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2018年度陕西省科学技术奖公示信息

来源:  日期:2018-04-03  浏览次数:

 

一、项目名称

生物质资源化利用关键技术创新与示范

二、项目简介

本项目属生物质资源化利用工程领域。

规模化沼气工程是实现生物质资源化利用的最有效技术手段。建设畜禽粪便资源化处理产业化示范工程,实现粪污无害化高效处理,完善热--肥联产循环经济模式,是中国整个奶牛养殖业规模化发展的需要。作为并网发电的大型综合利用工程,进一步开展产业化示范是实现生物质可再生能源综合利用的需要,也是国家能源结构调整的需要。

2006 年内蒙古蒙牛澳亚牧场规模化奶牛养殖业配套大型沼气项目,引进德国和奥地利世界先进技术,全自动运行,在我国大型规模化畜禽养殖场尚属首次,是业内标杆工程,属于农业部、联合国发展计划署、全球环境基金大型沼气发电示范工程。此外,1.36 MW发电机组是全球最大功率的沼气发电机组。作为具有多项第一的工程项目,仍存在诸多技术难题,一直无法正常运行。产沼不稳定及产沼总量不足等问题成为限制其发展的技术瓶颈。如何使沼气工程稳定运行并产生显著的经济效益是规模化养殖业面临的技术难题。课题组结合承担的国家十二五科技支撑计划项目、陕西省科技攻关项目、重大科技项目创新基金项目等课题的研究攻关,形成了一系列创造性研究成果。技术集成示范效果和经济效益显著。

(1)厌氧发酵复合菌剂。集成了生物大数据和机器学习算法,发明了计算机辅助菌种筛选技术(CASCADE技术)研发了一系列特殊菌株和复合菌剂配方,筛选获得了复合菌剂MAG1实现了复合菌剂MAG1的扩培、添加及复合菌剂的落地培养。实现了小试、中试以及扩大化培养。面向蒙牛澳亚牧场沼气发电综合利用工程,在国内首次开展了基于CASCADE技术的高效厌氧菌剂规模化工程示范。在进料量为设计值50%的情况下,日产气量提高29.8%,甲烷浓度为56%建立了高效菌剂作用下养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成,为工程应用及推广提供了强力技术支撑。获取美国专利1项;软件著作权1项;技术应用证明1份;第三方检测报告2份(其中,1份沼气产气检测报告,1份复合菌剂PCR-DGGE分析检测报告)。(见附件应用证明)

(2)功能性厌氧发酵催化剂。开发了9大系列35种不同类别沼气发酵用无机复合功能性生物催化剂。开发了低成本高附加值生物炭基复合催化剂。实现了这两大类型厌氧发酵功能性催化剂在生物厌氧发酵中的应用,厌氧发酵环境显著改善,日产产气率、累计产气率、甲烷产量、COD降解率、肥效等显著提高,应用效果显著。已授权国内发明专利1项;已申请国内发明专利2项;发表学术论文9篇(其中:SCI论文1篇,EI论文2篇,CSCD论文1篇,其余中文核心5篇);企业应用证明1份。

(3)关键技术研发。开发了高压底吹双循环螺旋搅拌协同除渣技术。开发了高效内循环螺旋搅拌及射流底部除渣技术。开发了外循环高压气流分布器底部除渣技术。已授权国内发明专利3项;已授权国内实用新型专利3项;

(4)关键技术装备研制。研制出了组合式旋风分离收集生物质装置。研制出了多功能生物质深加工装置。研制出了实验室用连续式沼气厌氧发酵装置。已授权国内发明专利3项;已授权国内实用新型专利2项。企业应用证明2份。

(5)奶牛养殖场附属设施技术研发。结合厌氧发酵系统关键技术,研发了一系列奶牛养殖场附属设施技术。主要包括:牛粪筛分设备技术;粪污冲洗系统技术;沼渣再生利用系统技术;环保处理系统技术;污水处理系统技术;管道清淤技术;沼液还田技术。已授权国内发明专利1项;已申请国内发明专利3项;已授权国内实用新型专利6项。

(6)技术成果应用。研究成果在内蒙古蒙牛生物质能有限公司10,000 m3畜禽粪便规模化沼气工程进行示范应用,该工程是中国第一个养殖场大型沼气示范工程,实现了全国第一家大型奶牛养殖场多种原料厌氧发酵产沼气并网发电,累积提高沼气产量725m3,新增沼气发电收入1,450万元,新增利润1,305万元,社会效益显著。经济效益证明1份。

(7)技术成果应用。研究成果在南京加德绿色能源研发有限公司以牛粪为原料的600 m3沼气工程中进行示范应用,容积产气率提高22.2~30.3%,累计提高沼气产量115,000 m3,新增销售额1,730万元,新增利润441万元,社会效益显著。该技术进一步应用于不同规模的示范工程(2,000 m32,500 m34,200 m33,800 m3)。经济效益证明1份。

(8)技术成果推广应用。研究成果在河北聚碳生物科技有限公司大型奶牛养殖场12,000m3 沼气工程整体推广应用,进一步在24,000m3 沼气工程整体推广应用,实现了全国第一家利用沼气发电尾气来干燥沼渣用于牛卧床垫料的高效循环利用;实现了大型奶牛养殖场单一原料厌氧发酵容积产气率全国第一;实现了大型奶牛养殖场粪污分类处理全国第一家。本项目技术成果推广应用是全世界商业化最成功案例之一,预计每年沼气产量1,080m3,每年产生2,700万的年经济效益(发电:1,944/年;卧床垫料:756万),社会效益显著。推广应用证明1份。

 

三、客观评价

1.科技成果鉴定(或验收意见)

一、内蒙古自治区科学技术厅作为组织单位,科技部农村司、农村中心组织有关专家在北京对 十二五国家科技支撑计划项目养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成示范2012BAD47B02)进行验收,验收专家认真听取了项目组织单位的汇报,审阅了有关资料,经过质疑和充分讨论,验收意见和结论为:

1、验收材料齐全,符合验收要求。2、项目在养殖场废弃物利用技术装备;养殖场粪污资源生物燃气制备及热电联产等方面取得了一批成果;研发出发酵装备及反应器;利用计算机辅助菌种选择技术(CASCADE筛选了高效厌氧产沼菌株。3、开展了CASCADE高效厌氧产沼菌剂大型沼气示范工程应用,取得了较好的经济和社会效益。

项目完成了任务书规定的研究任务和考核目标,专家组一致同意通过验收。(附件:验收意见和验收专家名单)

二、陕西省科技厅主持对陕西省社发攻关项目《生物质气化关键技术研究与示范》(2010K01-120)进行了验收。验收委员会在审阅了验收材料后,经过讨论,认为:1、验收材料基本齐全,符合验收要求。2、项目采用生物质固化成型技术将锯末、树叶和麦秆等不同类型生物质废弃物压缩为成型燃料,针对生物质成型工艺参数、添加剂和成型方法,研究了不同生物质成型参数(含水率、成型压力和粒径)、添加剂(膨润土、木薯淀粉与废纸纤维)和有效的热处理工艺(干烘焙与湿烘焙)对固化成型生物质燃料的物理性能的影响规律。通过综合的实验分析,对生物质废弃物的规模化应用进行了可行性研究,为废弃物的规模化利用提供了理论基础和技术支撑。应用生物质固化成型技术,通过生物质固化成型技术示范工程建设和技术推广,从技术上促进秸秆气化技术的产业化进程,能够带动生物质气化技术的快速发展,使农林业废弃物能够得到有效地利用,生态环境得到合理的改善,能源供应结构得到明显改善,对促进区域农村社会经济发展、生态环境建设、新农村建设和农业可持续发展具有重要意义。3、项目经费到位,使用合理。

验收委员会认为,该项目完成合同任务要求,一致同意通过验收。(附件:攻关项目验收证书)

 

2.检测报告

 

委托第三方机构北京昊成铭泰科技有限公司CASCADE技术筛选的高效复合厌氧菌株进行PCR-DGGE菌群多样性分析。结果表明:复合菌剂成功定殖,改变了原有的厌氧消化微生物菌群结构,使得产气总量可以提高,发酵抗冲击能力加强。复合菌剂既有对原著菌的削弱也有对原著菌的加强,通过调整厌氧系统中的微生物种群结构发挥作用的。添加菌剂12个月、17个月和20个月后,D 罐中微生物菌群的PCR-DGGE 图谱对比分析显示:D 罐中微生物菌群结构基本保持一致。(附件:第三方检测报告复合菌剂PCR-DGGE分析检测报告

委托第三方机构江苏苏环工程质量检测有限公司对添加复合菌剂后厌氧发酵系统持续的技术跟踪检测。针对蒙牛澳亚牧场大型沼气工程实际,投加复合菌剂MAG1后数据表明:在进料量为设计值50%的情况下,日平均进料产气量提高29.8%。投加MAG1菌剂后可提高发酵罐对不利因素的冲击。投加复合菌剂,正常投料运行阶段,甲烷含量: 54.0%。(附件:第三方检测报告沼气产气检测报告

 

2.重要科技奖励

1)云顶国际4008科技进步奖一等奖

2)陕西高等学校科学技术奖一等奖

 

四、主要知识产权目录(限10条,与推荐书主件一致)

 

 

五、推广应用情况

通过技术创新与集成,开发的生物质资源化利用关键技术已经成功地应用于不同规模的畜禽粪便厌氧发酵沼气工程,应用效果和经济效益显著。

(一)南京市微生物能源工程技术研究中心高效菌种筛选/培育基地

(二)江苏加德驻内蒙古高效智能菌种示范应用基地

针对大型规模化沼气工程的技术瓶颈,依托国家十二五科技支撑计划项目,课题组在江苏省南京市江宁区东麒路6号建设了“①南京市微生物能源工程技术研究中心,依托课题组发明的CASCADE技术优势,开展智能微生物菌种筛选和系列菌剂扩培、实现了小试、中试、菌种添加及复合菌剂的落地培养。进一步在内蒙古呼和浩特市和林格尔盛乐经济园区的蒙牛澳亚牧场大型沼气发电综合利用工程现场,建立了“②江苏加德驻内蒙古高效智能菌种示范应用基地,完成CASCADE高效智能厌氧菌种国内首次大规模示范应用。采用CASCADE 技术,年发电量增加29.5%,发酵周期缩短为21天,硬件投资节省25%,万头牛养殖场年经济效益450(见附件应用证明)

(三)内蒙古蒙牛生物质能有限公司

项目研究成果“养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成”在内蒙古蒙牛生物质能有限公司10,000 m3畜禽粪便规模化沼气工程进行示范,实现了全国第一家大型奶牛养殖场多种原料厌氧发酵产沼气并网发电,经济效益显著,社会效益明显。2015-2017累积提高沼气产量725m3,新增沼气收入1,450万元,新增利润1,305万,相当于减少用煤517.65万吨,减排CO21,885万吨,减排SO2 6.1625万吨,减排NOX 5.365万吨,减少粉尘排放0.87万吨。 (见附件应用证明)

(四)南京加德绿色能源研发有限公司

研究成果“养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成”在南京加德绿色能源研发有限公司以牛粪为原料的600 m3沼气工程中进行示范应用,调试运行正常后,经过3年的连续运行,容积产气率提高22.2~30.3%,累计提高沼气产量11.5万方(115,000 m3),新增销售额1,730万元,新增利润441万元,减少用煤82.2吨,减排CO2213.72吨,减排SO20.7吨,减排NOX0.6吨,减排粉尘0.1吨。该技术进一步应用于2,000 m32,500 m34,200 m33,800 m3的示范工程。(见附件应用证明)

(五)河北聚碳生物科技有限公司

河北聚碳生物科技有限公司分三期建设36,000 m3大型规模化沼气工程。201741日,集成技术研究成果养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成在河北聚碳生物科技有限公司12,000 m3一期工程沼气工程整体推广应用。集成技术将在2018年底建成二期24,000 m3沼气工程和2019年建成的三期36,000 m3沼气工程中进一步推广应用。

2019年二期24,000 m3沼气工程每年将产生2,700万的年经济效益(发电:1,944/年;卧床垫料:756万)。每年沼气产量1,080m3,相当于减少用煤771.12万吨,减排二氧化碳2,808万吨,减排二氧化硫9.18万吨,减排氮氧化物7.992万吨,减少粉尘排放1.296万吨。 (见附件推广应用证明)

该工程:①实现了全国第一家利用沼气发电尾气来干燥沼渣,用于奶牛卧床垫料的高效循环、节能、环保综合利用。②实现了大型奶牛养殖场单一原料厌氧发酵容积产气率(1.5 m3/m3d)全国第一。实现了大型奶牛养殖场粪污分类处理全国第一家。集成技术在大型奶牛养殖场厌氧发酵沼气工程推广应用是全世界商业化最成功案例之一。

(六)内蒙古蒙牛生物质能有限公司

项目开发的沼气发酵用功能性生物催化剂在内蒙古蒙牛生物质能有限公司沼气厌氧发酵系统中得到应用,显著地改善了厌氧发酵系统的环境,提高了产气量、甲烷产量、COD降解率等。(见附件应用证明)

(七)陕西佰瑞猕猴桃研究院有限公司

1)授权发明专利:云斯宁、张仙梅、许海超、杜婷婷、朱江、王吉尔. 一种从果树花朵提取花药的多功能果树花朵深加工装置. ZL201310330193.2。该项专利在陕西佰瑞猕猴桃研究院有限公司花粉生产中得到应用。(见附件应用证明)

2)授权发明专利:云斯宁、孙毅、甘艳萍. 一种组合式旋风分离收集装置及分离收集花粉的方法. 201110112822.5。该项专利技术产品在陕西佰瑞猕猴桃研究院有限公司猕猴桃花粉生产中得到应用。 (见附件应用证明)

 

六、主要完成人情况

姓名

云斯宁

排名

1

行政职务

功能材料研究所 副所长

技术职称

教授

工作单位

云顶国际4008

完成单位

云顶国际4008

对本项目主要学术和技术创造性贡献

开发了一系列高压底吹双循环螺旋搅拌协同除渣系统优化配套技术产品,实现发酵罐内发酵原料的高效传质、传热,适用于多种有机物质的消化,便于规模化沼气发酵系统,保证了厌氧发酵系统的稳定,实现规模化沼气工程的推广应用;开发9大系列35种不同类型的功能性厌氧发酵催化剂;发明了一种实验室用连续式沼气厌氧发酵装置

姓名

周楚新

排名

2

行政职务

公司总裁

技术职称

国家“千人计划”特聘专家

工作单位

江苏加德绿色能源有限公司

完成单位

江苏加德绿色能源有限公司

对本项目主要学术和技术创造性贡献

成了生物大数据和机器学习算法, 发明了计算机辅助菌种筛选技术(CASCADE技术), 发现了一系列特殊菌株和复合菌配方,可产生降解含油物质如脂肪,油脂和食用油的脂肪酶,降解蛋白质的蛋白酶和降解淀粉的淀粉酶,降解纤维素/木质素的纤维木质降解酶。 这些新型菌株和由此发酵产生的酶或生物佐料具有许多应用。

姓名

孙海龙

排名

3

行政职务

总经理

技术职称

工程师

工作单位

内蒙古蒙牛生物质能有限公司

完成单位

内蒙古蒙牛生物质能有限公司

对本项目主要学术和技术创造性贡献

发明了一系列专利技术,建立了养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成示范工程,该工程是中国第一个奶牛养殖场大型沼气示范工程,使项目研究成果和技术集成能够在畜禽粪便沼气工程中成功示范,为工程应用及推广提供了强力技术支撑,实现了全国第一家大型奶牛养殖场多种原料厌氧发酵产沼气并网发电,经济效益显著,社会效益明显。

 

七、完成人合作关系说明

国家科技部十二五科技支撑计划项目“养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成示范(2012BAD47B02),课题承担单位是内蒙古蒙牛生物质能有限公司,课题负责人是国家千人计划特聘专家周楚新博士。

孙海龙是课题承担单位“内蒙古蒙牛生物质能有限公司”的法人代表和公司总经理。

周楚新博士是课题参与单位 江苏加德绿色能源有限公司的总裁,也是研究团队的带头人。

云斯宁教授是课题参与单位“云顶国际4008”研究团队的负责人。

参与此次报奖的完成人都是各单位研究团队的主要负责人。

 

八、主要完成单位排序及贡献

单位名称

云顶国际4008

排名

1

所在地

陕西西安

对本项目主要贡献:

对发酵装置结构、外循环高压气流分布器、内循环螺旋搅拌器三个方面进行厌氧发酵装置优化技术开发。开发了多循环搅拌蛋形厌氧发酵系统技术、多级式搅拌太阳能辅助加热节能发酵技术、分级式高压底吹气力搅拌发酵系统 技术,实现了发酵罐内发酵原料的高效传质、传热,适用于多种有机物质的消化,便于规模化沼气发酵系统,保证了厌氧发酵系统的稳定,实现规模化沼气工程的推广应用。发明了一种沼气发酵用功能性生物催化剂及利用催化剂发酵的方法;开发9大系列无机复合功能性催化剂U型、P型、UB型、UC型、CA型、UPA型、3种碳材料、8种生物炭、4种过渡金属氧化物、1种氮化物、3种碳化物、3种金属盐、3种过渡金属化合物负载介孔碳、4种废渣等约35种不同类别的催化剂;开发了一系列低成本高附加值的功能催化剂,如(碳材料、生物质碳化材料、过渡金属化合物及负载碳复合材料、工业废渣等)。该类多功能催化剂在生物厌氧发酵中表现出优秀的催化活性,不仅能提高产气率,还能提高COD的降解率,有望在不同生物质原料厌氧发酵工程中得到进一步推广应用,为实现生物质废弃物资源化综合利用和无害化处理提供了有效的技术途径。同时,该类低成本高附加值的催化剂为低成本催化材料在生物发酵领域的开发和利用提供新途径。发明了一种实验室用连续式沼气厌氧发酵装置,能够在实验室规模实现连续发酵,使发酵环境与规模化沼气工程的实践近似相同,适于推广应用。

单位名称

江苏加德绿色能源有限公司

排名

2

所在地

陕西西安

对本项目主要贡献:

发明了计算机辅助菌种筛选技术(CASCADE技术), 发现了一系列特殊菌株和复合菌配方,这些新型菌株和由此发酵产生的酶或生物佐料具有许多应用,包括厌氧发酵,污水处理,农业用途,各种洗涤剂,排水管堵塞的清道剂和除污剂等等。利用CASCADE技术已在中国和美国共建立了14座污水污泥发电和牛粪发电厂, 平均年发电量达到 1500万千瓦时/厂。在国内首次开展了基于“ 计算机辅助菌种选择技术”的高效厌氧菌剂工程示范。面向蒙牛澳亚牧场沼气发电综合利用工程,筛选获得了复合菌剂MAG1,扩大化培养后进行现场添加并跟踪检测。结果表明:投加菌剂27个月后,投加MAG1 菌剂的D罐与对照罐C 罐相比,在进料量为设计值50%的情况下,D 罐日平均进料产气量为37.9 kg/(d m3) ,较C 罐的29.2 kg/d m3)提高29.8%,两者甲烷浓度相当,均为56%。江苏加德绿色能源有限公司在江苏省南京市江宁区东麒路6号建设了“南京市微生物能源工程技术研究中心”,依托CASCADE技术优势,开展智能微生物在环境保护

和生物能源应用领域的工程技术研究。江苏加德绿色能源有限公司在蒙牛澳亚牧场大型沼气发电综合利用工程现场建设了“江苏加德驻内蒙古高效智能菌种示范应用基地”,完成CASCADE高效智能厌氧菌种国内首次大规模示范应用。

单位名称

内蒙古蒙牛生物质能有限公司

排名

3

所在地

陕西西安

对本项目主要贡献:

建立了养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成示范工程,该工程是中国第一个奶牛养殖场大型沼气示范工程,使项目研究成果和技术集成能够在畜禽粪便沼气工程中成功示范,为工程应用及推广提供了强力技术支撑,实现了全国第一家大型奶牛养殖场多种原料厌氧发酵产沼气并网发电,经济效益显著,社会效益明显。为江苏加德绿色能源有限公司建设“江苏加德驻内蒙古高效智能菌种示范应用基地”以及完成大规模示范应用提供了人力、物力和财力上的多种支持。将集成技术研究成果进一步在河北聚碳生物科技有限公司12000m3 沼气工程整体推广应用。进一步在24000m3 36000m3沼气工程推广应用。

 

九、完成单位合作关系说明

国家科技部立项的十二五科技支撑计划项目“养殖场粪污资源生物燃气制备技术集成示范(2012BAD47B02),课题承担单位是内蒙古蒙牛生物质能有限公司。课题参与单位分别是江苏加德绿色能源有限公司云顶国际4008中国农业大学

特别说明:由于“中国农业大学”课题负责人吴树彪在已获国家和省部级科学技术奖项目中已经使用了本课题执行期间“中国农业大学”所获得的研究成果(专利、论文、计算机著作权等)。所以,课题参与单位“中国农业大学”不参加本次报奖。参见知情同意证明。

 云顶国际4008江苏加德绿色能源有限公司内蒙古蒙牛生物质能有限公司等三家课题合作单位参与本次报奖。

 

十、主要论文专著目录

 

十一、知情同意证明(扫描件,涉及项目需提供此部分扫描件)

 

 
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