沼气发电（diàn）机热（rè）电联产（chǎn）。这是发达国家大中（zhōng）型沼气（qì）工程（chéng）普遍采用的沼气利用方式。为避免沼气中杂质（zhì）对发动机的不良影响（xiǎng），沼气需（xū）进行脱水和脱除硫化物、卤代烃（tīng）、硅氧（yǎng）烷（wán）等杂质气体的处理。

沼（zhǎo）气中的硫（liú）主要（yào）以（yǐ）H2S形式存在（zài），所含有机（jī）硫较少（shǎo）。脱除硫化氢的方法很多，一般可（kě）分（fèn）为（wéi）干法脱（tuō）硫、湿法脱硫（liú）和生物脱硫。

干法脱硫通常用于低含硫气体处（chù）理，特别是用于气体精细脱硫（liú）。大部分干（gàn）法脱硫工艺由于需要（yào）更换脱硫剂而不（bú）能继续操作，还（hái）有一些干法如锰矿（kuàng）法、氧（yǎng）化锌（xīn）法、氧化铁、活（huó）性炭等（děng），脱（tuō）硫剂不能（néng）再生或再生次数很少，脱硫饱和后要废弃，这样一方面会（huì）造成环境问题（tí），另一方面会增（zēng）加脱硫成本。

湿法脱硫是利（lì）用（yòng）特定的溶剂与气体（tǐ）逆流接触（chù）而（ér）脱除其中（zhōng）的H2S，溶剂（jì）通过再生（shēng）后重（chóng）新进行吸收，根据吸（xī）收机理的不同（tóng），又分（fèn）为化学吸收法（fǎ）、物理吸收法、物理化学（xué）吸收法以（yǐ）及湿式（shì）氧化法（fǎ）。湿式氧化（huà）法脱硫效率高，单质硫可回收（shōu），流程较简单（dān），大多数脱硫剂可以再生，运行成本低（dī）等；同时该法流程复杂、投资大、适用于气体处理量大，H2S含量高的场合。

生物脱硫（liú）系统以各（gè）种（zhǒng）微（wēi）生物的容纳（nà）力为基础，利用微生物的生命活动将有机污染转化为（wéi）对人体健康和生态环境无害的（de）化合（hé）物、生物法常用于污水处理工程中（zhōng）产生的硫化物。生物（wù）脱硫技术（shù）包括生物（wù）过滤法、生（shēng）物吸（xī）附法（fǎ）和（hé）生物（wù）滴滤法，三种系统均（jun1）属（shǔ）开放系统，其微生物种群随环境改变而变（biàn）化。在生物脱硫过（guò）程（chéng）中，氧化态的含硫污（wū）染（rǎn）物必须先经（jīng）生物还原作用生（shēng）成硫化物或（huò）H2S，然后再经生物氧化过程生成单质硫，才能（néng）去除。

生物净化工艺与上述传统工艺相（xiàng）比（bǐ）具有运行成本低、反应（yīng）条件（jiàn）温和、能耗少和有效（xiào）减少环（huán）境污染（rǎn）等优（yōu）点，但脱（tuō）硫微生物都是（shì）需要氧型的（de），氧气或空气（qì）的（de）加入可能会导致沼气中氧含量上升影（yǐng）响沼气的安（ān）全性，因此采用生物脱硫是要时刻监控反应（yīng）器（qì）中的氧含量。

表（biǎo）1. 常见的（de）几（jǐ）种脱硫方法及其特点

沼气生产中不可避（bì）免地会混入空气，特（tè）别是（shì）垃圾沼气。氧的脱除是沼气加工的必经步骤，沼气中的氧必须脱至一定范围（wéi）内，才能（néng）确（què）保（bǎo）整个（gè）工（gōng）艺过程（chéng）的安全（quán）性。若生物（wù）沼（zhǎo）气生（shēng）产GNG或天（tiān）然气，则（zé）需将其中所含的氧气（qì）含量降至0.5%以（yǐ）下（xià）。

沼气脱氧工艺一般有如下几种：

方法1：利用气源中的原有气体和氧气反应（yīng）；

方法2：通入氢气与（yǔ）氧反应（yīng），生成较易除去的水；

方法3：混合气（qì）中的氧直接与催化剂发生（shēng）氧化（huà）反应，使催化剂活性组分转化成高价氧（yǎng）化物（wù）；

方法（fǎ）4：通过膜分离或（huò）低温变压吸附法(PSA)去（qù）除。

方法2需（xū）要氢源，且（qiě）要确定（dìng）通入氢气（qì）量，方法3较（jiào）难达到合格的脱氧深度，而方法4成本较高。因（yīn）此，利用（yòng）沼气中（zhōng）主要（yào）组分甲烷与氧气在催化剂作用下反应，是（shì）较为（wéi）经济有效的脱氧（yǎng）方法。

未经处理（lǐ）的沼气通常含有饱和（hé）水蒸气。其绝对含量与温度（dù）有关，如35℃时沼气水含量（liàng）约为（wéi）5%。沼气脱水技（jì）术主要分为（wéi）物（wù）理分离和化学干燥两类（lèi），这些方法也可以同时去除沼气中的泡沫和粉尘。

冷凝法是去除（chú）沼气中水蒸气（qì）最简单的（de）物（wù）理方法，但由于水会在热交换器上结冰，这种（zhǒng）方法只（zhī）能将露点温度降低至0.5℃，要得（dé）到更低的露点温度，需将沼气（qì）进行压缩，且露点温度越（yuè）低，所需（xū）压力越高。冷凝法包括除（chú）雾器、旋风分离器、湿气捕集阱等。化学（xué）干燥（zào）法通常（cháng）在较高的（de）压力下进行（háng），最（zuì）常用的吸附（fù）剂为（wéi）氧化铝或（huò）沸石，此外还可用三甘（gān）醇（chún）或可吸湿盐类作为干燥剂。

由于沼气中甲烷含量较低，其高位（wèi）发热值只有23.9MJ/m³(甲（jiǎ）烷含（hán）量60%)，而纯甲（jiǎ）烷高位发热值为39.78MJ/m³。作（zuò）为车用燃料或者（zhě）管道天然气（qì）燃料其（qí）高位发（fā）热值要求大于31.4MJ/m³，则要求沼气（qì）中甲烷（wán）浓度（dù）至少提高到88%以上，即要脱除多余CO2。沼气脱碳技术多源于天然气、合（hé）成氨变（biàn）换气脱（tuō）碳技术，包括（kuò）物（wù）理（lǐ）溶液吸收（shōu）法、化学吸收（shōu）法、变压吸附法、膜分离法、低温深（shēn）冷（lěng）法等。表2给（gěi）出了常用的沼气（qì）脱碳方（fāng）法及其特点。

表2. 常见的几（jǐ）种脱碳（tàn）方法及其（qí）特（tè）点

除（chú）了水、硫化（huà）氢、氧、二氧化碳外（wài），其他杂质气体（tǐ）通常（cháng）含（hán）量较少，且可以在（zài）已有（yǒu）的净化或提纯单元中去除。如硅氧烷（wán）和卤代烃主要存在于垃圾填埋场沼（zhǎo）气（qì）或混合原料发酵沼气，均可通（tōng）过（guò）活（huó）性炭吸附（fù）去除，少量的氨也可被（bèi）活性（xìng）炭吸附，或者（zhě）在二氧化碳脱除单元（yuán）(如加压（yā）水洗（xǐ）法（fǎ）)去（qù）除。

沼气并（bìng）入（rù）天（tiān）然气（qì）管网，或用于车用燃料、燃料电池等，其气质（zhì）一般（bān）有着严（yán）格的要求（qiú）。因此，需（xū）要通（tōng）过必要的沼气净化提纯技术，使沼气成为甲烷含量高，热值和杂质等条件符合管道、压缩或（huò）液（yè）化天（tiān）然气标准要求(车（chē）用天然气相关（guān）标（biāo）准见表3)的高品质（zhì）生物天然（rán）气。而要（yào）达到标准所规定的气体质量，沼气气（qì）体组分检测必不可少（shǎo）。下面以山东省（shěng）某（mǒu）大型生物质天然气提纯项目为例，简（jiǎn）要叙述沼气成分检测在沼气提（tí）纯（chún）中的应用。

表3. 车用天然气相关标准

项目总投资12100万元，总占地（dì）面（miàn）积55亩（mǔ）(36666.85㎡)，建筑物面积21605㎡(利用现有建筑)，构筑物（wù）16692m³(主要（yào）包含厌氧消化罐（guàn）、贮气柜（guì）以及其（qí）它地面硬化贮存（cún）场等)。主要产品为：生物天然气401万Nm³、固态有机肥1万t、有机叶面肥（féi）1.5万（wàn）t、液体二（èr）氧（yǎng）化碳0.42万t。项目主体工程组（zǔ）成见表4。

表4. 项目主体（tǐ）工程组（zǔ）成一览（lǎn）表

其（qí）中，沼气经脱（tuō）硫、脱（tuō）碳后（hòu）再经压缩机（jī）压缩成压缩天然（rán）气CNG)，根据订单（dān）情况，选择性进行（háng）降温成液态天（tiān）然（rán）气(LNG)，后暂存于钢瓶或撬（qiào）车内（nèi），以（yǐ）备（bèi）出售外运。

2、净化提纯主要工艺

1）脱硫工艺

发（fā）酵过程产生的（de）气体经过干燥柜重力除水和高能（néng）离子除（chú）臭设备除水（shuǐ）、除臭后进入（rù）双膜贮气囊暂存。由于沼（zhǎo）气（qì）原气中含有一定量的H2S气体，需经（jīng）过“无定型羟基氧化铁”脱硫（liú）工序将H2S气体脱除（chú）净化。气（qì）体从干法脱（tuō）硫塔的底部进入（rù），顶（dǐng）部排出，气体（tǐ）在干法脱硫塔内与干法脱硫（liú）剂（jì）接触（chù），使得H2S被脱除。

2）沼气脱碳

脱硫后的沼气经过气柜稳压后，经高效过滤器（qì）去除饱和水蒸气和微尘粒（lì）后，进入膜分离（lí）装置，使得CH4、CO2混（hún）合气体彼此分离，分（fèn）离后最终沼气中CO2浓度在3%以下，分离出的CO2几乎（hū）不含（hán）CH4。

项目（mù）CO2提纯装置采用膜分离装置，其工（gōng）作原（yuán）理（lǐ）为：压（yā）缩沼气在沿中空纤维管(即SEPURAN膜（mó）)内腔（qiāng）流（liú）动时，各种气体的分压在中空纤维丝管的高压侧(原（yuán）料侧)与低（dī）压（yā）侧（cè）(渗透侧)所形（xíng）成的（de）分压差作用下，溶解系（xì）数和（hé）扩（kuò）散系（xì）数大的（de）气体(如（rú）CO2、H2S)优先透过管壁，其余气体(CH4)相对（duì）受到（dào）阻隔，从（cóng）而达到（dào）分离的目（mù）的（de）。

3、工艺监测解决方案

项目采用（yòng）了锐（ruì）意自控便1台便携（xié）式红外沼气分析仪Gasboard-3200L和（hé）1台防（fáng）爆型红外气体分析仪Gasboard-3500，用于发酵罐出口（kǒu）、脱（tuō）硫设（shè）备出（chū）口和脱（tuō）硫装置（zhì）出口（kǒu）等各（gè）个（gè）监测点CH4、CO2、H2S、O2浓度的实（shí）时与在线监测（cè）。

表（biǎo）5. 气体监（jiān）测方案

1）发酵罐出口监（jiān）测，测量CH4、CO2和O2含量，帮助业主（zhǔ）掌握发酵罐厌（yàn）氧发酵状况，从而能（néng）够及（jí）时、准确地（dì）调（diào）节（jiē）发酵罐进出料时间，保障厌氧消化高效、稳定（dìng）运行，提高沼气工程（chéng）产（chǎn）气效率（lǜ）。

2）脱硫设备出口监（jiān）测，测量H2S含量，帮助业（yè）主直观（guān）地（dì）了（le）解（jiě）脱硫效率，有依（yī）据的进行脱硫工艺优化，同时有（yǒu）效（xiào）降低（dī）有（yǒu）毒（dú）气（qì）体H2S排放污染。

3）提纯（chún）装置出口监测，测量（liàng）CH4、H2S、CO2和O2含量，帮（bāng）助业（yè）主准确了解净（jìng）化提（tí）纯效（xiào）率，为（wéi）生物天然气（qì）销售以（yǐ）及环保排放（fàng）监测提供（gòng）参考数据。
沼（zhǎo）气净（jìng）化提纯技术工（gōng）艺较（jiào）多（duō），用户可以根（gēn）据自身资金成本和能源化（huà）利用目标进（jìn）行选择。但使沼气净化提（tí）纯（chún）成为甲（jiǎ）烷含（hán）量高，热（rè）值和杂质等条件符合管道、压缩或液化天然（rán）气标（biāo）准要求的高品质生物天然气，其工艺过程的气（qì）体（tǐ）成分监测必（bì）不可少。
文章转（zhuǎn）载自（zì）@沼气圈（quān）