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生物质制沼气的相关技术参数分析摘要本文重点分析了生物质的范畴和能够生产沼气的生物质特性,运用工程经验和国内外文献资料,介绍与生物质制沼气相关的关键工程设施和工艺参数,对于水解酸化罐和沼气发酵罐的设计提出了基本思路,为充分利用秸秆等典型生物质,确保可持续发展指出目前存在的难点。
关键词生物质;农作物秸秆;技术参数中图分类号s210.7 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)24-0135-03the technicalparameters analysis of biomass biogasma dejin1,kong xiandi2,tang gensheng11.anhui bbca chemical equipment co.,ltd.,bengbu,anhui 233010,china2.sino-mining international huainan machineryco. ,ltd.,huainan,anhui 232052,chinaabstract biomass of different kinds and its characteristics are specially analyzed in the filed of biogas process, the key project installations and technological parameters are also introduced related to biogas technology by use of biomass based on engineering experience and references from home and abroad ,the basis idea is put forward concerning the designof biomass acidification reactor and methane fermentation tank, some difficult points to be resolved are pointed for the full use of special biomass, such as crop straw, so as to ensure sustainable development.keywords biomass; crop straw; technological parameters 生物质(biomass)是与生物有关的物质的总称,它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。
生物质能源——沼气的生产与利用1 概述生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物，以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。
以生物质为载体、由生物质产生的能量，便是生物质能。
物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式。
它直接或间接来源于植物的光合作用。
人们对于沼气的开发与利用是生物质能释放的主要形式之一，在能源危机的今天，推广、使用沼气的作用显的尤为重要。
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。
沼气是一种混合的可燃性气体，主要成分是甲烷(CH4)、其余为二氧化碳(CO2)、氧气(02)、氮气(N2)和硫化氢(H2S)，其中甲烷含量约为55％一70％，二氧化碳含量约为30％——45％。
沼气能够作为燃料，是因为它所含大量甲烷气体可以燃烧。
甲烷完全燃烧时，火焰是淡蓝色。
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。
2 沼气的生产沼气的生产工艺主要包括以下部分：选取（培育）菌种→备料、进料→池内堆沤（调整pH值和浓度）→密封（启动运转）→日常管理（进出料、回流搅拌）。
2．1发酵原理沼气的生产过程主要是有机物的发酵过程，其中有发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氧产乙酸菌、食氢产甲烷菌等五大类微生物参加发酵。
它们在发酵过程中的作用及对生存条件的要求，有以下三个阶段：（1）液化在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸杆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物这个阶段叫液化阶段。
生物质能的概述生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。
而所谓生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。
它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。
目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。
生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。
有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材、及森林废弃物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。
地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。
地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。
[编辑本段]生物质能的分类依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
林业资源：林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等。
农业资源：农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物)；农业生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）；农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。
能源植物泛指各种用以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
生活污水和工业有机废水：生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。
1 引言生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。
它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。
生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。
沼气作为生物质能的其中一类，在缓解能源短缺，解决能源污染上起着重要作用。
2 生物质燃料沼气生物质燃料沼气是一种新兴的可再生能源，最早是在农村普及。
上世纪八九十年代在我国农村开始应用，现如今，我国正开展农村普及沼气计划，用以缓解环境的污染问题。
将沼气作为未来我国的主要能源是当前的主要任务。
2.1 沼气概念沼气是一种新型的可再生能源，如今已在全世界普及、在环境污染日益严重的今天，无污染，清洁能源沼气的应用已变得更加广泛。
沼气是有机物质（如秸秆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥、工业有机废水等）在厌氧环境和一定条件下，经过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类厌氧微生物的分解代谢而产生的一种气体，因为人们最早是在沼泽地中发现的，因此称为沼气。
2.2 沼气的理化性质沼气是一种多组分的混合气体，它的主要成分是甲烷，约占体积的50%～70%；其次是二氧化碳，约占体积的30%～40%；此外，还有少量的一氧化碳、氢气、氧气、硫化氢、氮气等气体组成。
沼气中的甲烷、一氧化碳、氢气、硫化氢是可燃气体，氧气是助燃气体，二氧化碳和氮气是惰性气体。
未经燃烧的沼气是一种无色、有臭味（含有其它气体）、有毒（硫化氢）、比空气轻、易扩散、难溶于水的可燃性混合气体。
沼气经过充分燃烧后即变为一种无毒、无臭味、无烟尘的气体。
沼气燃烧时最高温度可达1400℃，每立方米沼气热度值为2.13万～2.51万焦耳，因此说沼气是一种比较理想的优质气体燃料。
沼气中的主要气体甲烷还是大气层中产生“温室效应”的主要气体，其全球气候变暖的影响率达20%～25%，仅次于二氧化碳气体。
1000亩地秸秆热解多联产模式一、秸秆产生及利用情况1、秸秆产生情况秸秆产量：550kg/亩，一年两季秸秆总产量：1100吨/年。
秸秆颗粒：920吨/年2、热解资源化利用产品产出情况生物质热解多联产资源产出计算：项目主要以压缩成型后的秸秆为原料，秸秆产量为920万吨/年，通过热解及热解气燃烧产生的热值为4GJ/吨，所以每年热解可产生的热量为3680GJ/年。
同时在秸秆热解过程中活性炭、热解气、木醋液、木焦油的产率分别如表1所示。
1因此，热解1000亩地秸秆，产生活性炭276吨/年；热解气：27.6万m3/年；木醋液230吨/年；木焦油46吨/年。
二、资源需求情况我国北方农村室外采暖最低设计温-18 ℃,室外采暖平均设计温度为-5 ℃,室内设计温度为18 ℃,供热面积为60 m2，核定采暖天数120天，每户居民冬季取暖所需热量为24.84 GJ。
若用热解产生的余热及热解气燃烧热量供暖，满足140户居民供暖需求。
三、建设规模及投资项目主要以秸秆作为热解的原料，秸秆产量为920吨/年。
根据以上规模，各工艺单元规模如表2所示。
表2 1000亩地秸秆热解多联产建设规模及投资综上，项目预计总投资500万元，其中包括土建投资120万元，仪器设备投资320万元，公用工程投资20万元，设备安装费10万，流动资金30万元。
四、经济效益分析1、效益分析1000亩秸秆热解多联产项目的收益见下表3表3秸秆热解收益2、运行成本分析（1）人工费：5人*3000*12月=18万元。
（2）动力费：38x0.7x120 天=0.97 万元。
（3）维修费：按折旧费的20%估算，年维修费为5.6万元。
（4）管理费：按人工费的30%估算，年管理费用5.4万元。
（5）折旧费：土建工程和设备均按15年折旧，残值率5%，年折旧费为440x95%：15=27.8万元。
（6）秸秆费（包含运输费用）：1100吨x150元=16.5万元表4运行成本项目年增收合计131.5万元。
1000亩地秸秆热解多联产模式一、秸秆产生及利用情况1、秸秆产生情况秸秆产量：550kg/亩，一年两季秸秆总产量：1100吨/年。
秸秆颗粒：920吨/年2、热解资源化利用产品产出情况生物质热解多联产资源产出计算：项目主要以压缩成型后的秸秆为原料，秸秆产量为920万吨/年，通过热解及热解气燃烧产生的热值为4GJ/吨，所以每年热解可产生的热量为3680GJ/年。
同时在秸秆热解过程中活性炭、热解气、木醋液、木焦油的产率分别如表1所示。
表1 秸秆热解资源化产品产率因此，热解1000亩地秸秆，产生活性炭276吨/年；热解气：27.6万m3/年；木醋液230吨/年；木焦油46吨/年。
二、资源需求情况我国北方农村室外采暖最低设计温-18 ℃，室外采暖平均设计温度为-5 ℃，室内设计温度为18 ℃，供热面积为60 m2，核定采暖天数120天，每户居民冬季取暖所需热量为24.84 GJ。
若用热解产生的余热及热解气燃烧热量供暖，满足140户居民供暖需求。
三、建设规模及投资项目主要以秸秆作为热解的原料，秸秆产量为920吨/年。
根据以上规模，各工艺单元规模如表2所示。
表2 1000亩地秸秆热解多联产建设规模及投资综上，项目预计总投资500万元，其中包括土建投资120万元，仪器设备投资320万元，公用工程投资20万元，设备安装费10万，流动资金30万元。
四、经济效益分析1、效益分析1000亩秸秆热解多联产项目的收益见下表3表3 秸秆热解收益2、运行成本分析（1）人工费：5人×3000×12月=18万元。
（2）动力费：38×0.7×120天=0.97万元。
（3）维修费：按折旧费的20%估算，年维修费为5.6万元。
（4）管理费：按人工费的30%估算，年管理费用5.4万元。
（5）折旧费：土建工程和设备均按15年折旧，残值率5%，年折旧费为440×95%÷15=27.8万元。
【高中生物-沼气发酵技术】沼气发酵技术发展及应用现状沼气是沼气发酵微生物在厌氧环境下将农作物秸秆或者禽畜粪便等可降解的生物质经过厌氧消化生成的可燃气体。
其主要成分是甲烷和二氧化碳，其中甲烷约占45 %～70 %、二氧化碳约占25 %～55 %；此外，沼气还含有大约5 %的其他气体（如H2S、N2、H2、CO、NH3等）。
沼气是具有很高热值的清洁燃料，经过净化的沼气完全燃烧后只生成H2O 和CO2，不会对环境造成污染。
沼气发酵在农业和生态方面的综合利用具有很大的经济价值和社会效益。
1沼气发酵原理及影响因素1.1 沼气发酵原理沼气是生物质经过多种微生物联合厌氧消化作用而生成的可燃气体。
厌氧消化就是在无氧的条件下,由兼性厌氧菌和专性厌氧菌联合降解有机物，最终生成二氧化碳和甲烷等气体的过程。
人们对于沼气发酵过程的划分仍存在争议；目前主要认为，沼气发酵过程可分为水解液化、酸化和甲烷化三个阶段。
第一阶段为水解液化阶段，兼性厌氧菌和发酵性细菌将原料中较大分子的成分(如纤维素等)水解成可溶于水的有机酸和醇类等。
第二阶段为酸化阶段；产氢产乙酸菌将第一阶段生成的有机酸和醇继续分解成小分子物质，同时生成氢气和二氧化碳。
第三阶段为甲烷化阶段；产甲烷菌将第二阶段生成的小分子物质转化为甲烷和二氧化碳气体，即发酵的最终产物沼气。
1.2 沼气发酵的影响因素影响沼气发酵的因素很多，其中最主要的因素包括原料成分、原料预处理情况、接种物种类、进料浓度、发酵温度和pH。
原料成分的影响：能够用来发酵产沼气的生物质很多。
传统的沼气发酵原料主要包括以秸秆类物质为代表的农业废弃物、禽畜粪便和污水处理厂的厌氧活性污泥、以及生活垃圾等。
选择容易降解的原料(如人畜粪便等)可以加快发酵的启动过程和提高发酵效率。
若原料选择不当则容易造成发酵系统酸积累严重而发酵无法启动或启动后产气量不高等后果。
原料预处理的影响：原料预处理是利用物理、化学或者生物等方法使生物质中不易被降解的物质提前得到腐化分解，在进料后更快启动发酵。
