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蔬菜类沼气厌氧发酵工艺条件及经济分析研究摘 要伴随能源担心和环境污染问题日益突出，本世纪全球直接面临着能源资源匮乏造成全球能源危机和一次能源消耗增加带来日益严重环境危机。中国正处于经济高速发展时期，能源消费增加速度靠近甚至超出了国民经济发展速度，部分能源紧缺趋势必将伴随中国经济快速增加日益加剧。同时，伴随全球气候变暖和大气环境质量急剧恶化，中国环境污染问题也日益凸显。这些全部必将制约中国未来能源、经济、社会发展。所以，怎样寻求未来能源发展契机，缓解能源供需矛盾和有效控制环境污染是中国乃至全世界全部在面临两大难题。沼气是一个可再生无污染优质燃料，替换秸秆和煤，不仅能够降低一次能源消耗，还有利于降低CO2、SO2等有害气体排放。沼气技术用于处理畜禽粪便、工业有机废水、生活污水、城市有机垃圾等生物质废弃物能够得到最完全最根本利用，是中国现在大力发展四大关键可再生能源项目之一。所以，合理利用生物质资源，发展沼气产业是缓解中国能源供需缺口、降低环境污染有效路径，也是中国实现可连续发展关键内容之一，含相关键现实意义。本文采取试验和理论分析相结合方法,研究了可供农作物黄瓜藤发酵制备沼气工艺参数确定和破碎能耗经济性计算有效方法。本文关键研究结果及结论以下:(1) 介绍了农作物关键破碎方法,对不一样厂家生产农作物秸杆破碎能耗进行了分析,在相同破碎出 力条件下,破碎粒度越小,能耗越高。工程实际中可依据不一样粒径需求,尽可能降低破碎能耗。(2) 以常见农作物黄瓜藤叶为原料，经过中温条件，连续投料方法，研究了不一样原因对黄瓜藤叶产气特征影响。其中包含黄瓜藤青枯比和活性污泥投配率等原因，试验结果显示，黄瓜藤新鲜度能有效影响厌氧发酵产气总量和产甲烷气体量，同时也影响产气速率。(3) 经过添加不一样投配率活性污泥在中温条件下进行厌氧消化反应研究，投加污泥方法是天天投加，经过分析反应过程中产气总量、产甲烷气体量、pH等指标对投配率为5%，7%和10%影响，用来探究厌氧发酵产气特征和稳定性能。关键词：厌氧发酵 沼气制取 能耗分析 Vegetables biogas anaerobic fermentation process conditions and economic analysisABSTRACT With the increasingly prominent problems of energy shortages and environmental pollution, the whole world in this century has immediately experienced global energy crises cause by insufficient energy resources and an increasingly serious environmental crisis brought about by the growth of energy consumption. Our country is in the period of rapid economic development. Chinese growth rate of energy consumption is close to even higher than the speed of development in national economy. The trend of shortages in some types of energy will become increasingly serious with the fast increase in Chinese economy. Meanwhile, with global warming and sharply deteriorated quality of atmospheric environment, Chinese problems on environmental pollution are increasingly prominent. All these problems will undoubtedly restrict Chinese future developments on energy, economy and society. Therefore, China and even the world are faced with two big problems which are how to find the opportunities to develop future energy, and the relief for the contradiction between supply and demand of energy and effective control of the environment pollution. Biogas which can take the place of straw and coal is a type of renewable pollution-free premium fuel. It can not only reduce the consumption of primary energy, but also contribute to decrease the emissions of harmful gas such as CO2, SO2 and so on. Biogas technology is used to deal with and make full use of biomass waste such as livestock and poultry waste, industrial organic wastewater, sewage, urban organic waste and so forth. It is at present one of the four key programs in China greatly developed in renewable energy. Hence, reasonable use of biomass resources and the development on biogas industry which are of great practical significance are effective ways to ease the shortage between energy supply and its demand and to reduce the pollution to the environment, and are also improtant contents of achieving sustainable development in our country. This article adopts the method of combining experiment and theory, research for crop straw preparation of biogas fermentation biogas projects for process selection, process parameters and effective method of efficiency calculation. In this paper, the main research results and conclusions are as follows：（1） introduces the main way broken crops, for different manufacturers crop straw breaking energy were analyzed under the same conditions crushing output, crushing smaller the particle size, the higher the energy consumption. Engineering practice according to the needs of different size, to minimize energy consumption broken.（2） in common crops - cucumber vine leaves as raw materials, through the temperature conditions, continuous feeding of the way, the effects of different factors on cucumber vine leaves gas properties. Including cucumber vines of Ralstonia ratio and activated sludge dosing rate and other factors, the experimental results show that the freshness of cucumber vines can effectively influence the total gas production and the amount of methane gas produced by anaerobic fermentation, but also affect gas production rate.（3） By adding active sludge different dosing rates in the temperature anaerobic digestion reaction conditions studied dosing sludge way daily dosing, the total gas production by analyzing the reaction process, the amount of methane gas, pH, etc. indicators of dosing rate of 5%, 7% and 10% of the impact, to explore the anaerobic fermentation gas properties and stability. KEW WORDS: Anaerobic fermentation Biogas Preparation Analysis of Energy Consumption第一章 绪论1.1 课题背景1.1.1 中国一次能源消费情况 中国能源情况和政策()一书指出,中国化石燃料人均拥有量较低，煤炭、石油和天然气人均占有量分别为世界平均水平67%、5.4%和7.5%。伴随中国经济快速发展,中国一次能源消费量逐年增加。依据国家统计局统计公报相关数据,经过分析,可得出中国能源消费总量改变情况,图1.1所表示1。从图1.1能够看出,中国能源总产量为31.8亿吨标准煤,同比增加7.1%。煤炭是中国关键一次能源，占能源总量70%以上,石油、天然气、水电、核电、风电等不一样种类一次能源在中国一次能源结构中百分比图1.2中所表示。为了改善中国一次能源结构,实现经济和能源可连续健康发展,中国十分重视新能源和可再生能源发展,在政策导向、经济赔偿和技术研发等方面加大了新能源和可再生能源支持和投资力度。,全国人大颁布了中国可再生能源法，国家发改委公布了可再生能源中长久发展总体计划。在可再生能源中长久发展总体计划中，计划指出到可再生能源在中国一次能源消费中所占百分比将达成15%。 图1.1 能源生产总量（万吨标准煤） 图1.2 各能源占能源生产总量比重（%）1.1.2 中国外新能源和可再生能源发展情况化石燃料大规模应用推进了第一次工业化革命,促进了人类经济规模快速增加和生活水平大幅度提升。在过去100多年里，大规模利用化石燃料过程中,化石燃料能源化利用排放温室气体（CO2）、酸性气体(硫化气体)和粉尘,造成全球性环境污染和生态破坏。同时,化石燃料资源量也在快速地降低。为了实现经济、能源和环境友好发展,在20世纪出现能源危机以来,各国逐步认识到改变能源消费结构关键性,加大了新能源和可再生能源研发力度,投入了大量人力和物力,使新能源和可再生能源在全球一次能源消费结构中所占百分比逐年上升。世界一次能源消费结构估计结果和中国一次能源消费结构估计结果,图1.3。 图1.3 世界及中国一次能源消费结构估计图从图1.3能够看出,不管是在亚洲,还是在全球,可再生能源在一次能源消费结构中所占百分比全部逐年增加。因为各国全部十分重视可再生能源健康发展,可再生能源实际增加速度,超出图1.3中所估计结果。在世界范围内,各国全部十分重视新能源和可再生能源发展和利用,认为占领新能源和可再生能源技术制高点,是本国经济和环境可连续发展关键确保。 年 1 月 26 日,国际上成立了 The International Renewable Energy Agency(IRENA)2,意在促进新能源和可再生能源研发和推广应用。该组织签字国家达成75个,包含非洲部分经济落后国家。即使美国、中国、俄罗斯、印度、日本、中国等国家均未参与该组织,但这些国家也全部十分重视新能源和可再生能源在本国能源消费中所占百分比。,美国政府提出到,新能源和可再生能源发电量占总发电量百分比为10%;到2025年,新能源和可再生能源发电量占总发电量百分比为25%;到2050年,温室气体排放量,在温室气体排放量基础上降低80%3。欧共体计划4: 可再生能源占能源消耗20%,可再生能源发电量占总发电量30%。德国计划5:到,可再生能源在一次能源消费中百分比将达成18%,其中可再生能源发电量占总发电量百分比为30%,可再生能源供热量占总供热量14%。英国、法国、丹麦、荷兰、日本、加拿大、俄罗斯、巴西、印度等国家也全部提出了对应发展新能源和可再生能源计划,以促进本国可再生能源快速发展和推广应用。多年来,中国新能源和可再生能源发展速度处于世界领先水平,在太阳能热利用和光伏发电方面6,太阳能热利用处于世界领先水平;太阳能光伏发电装机容量到底己达成600MW,位居世界第一。到,中国太阳能光伏发电总装机容量将达成0MW。在风能方面,到底,中国风力发电总装机容量己超出63000MW,居世界第一。在中国可再生能源法中要求了生物质能资源范围,中国生物质能资源包含:自然界植物、粪便和城镇有机物。上述生物质转化能量称为生物质能。常见生物质能源化和资源化包含生物质能源化利用和资源化利用这两大类。生物质能源化利用和资源化利用目标是不相同,但有一个共同目标,就是提升生物质利用价值和利用率,降低化石燃料用量,改善能源结构,实现能源和环境可连续发展。常见生物质能源化和资源化利用方法图1.4所表示。图1.4 生物质能源化和资源化利用方法 依据中国可再生能源中长久发展计划7,到,中国在生物质能利用领域目标为:生物质发电总装机容量达成30000MW,生物质固体成型燃料年利用量达成5000万吨,沼气年利用量达成440亿立方米,生物质乙醇年利用量达成1000万吨,生物柴油年利用量达成200万吨。如前所述,底,中国在太阳能和风能两个领域装机容量已居于世界第一。中国在生物质能利用领域发展并没有像预期那样顺利。为了加紧中国生物质能开发和利用,国家在生物质发电方面给了关键扶植,生物质发电标杆电价统一要求为0.75元/千瓦时,以促进生物质发电技术推广应用。1.2 农作物能源化利用和资源化利用特点1.2.1 农作物能源化利用农作物能源化和资源化利用目标是不一样,农作物能源化利用目标是经过化学、物理或生物方法,将农作物所含生物质能进行能源化利用,包含发电、供热和热电联产。图1.4所表示,常见农作物能源化技术分高温转化、物理化学转化和生物化学转化等三种。其中,高温转化包含:碳化、热解、气化,将产生固体燃料、液体燃料和气体燃料进行燃烧,实现能源化利用；物理化学转化关键指先将农作物压缩成型固体燃料,然后再进行燃烧进行能源化利用或将其制成液体燃料；生物化学转化包含:发酵制备成乙醇、厌氧制备沼气或好氧堆肥,乙醇和沼气作为燃料进行燃烧,实现能源化利用,好氧堆肥产生热量进行供热8。 现就农作物能源化利用技术进行简明介绍:(1) 直接燃烧技术 农作物经过燃烧方法进行能源化利用,是农作物能源化利用关键方法之一。从农作物作为炊事薪柴,到农作物釆用大容量锅炉进行燃烧,实现发电、供热和热电联产。农作物能源化利用能够降低化石燃料应用,降低污染排放。在农作物生长过程中,农作物光合作用是吸收C02,释放出02;而在农作物能源化利用过程中,假如采取燃烧方法实现农作物能源化利用,则燃烧过程消耗02,产生C02,从而实现农作物替换化石燃料,降低C02排放。 二十一世纪初,中国外全部把农作物采取大容量锅炉进行燃烧发电、供热和热电联产,作为农作物能源化利用关键应用技术加以研究和推广应用,但在推广应用过程中发觉,因为不一样种类农作物含有不一样种类和数量碱金属,使农作物在燃烧过程中造成灰熔点温度降低。假如不降低锅炉燃烧温度,就会使农作物燃烧产生灰渣处于熔融状态,引发锅炉受热面沾污和腐烛,影响锅炉日常安全运行，加重维护成本。假如降低农作物燃烧温度,使农作物燃烧产生灰渣处于固态,则使锅炉炉膛烟温要降到800C以下,这不仅降低了锅炉热效率,也使炉膛内燃烧工况不停恶化,造成不稳定燃烧。为了处理农作物燃烧过程中所存在问题,中国外对不一样种类农作物在不一样燃烧条件下碱金属对灰溶点影响规律和锅炉安全运行条件进行了大量研究,得出了不一样碱金属对灰溶点影响规律,也找到了部分使锅炉安全运行技术方法9。不过到现在为止,尚没有从根本上处理农作物中碱金属对锅炉受热面沾污和腐烛问题,从而制约了农作物采取锅炉燃烧进行能源化利用推广。多年来,中国前后建立了快要100座以农作物为燃料生物质发电厂,但大多数全部在运行1年左右后出现严重受热面沾污和腐烛现象,严重影响了这些生物质电厂安全运行和经济效益,有三分之一以上生物质发电厂处于停产和半停产状态,这些原因使中国调整了农作物能源化利用方向。 (2) 农作物碳化技术 农作物碳化技术是将预处理成型后农作物进行加热,使其水分挥发或蒸发掉,得到木炭产品10。木炭作为固体燃料进行燃烧,可作为家庭日常炊事用燃料,也可用于冶金、化工等领域。所以,农作物碳化技术既是一个农作物秸秆能源利用技术,也是农作物资源化利用技术。不过，总体来说,中国外农作物碳化技术规模化应用不多。(3) 农作物热解技术 农作物燃烧是在过量空气系数大于1情况下进行热化学反应,而农作物热解则是在过量空气系数为零,即没有空气存在情况下进行加热,进行热化学反应,农作物经过水分蒸发、干馏、气体产出等不一样阶段,得到气体燃料,同时产生焦油和固定碳。热解过程依据温度范围可分为低温热解(热解温度800C) 11。对于农作物低温热解,木炭是其关键产品,热解产生焦油和可燃气体是副产品;但对于农作物中温热解和高温热解来说，关键产品是热解过程产生气体燃料,而热解过程产生焦油和焦炭是副产品。中国外对农作物秸秆热解过程也进行了大量理论探索和试验研究，为农作物热解技术商业化应用奠定了较为扎实理论方面和技术方面基础。农作物热解技术在中国外全部得了商业化推广应用。中国也有多套农作物热解装置进行了商业化运行。但在农作物热解商业化运行过程中,作为副产品焦油,一直是热解气体净化过程中较难以处理技术难题，这会造成热解工艺二次污染,影响了热解装置运行安全性和经济性，同时也制约农作物热解大规模商业化应用。所以，农作物热解技术，现在在中国外全部不是农作物能源化利用主流技术方向。(4)农作物气化技术农作物气化是在过量空气系数小于1情况下进行热化学反应。农作物气化以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气作为气化介质,在高温条件下经过热化学反应将农作物中高分子有机物转化成可燃气体性燃料,气化过程产生焦油和少许固定碳则是气化过程副产品12。中国现在有300套以上农作物气化装置投入了商业化运行15,包含为农村提供了炊事用气体燃料。但在农作物气化商业化运行过程中,作为副产品焦油,一样造成了气化装置中管道堵塞和设备腐烛等问题，给后期装置运行维护带来了不利条件。在脱除焦油过程中,也会产生二次污染,影响了农作物气化装置运行安全性和经济性。(5) 农作物制备液体燃料 农作物制备液体燃料分为制备生物油和乙醇两种形式。用农作物制备生物油直接液化技术,是将农作物在高温、高压和溶剂存在条件下,进行热化学反应,从而制备成生物油。农作物制备乙醇则是采取发酵方法，将农作物进行降解，制备成乙醇。生物油和乙醇全部可作为液体燃料,乙醇还能够作为在化工领域广泛使用原料。所以,农作物制备液体燃料可视为农作物能源化利用和资源化二者利用相结合技术。中国外对农作物制备液体燃料理论基础、工艺步骤等也进行了大量研究探索，为农作物工业化制备生物油和乙醇奠定了理论和技术基础。在农作物制备生物油方面，即使技术上是成熟和可行,但因为制备生物油成本比较高,假如没有政府以财政形式进行补助话,在价格上难以和石油炼成燃料油进行直接竞争,从而制约了农作物制备生物油规模化推广应用。对于农作物制备乙醇,中国外全部有大规模工业化装置在运行。 世界上利用农作物制备乙醇产量最多国家是南美洲巴西,该国利用甘蔗澄制备乙醇,能够满足本国汽油添加20%乙醇要求,乙醇产量将达成1.5亿升16。因为农作物制备乙醇生产率比较低,农作物制备乙醇技术在中国并没有大计划商业化应用。(6) 农作物制备沼气农作物制备招气是将农作物破碎后和水混合成液体发酵原料,在厌氧条件下,经历水解、酸化、醋酸化和甲烷化等四个阶段,将农作物中可降解有机物降解为CH4、C02、H2、H2S等气体,这些气体混合物称为沼气。农作物秸秆制备沼气主产品是沼气,副产品是沼液和沼渔。沼气能够作为燃料直接进行能源化利用。经过纯化提升甲烷浓度后并入天然气管网，以作为燃料进行资源化利用。沼液和沼渣是理想有机肥料，所以，农作物制备沼气技术是经典农作物能源化和资源化利用技术,且含有污染排放低、能源化和资源化利用率和转换率高、易实现模块化等优势，是中国外多年来广泛受青睐农作物能源化和资源化利用技术。多年来,中国外对农作物制备沼气基础理论、工艺步骤、污染排放、经济和环境保护效益等方面内容进行了广泛和深入细致研究,取得了丰富结果,为农作物制备沼气大规模商业化推广应用奠定了技术实用基础,促进了农作物制备沼气技术推广和应用。很多国家全部把农作物制备沼气技术作为本国农作物能源化和资源化利用主导技术之一。1.2.2 农作物资源化利用 农作物资源化利用是对农作物进行合理利用关键路径之一,常见农作物资源化利用技术关键包含以下多个方面:(1) 农作物堆肥技术农作物堆肥分为好氧堆肥和厌氧堆肥这两类。好氧堆肥是将预处理后农作物通入氧气,经历升温阶段、高温阶段、降温阶段和腐熟阶段这四个关键步骤,将农作物制成有机肥，同时伴有NH3、C02等气体产生,气体经过净化后排入大气中，当然这其中对大气是有污染。好氧堆肥过程中产生热量用以加热堆肥原料或对外供热，实现热能回收利用。从好氧堆肥目标来看,关键目标是取得有机肥料。所以,农作物好氧堆肥视为农作物资源化利用更为适宜些。农作物厌氧堆肥,是将农作物破碎预处理后,在厌氧条件下经历水解、酸化、醋酸化和甲烷化等四个阶段制备成有机肥沼渣沼液,同时产生沼气。和农作物制备沼气不一样,农作物厌氧堆肥产生有机肥是主产品,沼气是副产品,沼气大多数情况下经过净化后排入大气,并不进行能源化利用。所以,农作物厌氧堆肥是属于农作物资源化利用技术。在农作物好氧堆肥和厌氧堆肥实际应用过程中,大规模堆肥厂好氧堆肥占主导地位，小型或家用农作物堆肥,则是以厌氧堆肥为主。中国外对农作物好氧堆肥和厌氧堆肥机理和工艺步骤、堆肥过程温度和通风控制方法、肥料有效成份、堆肥生态和环境效益等方面进行了广泛和深入研究,为农作物堆肥技术规模化应用奠定了理论基础。在发达国家，农作物工业化堆肥产品价格较高,堆肥厂能够取得很好经济效益和社会效益。而在中国,大型堆肥厂堆肥产品售价定得太低,无法和化肥进行市场竞争,即便有政府财政补助,也难以取得很好经济效益。所以中国已建成数家大型农作物堆肥厂,全部处于半停产或关闭状态。如上所述,农作物堆肥技术可分为好氧堆肥和厌氧堆肥两类,即使好氧堆肥过程中有热能利用情况，但农作物好氧堆肥和厌氧堆肥全部作为农作物资源化利用更为适宜。(2) 农作物成型燃料技术 农作物经过压缩、成型等处理方法，将其制备成成型燃料,这能提升了燃料密度,因为成型过程中脱除了大量得水分,使其单位质量成型燃料热值比原农作物热值得到显著提升，农作物，比如秸秆成型燃料密度为:1.21.4g/em3,干基高热值为1420MJ/kg,使农作物秸秆成型燃料比原农作物更易于进行燃烧和储存15。中国外对农作物破碎原理、成型设备、成型能耗、成型燃料燃烧过程等方面进行了大量研究,发出几十种不一样类型农作物成型燃料成型机。中国也有数十家农作物成型机制造厂家，国产农作物成型机最大额定出力为2t/h。农作物,尤其秸秆类农作物，成型燃料可作为农村炊事用燃料,也能够用于燃煤电厂或水泥厂和煤进行混烧,不仅节省了化石燃料消耗量,而且也能够降低燃煤电厂或水泥厂气体污染物排放。所以,农作物成型燃料技术是农作物能源化利用技术关键方向之一,是中国外感爱好农作物能源化和资源化利用方向。而农作物成型燃料成型过程高能耗,成为该项技术大规模推广应用关键障碍。 如上所述,农作物成型燃料技术可视为农作物能源化利用技术或资源化利用技术。但农作物成型燃料关键作为燃料进行燃烧,农作物成型燃料热值较高,且含硫量低,灰分小,含有输运方便、工艺简单等优点。所以,农作物成型燃料技术视为农作物能源化利用技术更为适宜。伴随化石燃料价格不停攀升和农作物成型燃料成型过程能耗不停下降,有理由相信,农作物成型燃料应用规模将得到快速扩大。 (3)农作物制备建筑材料、包装材料等以农作物，尤其是秸秆类为原料,不仅能够制备成建筑材料如保温材料,农作物还是造纸业关键供料之一,农作物还可加工成多种轻质板材,用作家俱辅助型材料。另外，农作物还能够用作编织材料，制作箱包等等。由此可见,农作物资源化利用路径是多个多样,但上述农作物资源化利用路径规模全部不是很大,极难实现农作物规模化资源利用。1.3 中国沼气产业发展存在关键问题从总体发展水平来看，中国沼气产业整体水平和发达国家相比还有较大差距，还没有实现“产业化”。德国和中国是现在世界上处理农业废弃物沼气工程数量最多、发展最快国家。但中国沼气工程整体技术水平和运行效率和德国还相差甚远。本论文将经过对比中国和德国沼气产业发展现实状况，具体分析中国沼气产业发展存在关键问题。（1） 大规模工业化生产百分比小，整体运行效率低 现在，中国沼气建设关键还是以农村户用沼气为主，池容通常只有 610m3，产生沼气关键用于农户炊事。处理农业废弃物沼气工程也关键是建在规模化畜禽养殖场，因为受养殖场数量、规模和地域等条件限制，其数量有限，规模也以中小型为主。而且，这些农村户用沼气及农业废弃物沼气工程建设大全部是在国家扶持情况下建设并推广，不然推广起来是很困难。所以，中国沼气产业尽管发展势头良好，数量很大，但规模小、平均装置容积小、产气率低、技术水平上升缓慢、沼气利用更多是采取“自产自消”型模式，不管是现在还是未来，全部无法形成规模化和形成产业化。表1.3.1为中国多种沼气工程数量及产气情况17。类型户（或处）产气量（亿m3/方）所占百分比（%）工业沼气工程7001.411.39%户用沼气池2174000010.1985.79%农业小型沼气工程1811970.0560.47%农业大中型沼气工程85760.2321.95%表1.3.1 中国各类沼气工程数量及产气情况名称中国德国运行数量（处）33562680平均每处容积（m3/处）2831000年产气量（万m3）2298.5130280平均每处日产气量（m3）1771322容积产气率（m3/m3d）0.20.51.01.5沼气发电装机容量（MW）6.696.50沼气发电量（GWh）8.7355.64发电沼气占总沼气产量百分比（%）2.598.5表1.3.2 中国和德国大中型沼气工程运行情况对比 由表1.3.2能够看出，中国处理农业废弃物大中型沼气工程数量是德国1.33 倍，但平均每处日产气量却只有德国13.39%，沼气年总产量只有德国17.6%。这关键是因为中国处理农业废弃物沼气工程平均装置容积只有 283m3/处，其容积产气率0.20.5m3/m3d，仅为德国沼气工程平均装置容积 28.3%，容积产气率 20%33%。所以，要实现沼气产业化，大规模工业化生产是前提，产业化就意味着先必需实现工业化生产。只有实现工业化生产，配套发酵工艺、发酵装置、输配气设备和沼气燃烧设备等技术水平才能得到整体提升，其工程整体运行效率也才能得到整体提升，也才有利于实现沼气集中供气、沼气发电并网、沼气汽车燃料等产业化运作模式。（2） 产业配套法规、政策不完善，市场机制不健全 中国沼气工程建设关键是以政府补助拉动及环境保护要求引导建设，市场步骤并没有完全打通。长久以来，沼气产业发展没有明确市场信号，即使国家政府对其发展给了一定支持，但因为没有建立起强制性市场保障政策，无法形成稳定市场需求，沼气产业发展缺乏连续市场拉动。国家引导沼气发电上网也因入网困难而难以大面积推广，致使很多沼气工程建成之日也是项目停产之日，造成国家及政府大量资金和资源浪费，更谈不上经济效益和社会、生态效益，和原有意愿相差甚远。更有甚者，部分部门及企业借上沼气工程之名套取国家补助，粗制滥造设备盈利，严重扰乱了产业市场发展。 相比之下，德国沼气补助政策全方面，不仅对原料有补助，对产品如发电和管道输运天然气全部有补助，而且对采取新厌氧发酵技术和净化、纯化技术也有对应补助。以公平、全方面标准对整个沼气产业进行审阅，关注到每个发展节点，并大力推进项目标进行。整套法规和政策全方面而且是闭合，国家政府对沼气补助资金最终起源于终端用户，由国家立法，要求用户必需消费一定百分比可再生能源，使政府法律政策可实施可连续。 由此，中国已经计划在“十二五”期间，关键探索对沼气工程发电上网、热能回收、提纯灌装、沼肥利用等开展补助，引入清洁发展机制，统筹沼气工程环境治理、能源利用、肥料生产等多重目标，实现沼气产业可连续发展。（3）产业关键技术和装备水平相对较低 德国沼气产业关键艺术和装备领先是其沼气产业快速发展一个关键原因。德国沼气工程产气率和设备利用率均较高。比如发酵罐搅拌电机，相同规模沼气工程德国只需8KWh，而中国设计高达100KWh，运行能耗差距悬殊。再如换热设备，德国瑞士厂家能将18余热回收到16，只有2温差，而中国设计通常要达成 50温差，设备制造和设计理念差距悬殊。另外，沼气净化纯化生产天然气工艺，德国可将净化纯化压缩机余热回收用于发酵罐加热，而中国现在还难以达成该水平，通常是另设加热源加热。德国净化纯化技术已经形成水洗、PSA（Pressure Swing Adsorption）和胺洗等三个系列成套技术，技术优异成熟，而中国才刚刚起步。且因为中国沼气工程规模偏小，即使引进国外水洗、PSA 和胺洗也会碰到问题，难以达成德国当地技术指标，需要深入引进消化吸收和改善。 总而言之，中国沼气产业发展，必需要从现在关键局限于农村户用，逐步向工业化生产和工业化应用方向转变。经过相关扶持政策，探索适合中国沼气产业发展产业链，走市场化道路，根据市场规律运作，使沼气综合效益得以利润表现，才能开辟出新沼气产业化路径。1.4 试验研究目标，技术路线 中国现在农作物发酵制沼气技术和发达国家相比,起步较晚,大型项目标运行经验相对较少。因为中国幅员广阔,不一样地域农作物资源种类不一样,其物理和化学性质也有较大差异,加之中国不一样地域年平均气温差异较大,使中国农作物厌氧发酵制备沼气大型项目难有统一设计参数标准。对于不一样大型沼气项目,必需结合项目实际农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔消纳和后续处理工艺、农作物价格和最大运输半径、原料储存和供料方法、发电机组选型等原因进行综合考虑,才能使项目实施后取得最好经济和社会效益。 依据中国农作物制备沼气技术应用现实状况,结合本文研究农作物制备沼气项目实际案例,本文研究目标为:;研究发酵原料物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（关键是黄瓜藤）和粒径方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。 为了实现上述目标,本文研究内容关键集中以下多个方面:（1）研究农作物破碎预处理特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。（2）研究了黄瓜藤鲜活度对发酵产气量和产气速率等原因影响。（3）不一样投配率对发酵产气量和产气速率等原因影响；为了厌氧发酵反应连续反应，同时还研究不一样投配率对于pH值影响。1.5 论文章节安排本论文共包含六章内容。第一章介绍课题研究背景，中国能源消费和可再生能源利用现实状况，和课题关键研究内容和意义。第二章厌氧发酵反应制备沼气基础原理和影响参数。第三章叙述农作物破碎原理，从中说明粒度和能耗间关系，而且从能耗角度分析不一样粒度颗粒耗能情况。第四章针对需要采取试验方法对各个原因进行研究，确定试验数据测量方法和试验进行过程中需要注意事项，预防试验失败。第五章试验采取定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应试验，研究系统稳定性能和产气性能。第六章作出对课题总结和展望，总结本课题研究结果，并提出不足之处和以后还需深入研究方向。第二章 厌氧发酵原理及其工艺 农作物作为发酵原料，用来制备沼气是生物质厌氧发酵一个。如本文第一章所述,生物质发酵依据发酵过程中是否存在氧气,可分为好氧发酵和厌氧发酵。好氧发酵主产品是有机肥,厌氧发酵主产品能够是有机肥或沼气。假如生物质厌氧发酵主产品是沼气,则称为生物质发酵制备沼气。2.1 有机物厌氧降解基础过程 厌氧处理过程是由多个微生物共同作用完成,微生物将有机大分子化合物经过转化成了CH4、C02、H2O、H2S和氨等物质。在厌氧发酵过程中,微生物相互间影响、相互间约束，微生物之间共同组成一个生态系统。从上世纪70年代中起,研究者们就对厌氧消化技术进行了广泛研宄并取得了很多结果。厌氧生物降解基础过程图2-1所表示18。