當前位置：頭條 | 歐美沼氣主要產出國工程技術匯總介紹—隨著全球能源和環境問題的日益突出。沼氣工程作為一種能處理工農業廢棄物，又能回收沼氣能源的環境治理技術，在全世界受到重視。在沼氣工程的規模和取得的環境效益方面，歐洲和美國名列前茅。特別是近10年沼氣工程在歐洲取得了快速發展，其技術和模式走道了世界前列。本文針對歐美各國沼氣工程技術限制進行匯總分析，希望能為我國沼氣工程產業化發展提供參考。
1、歐洲工業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。污水處理廠沼氣工程的原料是剩余污泥與初沉污泥。農場沼氣工程發酵原料主要有三種：
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、蘇丹草也變得越來越重要；
3） 有機廢棄物：如食品與農產品加工廢棄物，市場廢棄物、市政垃圾有機物。
2、德國，大約94%的農場沼氣工程是混合原料發酵，牛糞或豬糞占混合發酵原料的比例在50%~80%之間。有機副產品、農產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充發酵原料。
玉米和青草是常用的能源作物，2009年德國能源作物的種植面積為56萬~58萬hm2，比2008年增加了6萬~8萬hm2，根據政策規定，每種植1hm2能源作物可獲得45歐元的補助。因為每公頃玉米的甲烷產量高，青草具有輸入成本低的特點。很少的狗騙你過程采用單一能源作物作為發酵原料。
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酵原料（占3.1%），往往是幾種原料混合發酵，以4種、5種發酵原料的沼氣工程多，分別占26.1%和25%，有的多至6~7種發酵原料。
能源植物與畜禽糞便混合發酵能**系統穩定。如果只有能源植物或添加有機廢棄物作原料，沼氣工程的運行很困難，因為緩沖能力低、產氣被回流液中的鹽或氨氮抑制，系統容易失穩。
4、丹麥有20%~50%的沼氣工程發酵原料來源于非農業廢棄物。農場沼氣工程十分依賴食品工業的廢油如魚油和動物油，每m3廢油可產沼氣700~1000m3，在畜禽糞便中添加2%~5%的廢油，沼氣產量將翻倍，因此使投資變得更有吸引力。
一個沼氣工程每年需要500~900噸廢油，整個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口。
5、美國生產沼氣大多數來自垃圾填埋場和城市廢水處理的污泥處理，所用的原料主要是市政有機垃圾和污水處理廠的剩余污泥。
二、發酵工藝
1、歐洲對于工業廢水如糖加工廢水、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）和內循環厭氧反應器（IC）等厭氧反應器。以污泥為原料的沼氣工程采用完全混合式厭氧反應器（CSTR）。農場沼氣工程則采用完全混合式厭氧反應器、推流式反應器或其組合工藝。
在歐洲能源植物的原料VS產CH4率0.33m3/kg；能源植物于糞便混合原料VS產CH4率0.45m3/kg；能源植物、畜禽糞便與有機廢棄物混合原料VS產CH4率0.32 m3/kg。
有機固體甲烷化從1990年以后成為厭氧消化新趨勢。也是未來沼氣產業的發展方向。這種類型的提供商在歐洲很多，每個公司都發展了自己的厭氧消化技術。主要技術包括：Valoiga、Linde BRV、Drsnco、BTA end Kompogas工藝。
2、德國農業沼氣工程普遍采用濕式完全混合式發酵工藝。濕式發酵工藝的操作條件是發酵罐中的總固體濃度低于10%，使之可用于全混合消化罐。干式發酵工藝的操作條件是發酵罐中的總固體含量在15%和35%之間。目前在農業上，濕式發酵工藝占絕大多數。
在德國采用濕式發酵工藝的沼氣項目占總數的89%，只有40個左右的沼氣工程采用了干發酵法，占總數的8%。沼氣發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。罐體內部側面或頂部中央安裝有攪拌器。德國沼氣工程的發酵罐平均容積為1000m3左右。產氣、貯氣一體化發酵罐得到了普遍的使用，發酵罐頂部一般為雙層沼氣貯氣膜結構。
臥式發酵罐（推流式工藝）主要用小工程或高固體含量的原料，在德國，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酵罐沼氣工程占84%左右，標準容易500和2000m3。完全混合式與推流式組合工藝占16%左右。
在德國和歐洲，由于越來越多的沼氣工程使用能源作物進行發酵，從而發展出新型的干濕同步發酵工藝。干濕同步發酵工藝由兩個主要部分組成；一是用鋼筋混凝土建造的干式發酵柜，二是大體積的循環水儲存池。發酵原料經過好氧預處理后溫度上升，然后進入干式發酵柜中，利用滲濾液回流原理，為干物質含量高的發酵原料增加水分。發酵柜中的原料經過干發酵的水解和酸化階段后進入濕發酵罐，進入產酸和產甲烷階段。
該工藝產氣穩定，**了沼氣發電的持續穩定性。厭氧發酵結束時，通過換氣系統向干式發酵柜中通入空氣，避免沼渣產生異味污染空氣環境。
4、美國農場主要采用如下三種厭氧消化工藝：
1）覆膜厭氧塘
在原有的畜糞儲存塘上加蓋一個膜收集沼氣，處理糞污TS濃度0.5～3.0％，有機負荷低，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
罐內有攪拌機和增溫設施，頂蓋用固定密封頂或膜頂收集沼氣。當前，德國產氣儲氣一體化厭氧罐新技術已經在美國一些農場得到應用。因其造價低和技術可靠。已逐步成為主流池型。現占總沼氣工程的27％。
3）塞流式厭氧消化器
常用于牛場糞污處理，處理糞污Ts濃度5～13％。有機負荷為1～6KgCOD／m3?d。占總沼氣工程的19%。
其它少數農場也有采用ASBR和UASB工藝處理豬糞污水。
三、發酵溫度
1、德國和奧地利的農場沼氣工程，90％采用中溫發醇，德國有大約9%的沼氣工程采用高溫發酵。奧地利只有3％左右采用高溫發醇，另有3％左右采用一級高溫、二級中溫的組合發酵。
2、美國絕大部分農業沼氣工程采用中溫發酵（35～40.5℃）。
3、丹麥自1999年以后，新的聯合沼氣廠的建立，管理得到改進，產沼氣量逐年提高。一些工廠從中溫發酵轉為高溫發酵（52~55℃）。目前丹麥的沼氣工程多采用高溫發酵工藝。研究表明：經過高溫，厭氧消化大腸桿菌可以從6~13×104個/ml降到5個/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、丹麥、荷蘭等發達國家的沼氣工程裝備已達到了設計標準化、產品系列化、生產工業化，質量得到有效的控制。工程裝備的組裝技術也已模塊化、規范化。德國的大型厭氧消化裝置（容積在2000~5000m3）為圓柱型立式罐，多為鋼結構，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，鋼結構或鋼筋混凝土結構。二級厭氧消化裝置（立式罐）頂部常常裝有雙膜儲氣罩，構成了發酵、儲氣一體化裝置，既接生了單獨儲氣裝置的費用（比分體式降低15%左右）和占地面積，又解決了在寒冷地區冬季儲氣裝置水封防凍的問題。
配套設備如：帶切割裝置的高固形物的進料泵、低俗混合攪拌器、增溫保溫設施、生物脫硫裝置等已形成專用、系列化產品，制造工業水平較高，產品性能穩定，很有實用價值和市場競爭力。
2、歐洲農場沼氣工程一般采用機械攪拌。早期，普遍采用快速潛水推進式攪拌。近期，低速攪拌逐漸成為發展趨勢。另外，歐洲的沼氣工程的機電設備操作基本實行自動控制，工程運行管理實施遠程在線監測，工程運行管理人員很少，工程運行效果可控性強，能**全年穩定運行。
五、沼氣凈化
頭條 | 歐美沼氣主要產出國工程技術匯總介紹—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；沼氣發電，需要脫水、脫硫、脫有機鹵化物；沼氣作汽車燃料，需要脫水、脫硫、脫有機鹵化物、脫二氧化碳；沼氣并網，需要脫水、脫硫、脫有機鹵化物、脫二氧化碳以及去除金屬。沼氣作為汽車燃料的凈化要求.高：甲烷含量大于96%，水分含量低于15mg?Nm-3，H2S含量不超過100 mg?Nm-3，顆粒物質限制在40μm以下。
1、歐洲沼氣凈化具體方法
脫水：兩相分離、冷卻。當沼氣用于并網時，脫水采用乙二醇或分子篩吸附，用于燃料時，含水率低于15 mg?Nm-3。
脫硫：Fe2O3，活性碳。水洗，可以同時脫硫和CO2。生物脫硫，在德國農業沼氣工程普遍采用生物法脫硫，大部分采用發酵罐內生物脫硫，少部分采用罐外脫硫。因為生物脫硫技術比較簡單，費用低并能滿足發電機組的要求。
脫有機鹵化物、重金屬：活性碳吸附法。
脫氧：催化處理。
脫CO2：水洗、變壓吸附，可以同時脫硫和CO2。正在進行藻類光和固定。
脫有機硅、碳氫化合物：活性碳吸附法。
2、德國采用的沼氣凈化工藝
頭條 | 歐美沼氣主要產出國工程技術匯總介紹—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階段，尚未投入到實際應用中。
值得一提的是，德國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，產生爆炸、火災隱患以及異味污染。根據法律條款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 | 歐美沼氣主要產出國工程技術匯總介紹—.近幾年，沼氣作燃料電池的試驗已經在整個歐洲進行。歐盟 AMONCO項目研究結果已經顯示出沼氣燃料電池的潛力，例如：與目前的氣體發動機相比，熱電聯產機組中燃料電池能有效率。
采用現代發動機可以將沼氣發電效率從30％提高到35％，而燃料電池的電效率可以達到60％以上。在家庭，燃料電池能代替老的加熱設備，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。今后的發展趨勢是高溫燃料電池。甲烷純度要求不高，沼氣凈化、轉化系統簡單，蒸汽需要量低（CO2用于轉化）等優點。
來源：@沼氣圈
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