沼气技术及其应用

张全国，河南农业大学，十一届全国政协委员，民革中央委员，副校长，二级教授，博导，张全国,男，河南农业大学副校长，二级教授，博士生导师，农业部可再生能源新材料与装备主任。一直致力于我国从事可再生能源与农业工程领域的教学和科研工作。十一、十二届全国政协委员、十二届全国政协教科文卫体委员会委员、民革中央委员等职。兼任教育部农业工程类专业教学指导委员会副主任、农业部第九届科学技术委员会委员、中国农业工程学会副理事长、中国高等教育学会工程热物理专业委员会副理事长、中国沼气学会副理事长、河南省可再生能源学会理事长、农业部可再生能源新材料与装备主任、《热科学与技术(高等学校工程热物理学报)》编委副主任、《International Journal of Agricultural and Biological Engineering (IJABE)》等杂志编委等职。 

作为“首批国家教育部优秀骨干教师”,近年内作为主持承担3项国家“863计划”项目、5项国家自然科学基金项目、1项国家公益性行业(农业)科研专项、2项国家博士点基金项目、1项国家跨越计划项目、1项国家农业科技成果转化基金等。1994年获得河南省青年科技奖和河南省优秀教师奖励基金奖，1996年获得河南省跨世纪学术和技术带头人和郑州十大杰出青年，1998年获得第三届中国青年科技创业奖，2000年获得民革全国先进个人，2002年获得河南省省管优秀专家，2011年获中国专利优秀奖，2013年获“全国政协优秀提案奖”，2013年获国家科技进步二等奖，2014年获教学成果二等奖等多项奖励，15项成果获省部级以上科技进步奖。发表论文100余篇，授权专利19项。

第1章 绪论 001 

1.1 沼气技术发展历程 001 

1.2 沼气技术在“双碳”时代的作用 005 

1.2.1 缓解我国化石能源供应压力 005 

1.2.2 改善农民生活环境及卫生条件 005 

1.2.3 控制局部地区环境污染 006 

1.2.4 促进农业生态环境的改善 007 

1.2.5 促进新农村建设 008 

1.2.6 助力“双碳”目标实现 009 

参考文献 010 

第2章 沼气技术基础 011 

2.1 沼气发酵微生物 011 

2.1.1 沼气发酵微生物种类 011 

2.1.2 沼气发酵微生物之间的关系 012 

2.1.3 微生物沼气发酵基本原理 012 

2.2 沼气发酵生化过程及其工艺调控 014 

2.2.1 沼气发酵原料 014 

2.2.2 沼气发酵原料的产气特性 016 

2.2.3 沼气发酵原料的前处理 019 

2.2.4 沼气发酵工艺及控制条件 027 

2.3 沼气干发酵 054 

2.3.1 沼气干发酵机制 054 

2.3.2 沼气干发酵工艺类型 055 

2.3.3 沼气干发酵工艺条件控制 056 

2.3.4 发酵过程管理 059 

2.4 沼气发酵潜力的动力学特性 060 

2.4.1 沼气发酵反应的吉布斯自由能变化 060 

2.4.2 氢分压对挥发性脂肪酸降解的影响 062 

2.4.3 沼气发酵动力学 065 

2.5 沼气提纯技术 072 

2.5.1 沼气脱水工艺及装置 073 

2.5.2 沼气脱硫工艺及装置 075 

2.5.3 沼气脱二氧化碳工艺及装置 087 

2.6 纯化沼气应用技术 090 

2.6.1 纯化沼气并入燃气管网作为燃气方面的应用 091 

2.6.2 纯化沼气在车用燃料方面的应用 091 

2.6.3 纯化沼气在沼气燃料电池方面的应用 092 

参考文献 093 

第3章 户用沼气池的设计、施工及运行管理 095 

3.1 户用沼气池的设计 095 

3.1.1 沼气池设计原则 095 

3.1.2 户用沼气池的常用池形及其特点 095 

3.1.3 沼气池设计参数的确定 099 

3.1.4 沼气池设计计算 100 

3.2 户用沼气池施工工艺 101 

3.2.1 建池时间的选择 101 

3.2.2 池形选择 102 

3.2.3 建池地址的选择 102 

3.2.4 施工工艺的选择 103 

3.2.5 建筑材料的选择 103 

3.2.6 土方工程 105 

3.2.7 施工标准及其操作要点 107 

3.2.8 沼气池的验收 110 

3.3 输气管道的安装 110 

3.3.1 输气管道管材的选择 111 

3.3.2 管径的选择 111 

3.3.3 管件的选用 111 

3.3.4 输气管路的安装要求 112 

3.3.5 输气管路的安装方法 112 

3.3.6 输气管路中疏水瓶的安装 113 

3.3.7 输气管路的气密性检查 114 

3.3.8 输气管路安装过程中的注意事项 114 

3.4 户用沼气池的启动 114 

3.4.1 发酵原料的处理与配料 114 

3.4.2 投料 115 

3.4.3 酸碱度的调整 115 

3.4.4 封池 115 

3.4.5 放气试火 115 

3.4.6 户用沼气池启动过程中常见故障分析 116 

3.5 户用沼气池的运行管理 117 

3.5.1 沼气池的进出料管理 117 

3.5.2 池内搅拌 117 

3.5.3 发酵料液的酸碱度调节 117 

3.5.4 冬季的保温增温管理 118 

3.5.5 夏季防止沼气外溢 119 

3.6 沼气池的安全管理 119 

3.6.1 防火防爆 119 

3.6.2 水压间防止人畜跌入 119 

3.6.3 沼气池大出料及维修期间防止人员窒息 119 

参考文献 120 

第4章 沼气工程的设计与施工及运行管理 121 

4.1 沼气工程的分类 121 

4.2 中小型沼气工程的设计计算 122 

4.2.1 基本参数的确定 122 

4.2.2 池容的确定 125 

4.2.3 结构设计 128 

4.2.4 选址规划及施工准备 134 

4.2.5 土方及基础工程施工 135 

4.3 辅热集箱式沼气工程技术 144 

4.3.1 养殖场规模与沼气原料量的确定 144 

4.3.2 辅热集箱式沼气工程的设计 147 

4.3.3 辅热集箱式沼气工程施工工艺 154 

4.3.4 辅热集箱式沼气工程技术特性及其应用 159 

4.4 温室隧道式沼气工程技术 160 

4.4.1 设计要求及设计原则 160 

4.4.2 厌氧发酵系统的设计 162 

4.4.3 温室隧道式沼气气肥联产成套设备 166 

4.5 罐池组合式沼气工程技术 170 

4.5.1 罐池组合式气肥联产工艺 170 

4.5.2 罐池组合式气肥联产设备 175 

4.6 多能互补式沼气工程技术 182 

4.6.1 多能互补型生物质沼气发酵热能流动理论 182 

4.6.2 多能互补型生物质沼气发酵池设计 190 

4.7 大中型沼气工程的设计、施工及运行管理 191 

4.7.1 大中型沼气工程的设计要点 191 

4.7.2 大中型沼气工程主要设备及设计 193 

4.7.3 大中型沼气工程的施工与运行管理 209 

4.7.4 大中型沼气工程的维护和故障处理 218 

4.7.5 大中型沼气工程实例 221 

参考文献 228 

第5章 沼气利用技术 230 

5.1 沼气的成分和燃烧特性 230 

5.1.1 沼气的成分和物理性质 230 

5.1.2 沼气的燃烧特性 233