北京郊区生物质两种气站净产能评估与分析

该文采用能值方法对北京郊区生物质大中型秸秆气化站和沼气站的能值投入及产出进行了核算,结果表明,大中型秸秆气化站和沼气站净能值产出率（EYR）均小于1,秸秆气化站净能值产出率为0.55,沼气站净能值产出率为0.70,说明此2种能源经济生产方式效率低,不具备经济活动竞争力。因受到技术水平制约,这2种能源开发方式为经济不合算开发方式,对其开发利用尤其是大中型沼气站的开发利用应有清醒认识,因地制宜地建设并加大技术研发力度;同时要注重其公益性特征,充分挖掘北京郊区生物质资源开发潜力。     

中国沼气利用现状

中国是世界上从事沼气研究、开发和推广最早和沼气利用最广泛的国家之一。当前沼气工程主要在4个方面得到广泛应用：农业废弃资源(AWT)、工业有机废水(IOWT)、城市生活污水和有机污泥(UWMT)、城市生活固体垃圾(USODT)等的处理。沼气工程已经实现了高产气率、优化工程设计和各个部分之间的最优搭配，同时成为生态良性循环中的关键一环。该文分析了几类常用工艺的特点和几种生态模式及沼气工程的效益和市场潜力，就解决沼气工程存在的问题提出了解决。     

沼气提纯生物天然气技术研究进展

沼气的主要成分是CH4和CO2,将CO2从混合气中分离得到的高纯度甲烷气被称为生物天然气。生物天然气可以直接作为石化天然气的替代燃料。人类对天然气需求量的增加推动了生物天然气技术的发展。该文分析了沼气与天然气特性的差别及沼气提纯后替代天然气的可能性,综述了沼气提纯的方法进展,这些方法包括加压水洗、化学吸收法、变压吸附法(pressure swing adsorption,PSA)、膜分离法、低温分离法和甲烷原位富集等技术,其中加压水洗法和PSA法由于在技术和经济方面的综合优势成为目前商业化利用率最高的两项技术,膜分离技术在降低提纯成本和简化提纯系统方面的性能使其成为具备良好发展前景的技术,甲烷原位富集技术在利用高固含率原料生产生物天然气方面具有优势。该文对中国生物天然气技术的发展能够提供有价值的参考。     

中国沼气产业化途径与关键技术

对中国目前沼气发展状况和存在问题进行了分析,对中国沼气产业化的途径进行了探讨。指出沼气产业化要结合社会主义新农村建设发展集中供气,发展车用替代燃料和替代石油、天然气生产化工原料和产品。需要开发的关键技术有秸秆生物气化技术、沼气净化提纯技术和催化合成技术等。     

以沼气为纽带的生态村循环系统能值分析

为综合评价以自然村为依托建立的以沼气为纽带的生态村循环系统,该文以北京市顺义区北郎中村沼气为纽带的生态村循环系统（biogas-linked eco-village circulating system, BECS）为研究对象,基于能值流图和指标体系,对该系统从资源利用、环境安全与可持续性、经济生产效益以及自组织能力4个方面进行定量解析和综合评估,并与种养结合循环农业系统和"四位一体"系统2个典型不同规模的以沼气为纽带的生态系统进行比较。结果表明,以沼气为纽带的生态村循环系统更有利于资源和产业的合理规划配置,具有可更新资源投入比例高、系统内部物质循环利用率高、内部反馈能值大、对环境压力小、可持续性强、稳定性强等优势,其研究区单位面积产出经济价值为23.43元/a,有显著的经济效益,是一种具有良好综合效益的可持续发展的生态农业系统。该文为以沼气为纽带的生态村循环系统的推广提供了一定的科学参考。     

大中型沼气工程不同加热方式的经济效益分析

为解决大中型沼气工程的加热升温问题,该文以一个猪场废水处理沼气工程为例,对沼气锅炉、太阳能和沼气发电余热利用3种加热方式进行了经济效益分析。结果表明：沼气锅炉加热、太阳能加热和沼气发电余热利用加热3种方式的投资比为2︰11.2︰1,沼气发电余热利用加热方式的费用年值仅为沼气锅炉加热和太阳能加热方式的60%和12%;沼气发电余热利用加热方式无论从经济效益、技术性能,还是适应性、运行持久性等方面都明显优于太阳能加热和沼气锅炉加热。因此,基于中国的自然经济状况,大部分大中型沼气工程应优先选择沼气发电余热利用加热方式。     

中国规模化养殖场畜禽粪便资源沼气生产潜力评价

为探明中国规模化养殖场畜禽粪便排放量、沼气生产潜力及其分布情况,该文利用2009年统计数据,确定了中国畜禽粪便年排放量估算方法和各种估算参数,估算中国主要畜禽年粪尿排放量、产沼气潜力和温室气体减排潜力。结果表明,2009年中国规模化养殖畜禽粪便排放总量约8.37亿t,年沼气生产潜力约为472.1亿m3,减排潜力为1.9亿t CO2。生猪、奶牛和肉牛养殖是中国畜禽粪便的主要来源,粪便排放主要在东北、华北和西北等北方地区。这可为中国规模化养殖场治理污染提供决策依据。     

太阳能加温和沼液回用沼气工程的生态效益评价

为综合评价新型生态清洁技术应用下的规模沼气工程的综合生态效益,该文以北京市顺义区D沼气工程(同时应用沼液循环回用技术和太阳能-地源热泵增温保温技术)为研究对象,利用能量系统图和能值评价体系,从经济效益、环境效益和可持续性3个方面对该系统进行了综合性能值分析,分析了沼液循环回用和太阳能-地源热泵增温保温清洁技术的应用对规模化沼气工程生态经济效益的影响。结果表明:太阳能-地源热泵增温保温技术在规模化沼气工程中的使用,不可再生购买资源投入减少8.80%,系统可持续性提升18.75%,有效替代了化石能源的使用,生态经济效益明显。同时,沼液循环回用技术的应用,可使地下水投入减少65%,在沼气工程周边土地无法充分消纳该沼气工程产生沼液的条件下,可节省1.77E+05美元/a的农田消纳后的剩余沼液排污处理费,环境负荷率减小68.52%,能值可持续指标由0.03增为0.38,系统自我维持能力提升。因此,沼液循环回用和太阳能-地源热泵技术的应用对该沼气工程系统的经济、环境和生态效益有很大改善作用。     

中国生物质能产业发展现状及趋势分析

该文在综合评价中国生物质能资源、产业发展和政策环境的基础上，分析未来生物质能产业发展趋势。中国具有丰富的生物质资源，生物质能产业初具规模：沼气产业基本形成，燃料乙醇年生产能力已达到102万t，开发了甜高粱茎秆等非粮作物生产燃料乙醇的技术，秸秆直燃发电示范工程正式并网运行；促进生物质能产业发展的宏观政策环境逐渐形成。因此得出结论：未来中国生物质能产业发展的重点是沼气及沼气发电、液体燃料、生物质固体成型燃料以及生物质发电；促进生物质能产业发展的政策环境将进一步完善；技术水平进一步提高；将有更多的大型企业参与；生物质能产业必将成为中国国民经济新的增长点。     

中国沼气产业面临的挑战和发展趋势

对中国目前沼气发展过程中存在的问题进行了分析,提出了中国沼气发展正处于战略转型期的观点,对中国沼气产业未来发展趋势进行了研究。提出中国沼气要做大做强和实现可持续发展,必须走产业化和市场化的道路,并就中国沼气未来发展模式、产业化发展方向、技术装备、政策支持等方面,提出了建议。     

沼气制取车用天然气级燃料系统

沼气精制后品质类似天然气,可以用作车用燃料,正成为能源领域一个重要分支。文中简介了沼气制取车用天然气级燃料系统的组成和工作过程,该系统以自行设计的中空纤维聚酰亚胺膜组件作为主纯化脱碳装置,并设计了脱水、脱硫、脱氧和脱氨装置。在反应温度为25℃条件下,对0.6 MPa的沼气原气进行初步试验,纯化前后沼气的组分含量变化如下：CH4从56.72%升至81.90%,CO2从37.80%降至13.69%,O2经过计算小于0.5%,H2S从45 mg/m3降至15 mg/m3,露点从12℃降至-19℃。该精制系统为大中型沼气工程膜分离纯化系统的开发提供了理论基础和实践依据。     

中小型沼气工程撬式沼气提纯系统设计与应用

根据中国中小型沼气工程分布范围广、地区差异性大、统筹规划难的现状，考虑到中小型沼气工程中出现的沼气净化提纯效率低、净化提纯效果差、成本高等问题，该研究设计了1套撬装式集约型的沼气提纯净化系统，分别从脱硫系统、脱碳系统、控制系统等方面设计出适合于装置制造的工艺方法。系统集成了干法脱硫、膜法脱碳和分子筛工艺，在进气量为500 Nm3/d、粗沼气压力为104 kPa的沼气工程条件下，进行了工程应用试验。通过检测，该装置稳定运行35 min后，提纯气中CH4质量分数可以达到97.88%，CO2低于2.5%，H2S质量浓度仅为16.7 mg/m3，CH4回收率为86.5%。设备运行成本为0.09元/Nm3沼气，且投资回收期仅为1.5 a。经过对比，该装置的提纯指标达到了国内生物天然气相关标准，且具有移动灵活、提纯效率高、成本低等优点。通过对本装置的应用研究表明，沼气提纯净化可实现中小型沼气工程生物天然气的高值化利用，为中小型沼气工程的发展拓宽途径。     

退耕区户用沼气的生态环境效益评价

为了评价退耕区户用沼气的生态环境效益,该研究依托陕西省退耕区户用沼气减排项目,根据森林生态服务功能评估规范提供的固碳释氧量计算方法、清洁发展机制(CDM,clean develop mechanism)执行理事会公布的方法AMS-III.R和国际通用的减排量计算方法,采用保护林地面积、温室气体减排量和二氧化硫减排量3个指标对退耕区6个乡镇2543户农村沼气工程生态环境效益进行了评价。结果表明:退耕区农村户用沼气池的建设不仅保护了林地,增加了森林的覆盖面积,而且减少了温室气体和空气污染物SO2的排放。项目实施后,年保护林地507.77hm2、减排温室气体7428.40t(以二氧化碳计)、减排SO21594.57kg。该研究可为农村可再生能源的发展及生态环境的评估提供参考。     

沼气组分比例对其燃烧稳定性及层流燃烧特性的影响

为了获得沼气主要组分比例所占比例对其燃烧稳定性与层流燃烧特性的影响规律,试验测量了当量比范围为0.8~1.3、初始压力范围为0.1~0.3 MPa、初始温度为320 K、甲烷体积分数分别为47%、55.5%、59%条件下沼气的火焰发展特性。同时,分析了沼气主要组分比例所占比例对沼气层流燃烧时的火焰稳定性与燃烧速度的影响规律。结果表明,当初始温度为320 K、当量比为1.0、初始压力为0.1 MPa时,在不同甲烷体积分数下火焰前锋面均较为光滑,并呈准球形向外发展;当初始压力升高至0.2 MPa时,不同甲烷体积分数下火焰前锋面均出现了裂纹与火焰突起,优先扩散不稳定性初步显示;当初始压力继续升高至0.3 MPa时,优先扩散不稳定性逐步明显,同时,浮力不稳定性将初步显示。随着当量比的增加、初始压力的降低或沼气中甲烷体积分数的增加,马克斯坦长度逐渐增大,火焰稳定性逐步增强。在各工况下无拉伸火焰传播速度与层流燃烧速度随当量比的升高呈现先增加后降低的趋势,在当量比为1.1时达到最大;同时,随着初始压力的降低或甲烷体积分数的升高,无拉伸火焰传播速度与层流燃烧速度逐渐增大。     

沼液处理方式及资源化研究进展

该文综述了国内外厌氧发酵概况,以及沼液性质和国内外处理工艺的发展情况,并针对沼液成分的分析,从资源化利用的角度,对沼液回用的现实意义和限制条件进行讨论,综合分析了沼液在微藻养殖应用的优势和前景,论述了沼液作为肥料的农业应用价值和可行性。沼液的处理处置和资源化利用不仅仅是对水资源的保护,也可推进资源型和节约型社会建设,实现变废为宝,化害为利,缓解工业发展对生态环境带来的负面影响。结合沼液处理处置和资源化利用方式的特点,形成最合理、也最符合可持续发展的处理利用模式至关重要。     

新沼气 新风貌 新农村

党的十六届五中全会提出要大力开展社会主义新农村建设,以农村沼气建设为核心的“一池三改”在新农村建设中发挥了重要作用。笔者通过对四川省农村沼气建设和新农村建设情况的调查分析,肯定了以沼气建设为纽带的“一池三改”在社会主义新农村建设中的推动作用,总结了四川省在结合新农村建设中推广沼气的成功经验,指出了当前沼气建设中存在的不足,并提出了相应的对策建议。     

基于膜蒸馏的沼液资源化处理研究进展

沼液可占湿法厌氧发酵后发酵剩余物总质量的80%以上,在农田土地承载量和运输成本的双重限制条件下,大型沼气工程的沼液很难通过还田利用的方式进行完全消纳。对沼液实行资源化处理既能减少沼液体积和降低对环境的潜在威胁,还可实现高附加值的资源回收,促进可持续的农业循环经济发展。作为膜分离技术中的重要分支,膜蒸馏在沼液处理过程中具有适应性强、膜污染程度低、避免发泡与快速脱氨等多方面的优势。在沼液处理与农业废弃物资源回收中具有广阔发展前景。为此,该研究从介绍膜蒸馏的基本原理出发,就膜蒸馏处理沼液过程中最核心的氨氮与水分回收部分进行详细的综述,并针对沼液处理过程中的营养物质回收与减量化处理进行了综合分析,最后对膜蒸馏用于沼气工程中的可行性进行简要计算。相比于其他沼液处理技术,膜蒸馏可在低成本与低碳足迹下实现沼液的资源回收与减量化处理,其处理沼液的成本与反渗透过程基本一致。在无外部能源供给的沼气工程中,膜蒸馏更适用于高有机负荷沼液处理,或对反渗透后剩余的高浓度沼液进行处理。     

大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排估算

发展秸秆沼气工程可有效地减少农业温室气体排放,科学核算温室气体减排量为管理和监督温室气体排放状况提供数据支撑。该文以河北省沧州市耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程为研究对象,参考和借鉴了自愿减排项目方法学、CDM方法学,构建了大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排计量方法,包括项目边界、基准线排放量、项目排放量、泄漏量、减排量5个方面,计算了2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排量。研究结果表明:项目基准排放量包括秸秆处理产生的温室气体排放、未建秸秆沼气工程情况下农村居民生活用能及农田施用化肥生产耗能产生的温室气体排放。项目排放量包括秸秆与沼肥运输过程耗能排放、工程运行过程耗能排放及沼气处理温室气体排放,项目泄漏量即沼气生产、储存、管网供气和利用过程中产生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程基准线CO2排放量为5 776.15 t,项目排放量为57.53 t,泄漏量为136.59 t,减排量为5 582.03 t,约相当于2 100 t标准煤CO2排放量,每消耗1 t(干质量)秸秆可净减排3.56 t,每利用1 m3沼气可净减排11.50 kg。同时,在工程设计、管道设计、工程管理、工艺技术改良升级等方面提出了提升大型秸秆沼气工程温室气体减排能力的策略。     

镁离子对沼气反应器中莴笋皮和马铃薯皮发酵产气特性的影响

为了提高沼气反应器对发酵原料利用率,缩短发酵周期,提高产气率,该文试验研究了镁离子添加量分别对以莴笋皮和马铃薯皮为发酵原料的抗结壳沼气反应器产气性能的影响。结果表明:以莴笋皮为发酵原料,每升沼液中镁盐最佳添加量为0.30g,池容产气率为0.398m3/(m3·d),发酵后期甲烷浓度稳定在70%左右,总产气量提高了71.4%;以马铃薯皮为发酵原料,每升沼液中镁盐最佳添加量为0.10g,池容产气率达到0.804m3/(m3·d),发酵后期甲烷浓度稳定在68%左右,总产气量提高了41.6%。因此适量的镁离子添加量能缩短沼气反应器的发酵启动时间,促进甲烷合成,显著提高反应器的产气性能。