或膜頂收集沼氣。當(dāng)前，德國(guó)產(chǎn)氣儲(chǔ)氣一體化厭氧罐新技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)一些農(nóng)場(chǎng)得到應(yīng)用。因其造價(jià)低和技術(shù)可靠。已逐步成為主流池型?，F(xiàn)占總沼氣工程的27％。
3）塞流式厭氧消化器
常用于牛場(chǎng)糞污處理，處理糞污Ts濃度5～13％。有機(jī)負(fù)荷為1～6KgCOD／m3?d。占總沼氣工程的19%。
其它少數(shù)農(nóng)場(chǎng)也有采用ASBR和UASB工藝處理豬糞污水。
三、發(fā)酵溫度
1、德國(guó)和奧地利的農(nóng)場(chǎng)沼氣工程，90％采用中溫發(fā)醇，德國(guó)有大約9%的沼氣工程采用高溫發(fā)酵。奧地利只有3％左右采用高溫發(fā)醇，另有3％左右采用一級(jí)高溫、二級(jí)中溫的組合發(fā)酵。
2、美國(guó)絕大部分農(nóng)業(yè)沼氣工程采用中溫發(fā)酵（35～40.5℃）。
3、丹麥自1999年以后，新的聯(lián)合沼氣廠(chǎng)的建立，管理得到改進(jìn)，產(chǎn)沼氣量逐年提高。一些工廠(chǎng)從中溫發(fā)酵轉(zhuǎn)為高溫發(fā)酵（52~55℃）。目前丹麥的沼氣工程多采用高溫發(fā)酵工藝。研究表明：經(jīng)過(guò)高溫，厭氧消化大腸桿菌可以從6~13×104個(gè)/ml降到5個(gè)/ml一下，還可以消除臭味，減少溫室氣體排放。
四、工程裝備
1、德國(guó)、丹麥、荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家的沼氣工程裝備已達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)工業(yè)化，質(zhì)量得到有效的控制。工程裝備的組裝技術(shù)也已模塊化、規(guī)范化。德國(guó)的大型厭氧消化裝置（容積在2000~5000m3）為圓柱型立式罐，多為鋼結(jié)構(gòu)，Lipp罐居多，如下圖所示。
中小型厭氧消化裝置（容積在200~1500m3）多為圓柱型立式罐，鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。二級(jí)厭氧消化裝置（立式罐）頂部常常裝有雙膜儲(chǔ)氣罩，構(gòu)成了發(fā)酵、儲(chǔ)氣一體化裝置，既接生了單獨(dú)儲(chǔ)氣裝置的費(fèi)用（比分體式降低15%左右）和占地面積，又解決了在寒冷地區(qū)冬季儲(chǔ)氣裝置水封防凍的問(wèn)題。
配套設(shè)備如：帶切割裝置的高固形物的進(jìn)料泵、低俗混合攪拌器、增溫保溫設(shè)施、生物脫硫裝置等已形成專(zhuān)用、系列化產(chǎn)品，制造工業(yè)水平較高，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，很有實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
2、歐洲農(nóng)場(chǎng)沼氣工程一般采用機(jī)械攪拌。早期，普遍采用快速潛水推進(jìn)式攪拌。近期，低速攪拌逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)。另外，歐洲的沼氣工程的機(jī)電設(shè)備操作基本實(shí)行自動(dòng)控制，工程運(yùn)行管理實(shí)施遠(yuǎn)程在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，工程運(yùn)行管理人員很少，工程運(yùn)行效果可控性強(qiáng)，能**全年穩(wěn)定運(yùn)行。
五、沼氣凈化
頭條 | 歐美沼氣主要產(chǎn)出國(guó)工程技術(shù)匯總介紹—沼氣凈化的程度取決于沼氣的用途。沼氣供熱，需要脫水、脫硫；沼氣發(fā)電，需要脫水、脫硫、脫有機(jī)鹵化物；沼氣作汽車(chē)燃料，需要脫水、脫硫、脫有機(jī)鹵化物、脫二氧化碳；沼氣并網(wǎng)，需要脫水、脫硫、脫有機(jī)鹵化物、脫二氧化碳以及去除金屬。沼氣作為汽車(chē)燃料的凈化要求.高：甲烷含量大于96%，水分含量低于15mg?Nm-3，H2S含量不超過(guò)100 mg?Nm-3，顆粒物質(zhì)限制在40μm以下。
1、歐洲沼氣凈化具體方法
脫水：兩相分離、冷卻。當(dāng)沼氣用于并網(wǎng)時(shí)，脫水采用乙二醇或分子篩吸附，用于燃料時(shí)，含水率低于15 mg?Nm-3。
脫硫：Fe2O3，活性碳。水洗，可以同時(shí)脫硫和CO2。生物脫硫，在德國(guó)農(nóng)業(yè)沼氣工程普遍采用生物法脫硫，大部分采用發(fā)酵罐內(nèi)生物脫硫，少部分采用罐外脫硫。因?yàn)樯锩摿蚣夹g(shù)比較簡(jiǎn)單，費(fèi)用低并能滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)組的要求。
脫有機(jī)鹵化物、重金屬：活性碳吸附法。
脫氧：催化處理。
脫CO2：水洗、變壓吸附，可以同時(shí)脫硫和CO2。正在進(jìn)行藻類(lèi)光和固定。
脫有機(jī)硅、碳?xì)浠衔铮夯钚蕴嘉椒ā?br />
2、德國(guó)采用的沼氣凈化工藝
頭條 | 歐美沼氣主要產(chǎn)出國(guó)工程技術(shù)匯總介紹—主要分為壓力水洗法、壓力交替吸附法和氨洗法。新的膜凈化工藝還處于試驗(yàn)階段，尚未投入到實(shí)際應(yīng)用中。
值得一提的是，德國(guó)要求沼氣工程安裝氣體燃燒火炬，控制未利用的多余沼氣排放到大氣中，造成二次污染，產(chǎn)生爆炸、火災(zāi)隱患以及異味污染。根據(jù)法律條款VD13575，沼氣工程只被允許向大氣中排放不多于20m3/h的未經(jīng)凈化或未燃燒的沼氣。
六、沼氣燃料電池
頭條 | 歐美沼氣主要產(chǎn)出國(guó)工程技術(shù)匯總介紹—.近幾年，沼氣作燃料電池的試驗(yàn)已經(jīng)在整個(gè)歐洲進(jìn)行。歐盟 AMONCO項(xiàng)目研究結(jié)果已經(jīng)顯示出沼氣燃料電池的潛力，例如：與目前的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)相比，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中燃料電池能有效率。
采用現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)可以將沼氣發(fā)電效率從30％提高到35％，而燃料電池的電效率可以達(dá)到60％以上。在家庭，燃料電池能代替老的加熱設(shè)備，直接供電供熱。
沼氣燃料電池分為低溫燃料電池和高溫燃料電池。今后的發(fā)展趨勢(shì)是高溫燃料電池。甲烷純度要求不高，沼氣凈化、轉(zhuǎn)化系統(tǒng)簡(jiǎn)單，蒸汽需要量低（CO2用于轉(zhuǎn)化）等優(yōu)點(diǎn)。
來(lái)源：@沼氣圈
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