1.1　研究背景

隨著我國經濟的快速發展，能源消耗量與日俱增，部分地區甚至已經出現了供能緊張的問題。據統計，2000～2020年間，我國化石能源消費量的年均增長率高達4.3%～4.6%，標準煤需求量為30億～32億噸/年，如果不考慮能源進口和新氣田、油田的開發，我國的化石能源大約只夠用30年。另據有關數據顯示，2018年我國天然氣表觀消費量達到2803億立方米，天然氣產量約為1603億立方米；2018年我國天然氣進口總量達9039萬噸，同比增加31.9%。據《中國天然氣發展報告（2019）》，2019年我國天然氣表觀消費量達到3100億立方米左右，同比增長約10%。2050年前，我國天然氣消費將保持增長趨勢?？梢姡S著化石能源日趨匱乏，如何保持能源的穩定供給，緩解能源短缺問題，已經成為我國經濟能否健康、快速地發展的決定性因素。

生物質能是一種重要的可再生能源，生物質能的應用技術已經進入成熟階段，在全球范圍內使用廣泛。生物質能是全球的第四大能源，是當前人們應對全球氣候變暖、極端天氣頻發、能源供需緊張、環境破壞日益嚴重等挑戰的一把利器。

我國地域比較遼闊，蘊藏資源豐富，生物質能源的開發和利用具有很大的潛力。在我國，可用來作為能源利用的農作物秸稈及農產品加工剩余物、林業剩余物和能源作物、生活垃圾與有機廢棄物等生物質資源總量巨大。

我國生物質發電以及生物質液體燃料等相關技術發展迅速，生物質成型燃料、生物天然氣等產業的發展也很快。能源是國家穩定發展的物質基礎，國家經濟的發展乃至國家安全都與之息息相關。隨著農村經濟的不斷發展、農作物產量的提高，秸稈的產量也日益增長，如何充分利用好這一資源也將是沼氣能源發展過程中的必經之路。但在這個過程中也充滿了荊棘，例如秸稈的收集保存、能源化技術不成熟及資源的處理等皆是未來發展需要考慮的因素。但若研制出高效的能源轉化裝置，充分利用農村豐富的秸稈資源，使其變廢為寶，可以解決農村能源緊缺、價格高昂的問題。

中國擁有豐富的沼氣資源，但未能充分利用，導致資源的浪費和環境的污染。應大力推廣沼氣能的發展和利用，充分利用其優勢，解決能源結構、大氣污染及廢物循環利用等方面的諸多問題。通過技術的不斷發展，擴大沼氣使用規模，逐步產業化，解決沼氣能生產、運輸、使用等一系列的問題，從而安全、便利、高效地利用沼氣能。

沼氣對于目前中國廣大農村來說，是比較理想的家庭燃料。它可以用來煮飯、照明，既方便又干凈，沼渣還可加以利用。使用沼氣時，需要配備的用具有爐具、燈具、水柱壓力計、開關等，它們的作用在于使沼氣與空氣以適當的比例混合，并使之得到充分燃燒。

沼氣中的主要成分甲烷（CH₄）是一種簡單的烴類化合物，可作為氣體燃料來使用。沼氣與足量的氧氣混合燃燒時，會放出很多熱量，燃燒溫度可高達1400℃。由于沼氣中含有大量的生物質甲烷，甲烷的性質對沼氣的性質影響很大，因此要了解甲烷的性質。

甲烷是一種無色、無味且分子量比空氣小的可燃性氣體。對空氣的相對密度是0.55，擴散速度較空氣快3倍，臨界溫度為-82.5℃，著火點是537.2℃。甲烷在水中的溶解度極小。在壓力為101.325kPa、溫度為20℃條件下，100體積的水僅溶解3體積的甲烷。

甲烷是一種簡單的烴類化合物，化學性質比較穩定，一般情況下不與其他物質反應。但是當外界條件適合的時候，也是能夠發生反應的。

隨著科學技術的進步，沼氣的用途變得多元化，沼氣不僅用作解決農村點燈做飯的生物質能源，現在已經發展到了與城鎮清潔工程相結合階段，實現了集中供氣、沼氣發電或者用沼氣制取生物質LNG。在一些發達國家，沼氣技術的利用使沼氣成為了重要的綠色能源，沼氣產業得到了蓬勃發展。