沼气发电机热（rè）电联产。这是（shì）发达国（guó）家大中型沼气（qì）工程普遍采（cǎi）用的沼气利用方式（shì）。为避免（miǎn）沼气中杂质对发动机的不良（liáng）影（yǐng）响，沼气需（xū）进行脱水和（hé）脱除硫化物、卤代烃、硅氧烷等杂质气体的处理。

沼气（qì）中（zhōng）的硫主要（yào）以H2S形式（shì）存在，所含（hán）有（yǒu）机（jī）硫较（jiào）少。脱除硫化（huà）氢的方法很多（duō），一（yī）般可分为干法脱（tuō）硫、湿法（fǎ）脱（tuō）硫和生物脱硫。

干法脱硫通常用于低含（hán）硫（liú）气体处理，特别（bié）是用于气体（tǐ）精细脱硫（liú）。大部分干法脱硫工艺由于（yú）需要更换（huàn）脱硫剂而不能继续操作，还有一些干法如锰矿法、氧化（huà）锌法、氧化铁、活性炭（tàn）等，脱硫剂不能（néng）再生或再生次数很（hěn）少（shǎo），脱硫饱（bǎo）和后要废弃，这（zhè）样一（yī）方面会造成（chéng）环境（jìng）问题（tí），另一方面（miàn）会增加脱硫成本。

湿（shī）法（fǎ）脱硫是利（lì）用特定的溶剂与（yǔ）气（qì）体逆流接触而（ér）脱除其中的H2S，溶剂通过再生后（hòu）重新进行吸收（shōu），根据（jù）吸收机理的不（bú）同，又分为化学吸收法、物理（lǐ）吸收法（fǎ）、物（wù）理化学吸收法以（yǐ）及湿（shī）式氧化法。湿（shī）式氧化法脱硫效率高，单质硫可回收，流程较简单，大多（duō）数脱硫剂可以再（zài）生，运行成本低等；同时（shí）该法流（liú）程（chéng）复杂、投资大（dà）、适用于气体处理量大，H2S含量高的场合。

生物脱硫（liú）系统以各种（zhǒng）微生物的（de）容（róng）纳力为基础，利用微生物的生命活动将有机污（wū）染（rǎn）转化为对人（rén）体健康和生态环（huán）境无害的（de）化合物、生物法常用于污水处理工程中产生的硫化（huà）物。生物脱硫（liú）技（jì）术包括（kuò）生物过滤法、生物吸附法和生物滴滤法，三种系（xì）统均属开（kāi）放系统，其微（wēi）生物种（zhǒng）群随环（huán）境改变而变化。在（zài）生（shēng）物脱硫过程中，氧化态的含硫污染物必须先经生（shēng）物（wù）还原作（zuò）用生成（chéng）硫化（huà）物或H2S，然后再（zài）经生物氧化（huà）过程生（shēng）成（chéng）单质硫，才能去（qù）除。

生物净化工艺与（yǔ）上述传统工艺相（xiàng）比具有运行成本低（dī）、反应条件（jiàn）温和、能耗少和有（yǒu）效（xiào）减少环境污染等（děng）优点，但（dàn）脱硫（liú）微（wēi）生物都（dōu）是（shì）需要氧型的，氧气或空（kōng）气（qì）的加入可能会导致沼气中氧（yǎng）含量上升影响（xiǎng）沼气的安全性，因此采用生（shēng）物脱硫（liú）是（shì）要时刻监控（kòng）反应（yīng）器中（zhōng）的氧含量。

表1. 常（cháng）见的几种脱（tuō）硫方法及其特（tè）点

沼气（qì）生产（chǎn）中不可避（bì）免地会混入空气，特别是垃圾沼气。氧的脱（tuō）除是沼气（qì）加工的必经步骤，沼气中的（de）氧必须脱至一定（dìng）范围内，才能确保整（zhěng）个工艺过程的安全性。若生物沼气（qì）生产GNG或天然（rán）气，则需将其（qí）中所（suǒ）含的氧气含量降（jiàng）至0.5%以下。

沼气脱氧工艺一般有如下几种：

方法1：利用（yòng）气源中的原有气体和氧气反应；

方（fāng）法2：通入氢气与氧反应，生成（chéng）较易除（chú）去的（de）水；

方法3：混合（hé）气中的氧直（zhí）接与（yǔ）催化剂发（fā）生氧化反应（yīng），使催化剂活性组分转化成高价氧化物；

方法（fǎ）4：通过膜分离或低温变压吸附（fù）法(PSA)去除。

方法2需要氢源（yuán），且要确定通入氢气量，方法3较难达到（dào）合格的脱氧深度，而方法4成本较高。因此，利用沼气中主要组分甲烷与氧气在催（cuī）化剂作用（yòng）下反应，是较为经济有（yǒu）效的脱氧方法。

未经处理的沼气通常含有（yǒu）饱和水蒸气。其（qí）绝对含量（liàng）与温度有（yǒu）关，如35℃时沼气（qì）水含量约为5%。沼（zhǎo）气脱水技术主要分为物（wù）理（lǐ）分（fèn）离和化学（xué）干燥两类，这（zhè）些方法也可（kě）以同时（shí）去除沼气中的泡沫和粉尘。

冷凝法是去除（chú）沼（zhǎo）气中水蒸气最简单的物理（lǐ）方法，但由于水会在热交换器（qì）上结冰，这种方法（fǎ）只能将露点温度降低至0.5℃，要（yào）得到更低的露点温度，需将沼气（qì）进行压（yā）缩，且（qiě）露点温度越低，所（suǒ）需（xū）压力越高（gāo）。冷凝法（fǎ）包（bāo）括除雾器、旋风（fēng）分离器、湿气捕集阱等。化学干燥法通常在较高的压（yā）力（lì）下进（jìn）行，最常（cháng）用的吸附剂为氧化（huà）铝（lǚ）或沸（fèi）石，此（cǐ）外还可用三甘醇或可（kě）吸湿盐类（lèi）作为干燥剂。

由于沼气中甲烷含量较低，其高位发热值只有23.9MJ/m³(甲烷含量60%)，而纯甲烷高（gāo）位发热值为39.78MJ/m³。作为车用燃料或者（zhě）管道天（tiān）然气燃料其高位发热（rè）值要求（qiú）大于31.4MJ/m³，则要求沼气中甲烷浓度至少提高到88%以上（shàng），即要脱除多余CO2。沼气脱（tuō）碳技术多源于天然气、合成氨变换气脱碳技（jì）术，包括物（wù）理溶液吸收法、化学吸收法、变压吸（xī）附法、膜（mó）分离法、低（dī）温深（shēn）冷（lěng）法等。表2给出了常用的沼（zhǎo）气（qì）脱（tuō）碳方（fāng）法及（jí）其特点。

表（biǎo）2. 常见的（de）几种脱碳方法及其特（tè）点

除了（le）水、硫化氢、氧（yǎng）、二（èr）氧化碳外（wài），其他杂质（zhì）气体（tǐ）通常（cháng）含量较少（shǎo），且可以在已（yǐ）有的净（jìng）化（huà）或提（tí）纯单元中（zhōng）去除。如硅氧烷和（hé）卤（lǔ）代烃主要存在于垃圾填埋场沼气或（huò）混合原料发酵沼气，均可（kě）通过活（huó）性炭吸附（fù）去除（chú），少量的氨也可被活（huó）性炭（tàn）吸附，或（huò）者（zhě）在二氧化碳脱除（chú）单元(如加（jiā）压水洗（xǐ）法（fǎ）)去（qù）除。

沼气（qì）并入天然（rán）气管网，或（huò）用于车用（yòng）燃料、燃料电池等（děng），其气质一般有着严（yán）格的要求。因此，需（xū）要（yào）通过（guò）必要的沼（zhǎo）气净化提（tí）纯技术（shù），使沼气成为甲烷含量高，热（rè）值（zhí）和杂（zá）质等条件符（fú）合管道、压缩或（huò）液化天然气标（biāo）准要求(车（chē）用天（tiān）然气相（xiàng）关标（biāo）准见表3)的高品质（zhì）生物天（tiān）然气（qì）。而（ér）要达到标（biāo）准所规（guī）定的气体质量，沼气气体组分检测必不可（kě）少。下面以山东省某大型生物质（zhì）天然（rán）气提纯项目（mù）为例，简（jiǎn）要叙（xù）述沼（zhǎo）气成（chéng）分检测在沼气提纯（chún）中的（de）应用。

表3. 车（chē）用天然气（qì）相关标准

项目总投资12100万（wàn）元，总占地面积55亩(36666.85㎡)，建筑（zhù）物面积21605㎡(利用现（xiàn）有（yǒu）建筑)，构筑（zhù）物16692m³(主要包含厌（yàn）氧消化（huà）罐、贮气柜以（yǐ）及其它（tā）地面硬（yìng）化贮（zhù）存场等)。主要产品（pǐn）为：生物天（tiān）然气401万（wàn）Nm³、固态有机肥1万t、有机叶面（miàn）肥1.5万t、液（yè）体二氧化碳0.42万t。项目主（zhǔ）体工（gōng）程组成（chéng）见（jiàn）表4。

表4. 项目（mù）主体工程组成一（yī）览（lǎn）表

其中，沼气经脱硫、脱碳后再（zài）经压缩机压缩成（chéng）压缩天然气CNG)，根据订单情况（kuàng），选择性进行降温成液态天然气（qì）(LNG)，后暂存于钢瓶或撬车内，以（yǐ）备出（chū）售外运（yùn）。

2、净化（huà）提纯主要工（gōng）艺

1）脱硫工艺

发酵过程产（chǎn）生的（de）气体经过干（gàn）燥柜重力（lì）除水和高能离（lí）子除臭设备除（chú）水、除臭后进入双膜（mó）贮（zhù）气囊暂（zàn）存。由于沼气原气中含有（yǒu）一（yī）定量的H2S气体，需经过“无定型羟基氧化（huà）铁”脱硫工序（xù）将H2S气体脱（tuō）除净化。气体从干法脱硫塔的底部进入，顶（dǐng）部排出，气体在干法脱硫塔（tǎ）内与干（gàn）法脱硫（liú）剂接触，使（shǐ）得H2S被（bèi）脱（tuō）除。

2）沼气脱碳

脱硫后的沼气经过（guò）气柜稳压（yā）后，经高效过滤器去（qù）除饱和水蒸气和（hé）微尘（chén）粒后，进入膜分离装置，使得CH4、CO2混合气体彼此（cǐ）分离，分离（lí）后最终沼气中CO2浓度（dù）在（zài）3%以下（xià），分离出的CO2几（jǐ）乎不含CH4。

项目CO2提（tí）纯装置采用膜分离（lí）装置，其工作原理为：压缩沼气在（zài）沿中空（kōng）纤维管（guǎn）(即SEPURAN膜)内腔流（liú）动时，各种气体的分压在中（zhōng）空纤维（wéi）丝管（guǎn）的高压（yā）侧(原（yuán）料（liào）侧)与低压侧(渗透侧)所形成的分压差作用下，溶解系（xì）数和扩散系数大的气体(如CO2、H2S)优先透过管壁，其余（yú）气体(CH4)相对受到阻隔，从而达到分离的（de）目的。

3、工艺监测（cè）解决方案

项目（mù）采（cǎi）用了锐意自控（kòng）便1台便携式红（hóng）外沼气分析仪Gasboard-3200L和1台防爆（bào）型红（hóng）外气体分析仪（yí）Gasboard-3500，用于（yú）发酵罐出口、脱硫（liú）设备出口和脱硫装置出口等各个监测点CH4、CO2、H2S、O2浓（nóng）度（dù）的实（shí）时与在线监测。

表5. 气体监测方案

1）发（fā）酵罐出口监测（cè），测量CH4、CO2和（hé）O2含量（liàng），帮助（zhù）业主掌握发酵罐厌氧发酵状况，从（cóng）而能够及时、准确地（dì）调节发酵（jiào）罐进出料时间，保障（zhàng）厌氧消化高效、稳（wěn）定（dìng）运行，提高沼气工程产气效率。

2）脱（tuō）硫设备（bèi）出口监测，测量H2S含量，帮助业主直观（guān）地了解脱硫效率，有依据的进行脱硫（liú）工艺优化，同时（shí）有（yǒu）效降低有毒（dú）气体H2S排放污染。

3）提纯装置出口监测，测量CH4、H2S、CO2和O2含量，帮助业主准确了解（jiě）净化（huà）提纯效率，为（wéi）生物天然气（qì）销售（shòu）以及环保排放监测提供参考数据。
沼气净化提（tí）纯（chún）技术工艺较多，用（yòng）户可以根据自身资金成（chéng）本和能源化利（lì）用目标进行选（xuǎn）择（zé）。但使沼（zhǎo）气（qì）净化提纯成为（wéi）甲烷含量高，热值（zhí）和杂质等条件符合管（guǎn）道、压（yā）缩或液化（huà）天然（rán）气标准要求的高品（pǐn）质生物天然气，其（qí）工（gōng）艺过程的气体（tǐ）成分监测必不（bú）可少。
文章转载自@沼（zhǎo）气圈