我国沼气行业产业化发展分析

中投顾问产业研究中心中投顾问·让投资更安全经营更稳健我国沼气行业产业化发展分析我国沼气产业发展提速2014年6月7日，国务院发布能源发展战略行动计划，明确提出要推进能源消费、供给、技术和体制“四个革命”。发展生物天然气成为生态文明建设和国家能源发展战略的重要组成部分。国家农业部适时提出了“调结构、优布局、提标准、建体系、强能力、创模式”的六转变。在农业部大力推动下，浙江、甘肃、山东等10省相继出台了农村能源或可再生能源条例，河北大力引进国外资金、内蒙古拓展秸秆生物天燃气产业、黑龙江扩展区域治理功能、湖北探索小型沼气供气、新疆建立生态循环模式，中国沼气事业又迸发出勃勃生机。山东以废弃物鸡粪为依托，先后建设了3MW沼气发电并网、300t/d沼液资源化利用、42000m3/d生物天然气提纯等资源循环利用工程，日处理养殖粪便、秸秆1000吨，日产沼气10万立方，日发电6万度，日提纯生物天然气4.2万立方，年产沼液浓缩有机叶面肥料1万吨，年减少温室气体排放30万t。该企业在纵向产业延伸方面，形成了以生物燃气为“纽带”的“生态健康养殖—生物质高效利用—高品质有机肥料生产—有机种植”循环产业链；在横向产业拓展方面，形成了“粪污—沼气—电能，粪污—沼气—生物天然气，粪污—原沼液—有机叶面肥—有机种植”多条产业链。通过产业链的延伸与拓展，产品实现多元化、增值化，企业获取了连续稳定的产业盈利模式和长效发展机制，其专业化投资、建设和运营的民和产业链经营创新模式为沼气产业发展树起标杆。黑龙江一家以生物质能源产业为核心的新能源科技创新型企业。公司以“厌氧干发酵工艺”为核心，通过采用Build－Operate－Transfer模式，与政府以合同的方式确定了特许经营、垃圾处理费支付、燃气电力入网等各项事宜，以区域作物秸秆、畜禽粪便和生活垃圾为原料，厌氧发酵生产生物天然气和沼渣，生物天然气直接接入城市燃气管网或进入汽车加气站；沼渣干化处理后与生活垃圾中分选出的可燃物混合制成垃圾衍生燃料（RDF）进行热、电联产，电能按照国家分布式能源相关政策接入国家电网，热能为周边企业或居民供热。目前公司已建成宾县、通河县、尚志市垃圾处理综合利用等项目，日处理固体废弃物750余吨，总资产突破1.4亿元，营业收入达到3800万元，其以区域生活垃圾、作物秸秆和畜禽粪便综合利用为主的盈利模式为行业发展提供新的途径。沼气产业化发展分析（一）中国沼气产业化发展途径中投顾问发布的《2016-2020年中国沼气产业投资分析及前景预测报告》指出，中国的沼气生产要形成产业，就必须要从现在的主要局限于农村和农户，逐步向工业化生产和工业化应用方面转变。也就是说，中投顾问产业研究中心中投顾问·让投资更安全经营更稳健第2页沼气要实现工业化生产，同时，生产出的沼气也要在满足农村和农户使用的同时，转向工业领域的应用。因为，只有实现了工业化生产，才能产生规模效益，这是产业化的前提；而只有转向工业领域应用，才能实现沼气的高值利用和实现沼气的实际价值。只有这样，才能在农村形成一个巨大的沼气产业，在满足农村和农民需求的同时，走出农村和农业，开辟新的产业化途径，为农业和农村开辟新的致富之路。结合中国的具体情况，笔者认为中国沼气产业化有如下几条发展途径。1、结合社会主义新农村建设，发展专业化的沼气集中生产和供气由于中国地域广阔，区域特点明显，各地经济发展水平相差很大，在今后相当长的时间内，户用小沼气仍需要大力推广。但同时也要看到中国社会主义新农村建设对清洁能源的需求。社会主义新农村建设是中国一项长期的战略任务，包含了许多建设内容，各地的建设内容也不尽完全相同。但都会包含清洁能源使用这一重要内容。例如，江西省提出了“三通一气”建设内容，“三通”即路通、水通、电话通，“一气”即指沼气。新农村建设都要求小村合并、集中和统一规划，因而具备了集中供气的条件，对这样一些新建村庄以及农村的中心镇，就不再适宜发展户用小沼气了，发展集中供气就具有了更多的优势，显得更为必要。每个村或镇可建设一个沼气站，利用本村镇产生的生活垃圾、人畜粪便和秸秆等废弃物集中生产沼气，沼气通过管道送往各家各户，就像城市使用管道煤气一样清洁、卫生和方便。其优点在于：(1)不再需要每家每户都建设沼气池和每家每户都要投入人力进行日常管理，节约人力、财力和方便农户；(2)沼气站规模较大，有懂技术的专人进行管理，有利于提高生产效率和更好地保障稳定的供气；(3)避免小沼气那样的“百户人家百户池”的散乱现象，也有利于改善新农村的环境和更好地树立新农村的良好形象；(4)可实行规模化生产和商业化运作，可由专业公司设计、建设和经营沼气站，沼气按实际价值收取费用，这样既可大幅提高沼气生产的技术水平，也可实现市场化运行。随着社会主义新农村建设步伐的加快和建设数量的增加，越来越多的自然村镇要进行改造和重新建设，对清洁、方便能源的需求会越来越大，对环境的要求也会越来越高。利用村镇和农业产生的废弃物就地转化，集中生产和供给沼气，既可改善村镇环境，又可生产清洁能源，是社会主义新农村建设的必要内容。可以预见，越来越多的新建村镇将使用集中供气，并逐步替代户用小沼气，形成新形势下的新农村能源产业。2、生产车用替代燃料，发展农村能源工业沼气在能源方面的利用主要有炊事、供暖和沼气发电等。用作炊事、供暖，难以形成一个产业。而由于中国沼气生产的规模较小，空间布局分散，发电和输送设备投资大，发电量少而成本又高，入网又困难，与煤电厂的发电效率和规模效益相比不可同日而语，此外，中国的煤炭资源又非常丰富，因此，在近阶段，要把沼气发电作为一个能源产业来发展还具有相当的难度。而随着中国社会经济的发展和人们生活水平的提高，汽车的保有量将会快速增加。预测，到2020年将发展到14000万辆。中国又是一个缺油的国家。因此，利用沼气发展车用燃料会更有价值，具有更为广阔的发展前景。汽车的快速发展需要消耗大量的燃料。近年来，由于石油价格的飙升和环境污染的加剧，人们把注意力开始转向更为清洁和廉价的天然气。与汽油、柴油、乙醇相比，以甲烷为主要成分(一般占95%以上)的天中投顾问产业研究中心中投顾问·让投资更安全经营更稳健第3页然气燃烧时释放出的温室气体最低，是更为清洁的能源，因而，得到了越来越广泛的应用。目前，全球有410万辆压缩天然气汽车，8300座加气(油)站。为改善城市环境质量，中国从1999年开始实施了《清洁汽车行动》计划，确定在北京、上海、天津等12个城市和地区作为清洁汽车示范城市，发展液化石油气汽车(LPG)和压缩天然气(CNG)汽车。沼气的主要成分是CH4和CO2，此外，还含有一些其他微量成分，不能直接车用。通过采用变压吸附(PSA)、水洗、Selexol(聚乙二醇二甲醚)、碳酸丙烯酯和碱溶液吸收等物理和化学方法，可有效地去除沼气中的CO2和H2S等杂质，使得沼气中甲烷的含量提高到97%～99%。净化提纯后的沼气称“车用沼气”，既可替代汽油，也可替代现有的CNG作为车用燃料。但与天然气相比，它具有可利用废弃物生产、不受气源和地域限制、可再生等特点。研究表明，1标准m3的车用沼气相当于1.15L汽油的燃烧值。若按天然气价格计，1标准m3的车用沼气的价格在2.2～2.8元之间，而1.15L93号汽油的价格现阶段则为5.85元，两者相差一倍多。而且，中国汽油的价格尚未与国际接轨，以后的价格还会继续攀升，则车用沼气的价格优势会更具吸引力。此外，以甲烷为主要成分的车用沼气的生产本身是消除环境中污染物的清洁过程，其使用又是一个清洁的过程，制造与利用的双向清洁过程使车用沼气将会更受人们的青睐。目前，已有美国、德国、法国等7个国家有规模化的车用沼气生产厂23个，其中瑞典做的最好。到2005年底，瑞典全国有5000多辆沼气汽车，加气(油)站逐年成倍增加，已达70余座。其中，首都斯德哥尔摩的2路车(共24辆)全部使用的是净化沼气作燃料(称biogasbus)。Linkoping市共7路公交车全部使用的是车用沼气，并且还生产出了世界上第一列沼气火车，运行在Vastervik市和Linkop-ing市之间。该火车可连续运行600km，最高时速可达130km/h。只要在厌氧发酵后增加一套净化提纯设备和储气罐即可，加气站也可利用现有站点，中国汽车改装技术也比较成熟。因此，从技术上没有障碍，其关键是沼气的净化提纯技术。图表车用沼气生产和使用的工艺流程资料来源：中投顾问产业研究中心3、生产化工原料和产品，发展沼气化工工业石油、天然气是最基本的化工原料，而中国是一个“富煤平油少气”的国家。中国已探明的石油、天然气储量仅占世界储量的2.4%和1.2%，资源保证年限分别只有20.1年和49.3年。另一方面，中国已成为中投顾问产业研究中心中投顾问·让投资更安全经营更稳健第4页世界石化产品消费最大的国家，约22.1%的石油用于生产化工产品。而且，石油、天然气是不可再生的化石原料，随着社会经济需求的快速增加和资源量的迅速减少，保障供给和提高价格都将是中国能源和化工行业面临的急迫的重大战略问题。2005年中国石油进口依赖度为43%。预测2020年将达到76.9%。到2020年中国的石油仅能满足石油化学工业50%的原料需求。因此，寻求可再生替代资源生产化学品不仅是世界发展的大趋势，也是中国面临的急需解决的重大问题。沼气的主要成分CH4和CO2是基本的化工生产原料，以其为基础，可生产多种高附加值的化工产品。1)生产CH4和CO2工业气体。通过净化提纯技术，可从沼气中把CH4和CO2直接分离出来，作为工业气体使用。CH4可用来替代天然气合成燃料和多种基础化学品。2)生产合成气(CO+H2)。在化学工业领域，合成气(CO+H2)是非常重要的化工原料，可用来生产多种化工产品。化学工业上，合成气(CO+H2)一般由CH4和CO2经催化重整制取(CH4+CO2→2CO+2H2，$H298=247kJ/mol)或由天然气(CH4)经水蒸气重整的方法生产(CH4+H2O→CO+3H2，$H298=206kJ/mol)，其中CH4来自天然气。天然气是化石原料，也是不可再生的紧缺原料，此外，其制取过程是一个强吸热、高耗能的化学反应过程，也不符合资源节约和环境保护的要求。而通过厌氧消化生产沼气是一个非常“温和”的生物学过程，该过程产生的沼气的主要成分正好是天然的CH4和CO2混合物(分别占60%和35%左右)。利用沼气(CH4+CO2)经催化剂重整制取合成气(CH4+CO2→2CO+2H2)，则可替代目前广泛使用的以化石原料天然气(CH4)生产合成气的方法，开辟低耗、低成本的利用非化石的农业废弃物生产化学品的绿色、清洁生产新工艺。3)生产化工产品。从沼气中提取出的CH4和CO2以及以沼气为原料制取的合成气(CO+H2)是基本的化工生产原料，可进一步生产多种高附加值的液体燃料和化工产品。例如，CH4可直接转化成乙炔、氢气、炭黑、氯甲烷、氢氰酸、硝基甲烷和二硫化碳等，也可首先转化成合成气，然后再合成氨生产化肥，或经费托(T-T)合成制取液体燃料如汽油、柴油，也可转化成甲醇、二甲醚、低碳混合醇和低碳烯烃等一系列重要的化工产品，其中甲醇和二甲醚可直接用作车用燃料，替代汽油。与以化石原料石油、天然气相比，以沼气为原料生产化工产品具有重要的战略意义和潜在的发展前景。首先，实现了沼气户用向工业化应用的重大转变，可把农业废弃物转化成高附加值的化工原料和产品，在农村形成一个新的产业—沼气化工工业，为农业和农村开辟出新的致富之路。其次，减少了化工产品生产对化石原料的依赖，实现从“化石原料”化工向“生物原料”化工的转变，可改变中国化学工业长期依赖化石原料的局面，对实现化学工业的可持续发展具有开创性和革命性的意义，也为化学工业的未来开辟出新的发展道路。因此，尽管以沼气生产化工产品还是一个新的课题，目前还没有实质性的工业应用，但是，从现在起就要做好技术研发工作，为以后的发展做技术准备。（二）农村沼气产业化进展我国政府十分重视农村沼气建设，把发展农村沼气列入国民经济发展规划，实施了政府引导和政策