沼气发电机热电联产（chǎn）。这是发达（dá）国（guó）家（jiā）大中（zhōng）型沼气工程普遍采用（yòng）的沼气利用方式。为（wéi）避免沼气中杂质对发动机的不良影响，沼气需（xū）进行脱水和（hé）脱（tuō）除硫化物、卤（lǔ）代烃、硅氧烷等杂质气体（tǐ）的处理。

沼气中的硫主要以H2S形式存在，所（suǒ）含（hán）有机硫较（jiào）少。脱除硫化氢的方法很多，一（yī）般可分（fèn）为干法脱硫、湿法脱硫和生物脱（tuō）硫。

干（gàn）法脱硫通常用于低含硫（liú）气体处理，特别是用于（yú）气体精（jīng）细（xì）脱硫（liú）。大部（bù）分干法脱硫工（gōng）艺由于需要（yào）更换脱硫（liú）剂而不能继续操作，还有一些干法如锰矿法（fǎ）、氧化锌法、氧化铁、活性炭等，脱硫剂不能再（zài）生或再生（shēng）次数很（hěn）少（shǎo），脱硫饱（bǎo）和后要废（fèi）弃，这（zhè）样一方面会造（zào）成环境问题，另一方面会增加脱（tuō）硫成本。

湿（shī）法脱硫是利用特定（dìng）的溶剂与气体（tǐ）逆流接触而（ér）脱除其中的H2S，溶剂通过再生后重（chóng）新进行吸收，根据吸收机理的不同，又分为化学吸收（shōu）法、物理吸（xī）收法、物理（lǐ）化学吸收（shōu）法以及湿式氧（yǎng）化法。湿式氧化（huà）法脱硫效率（lǜ）高（gāo），单（dān）质硫可回收，流程较简单（dān），大多（duō）数脱（tuō）硫剂可以再生，运（yùn）行（háng）成本低等（děng）；同（tóng）时该法流（liú）程复杂、投（tóu）资大、适用于气（qì）体处（chù）理量大，H2S含（hán）量高的场合（hé）。

生（shēng）物脱硫系（xì）统以（yǐ）各种微生物的容（róng）纳力为基础，利用微生物的生命活动（dòng）将有机（jī）污染转化为对人体健康和生态环境（jìng）无害的化（huà）合物、生物法（fǎ）常用于污水处理（lǐ）工程中产生的硫化物。生物（wù）脱硫（liú）技术包括生（shēng）物过滤法、生物吸附法和生物滴滤（lǜ）法，三种系统（tǒng）均属开放系统，其微（wēi）生物种群随环（huán）境（jìng）改变（biàn）而变化。在生物脱硫过程中，氧化态的含硫污（wū）染物（wù）必须先（xiān）经生物（wù）还原作（zuò）用生成硫化物或H2S，然后再经生物氧化过程生成单质硫，才（cái）能（néng）去（qù）除。

生物净化工艺与上述（shù）传统工艺相比具（jù）有运（yùn）行成本低、反应条件温和、能耗少和有效减少环境（jìng）污染等优（yōu）点，但脱硫微生物都是需要氧（yǎng）型的（de），氧气或空气（qì）的（de）加入可能会导（dǎo）致沼气（qì）中氧含量上升影响沼气的安全（quán）性，因此采用生物脱（tuō）硫（liú）是（shì）要时刻监控反应器中的氧含（hán）量（liàng）。

表1. 常见的几种脱硫方法及其特点

沼气生产中不可（kě）避免地会混入（rù）空气，特别是垃圾（jī）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）确保整个工艺过（guò）程的安（ān）全性。若生物沼气生产GNG或天然气，则需将其中（zhōng）所（suǒ）含的氧（yǎng）气（qì）含量降至0.5%以下。

沼气脱氧工（gōng）艺一般有如下几种：

方法1：利（lì）用气源中的原有气体和氧气（qì）反应；

方法2：通入氢气与氧反（fǎn）应，生成较易除去的水；

方（fāng）法3：混（hún）合气中的氧直接与催化剂发生（shēng）氧化反应，使催化剂活（huó）性组分转（zhuǎn）化成高价氧化物（wù）；

方法4：通过膜分（fèn）离或低温变压吸（xī）附法(PSA)去（qù）除。

方法（fǎ）2需要氢源，且要确定通入氢气量（liàng），方法3较难达到合格的（de）脱氧深度，而方法4成本较（jiào）高。因此，利（lì）用沼气中（zhōng）主要组分甲烷与氧气在（zài）催化剂作（zuò）用下反（fǎn）应，是较为经济有效的脱氧方法。

未经处理的沼气通（tōng）常含有饱和水蒸气。其（qí）绝对（duì）含量与温度有（yǒu）关（guān），如（rú）35℃时（shí）沼气水含量约为5%。沼气脱水技（jì）术主要（yào）分为物理分离和化学干燥两类（lèi），这些方法（fǎ）也可以同时去除沼气中的泡沫和粉尘。

冷凝法是去（qù）除沼气中水（shuǐ）蒸气最简单的物理方法，但（dàn）由于水会在热交换器上结冰（bīng），这（zhè）种方法只能将露（lù）点温度降低至0.5℃，要得到更低的露（lù）点温度，需将沼气进行压（yā）缩（suō），且露点温（wēn）度（dù）越低，所需压力（lì）越高（gāo）。冷凝法包括除雾器、旋风分离器（qì）、湿气（qì）捕（bǔ）集阱等。化学干燥（zào）法通常在较高的压力下进行，最常（cháng）用的（de）吸附（fù）剂为氧化（huà）铝或沸石，此外还（hái）可用三甘（gān）醇（chún）或可（kě）吸湿盐类（lèi）作为干燥剂。

由于沼（zhǎo）气中甲烷含量（liàng）较低，其高位发热值只有（yǒu）23.9MJ/m³(甲（jiǎ）烷含量60%)，而纯甲烷高（gāo）位发热值（zhí）为（wéi）39.78MJ/m³。作为车用燃料或者管（guǎn）道（dào）天然气（qì）燃料其（qí）高位发热值要求大于31.4MJ/m³，则要求沼气中甲烷浓度（dù）至少提（tí）高到（dào）88%以上，即要脱除（chú）多余（yú）CO2。沼气脱碳技术（shù）多（duō）源（yuán）于天然气、合成氨变（biàn）换（huàn）气脱碳技术，包括物（wù）理溶（róng）液吸收（shōu）法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法、低温深冷法等。表2给（gěi）出了常（cháng）用的沼气（qì）脱碳方法及（jí）其特点（diǎn）。

表2. 常见的几种脱碳（tàn）方法及其特点

除了水、硫化氢（qīng）、氧（yǎng）、二氧化（huà）碳（tàn）外，其他杂质（zhì）气体通常含量（liàng）较少，且可以在（zài）已（yǐ）有（yǒu）的净（jìng）化或（huò）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气或混（hún）合原料发酵沼气，均可通过活性炭吸附去除，少量的氨也（yě）可被活性（xìng）炭吸（xī）附，或者在二（èr）氧（yǎng）化碳（tàn）脱除单元（yuán）(如加压水洗法)去除。

沼气（qì）并入天然（rán）气管（guǎn）网，或用（yòng）于车用（yòng）燃料、燃料电（diàn）池等，其气质一般有着严（yán）格的要（yào）求。因此，需要通过（guò）必要的沼气净化（huà）提纯技术，使沼气成为甲（jiǎ）烷含量高，热值和杂质等（děng）条（tiáo）件（jiàn）符合管道、压缩（suō）或液化天然气标准（zhǔn）要求（qiú）(车用天然气相关（guān）标准见表3)的高品质生物天然气。而要达到标准所规定的（de）气体质量（liàng），沼气气体组分检测必不可（kě）少。下面以山东省某大（dà）型生（shēng）物质天然气（qì）提纯项目为例，简要叙述沼气成分（fèn）检测在沼（zhǎo）气提纯中的应用。

表3. 车用天然气相（xiàng）关（guān）标准

项目总投（tóu）资12100万元，总占（zhàn）地面积（jī）55亩(36666.85㎡)，建筑物面积（jī）21605㎡(利用现有建筑)，构筑物16692m³(主（zhǔ）要包含厌氧消化罐（guàn）、贮气柜（guì）以及其（qí）它地面硬（yìng）化贮存场等)。主要产品为：生物（wù）天然（rán）气401万Nm³、固态有机肥（féi）1万t、有机叶（yè）面（miàn）肥（féi）1.5万t、液体（tǐ）二氧化碳0.42万（wàn）t。项目主体工程（chéng）组成见表4。

表4. 项目主（zhǔ）体工程（chéng）组成一（yī）览表

其（qí）中，沼气经脱硫、脱（tuō）碳后再（zài）经压缩机压缩成压缩天然气CNG)，根据订单（dān）情况，选择（zé）性进行降温成液态天然气(LNG)，后暂存于钢瓶或撬车内，以备出售外运。

2、净化提纯主要工艺

1）脱硫工艺

发酵过程产生的气体经过干燥柜重力（lì）除（chú）水和高能离子除（chú）臭设备除水、除臭后进入双膜贮气囊暂存。由于沼气原（yuán）气中含有一定（dìng）量的（de）H2S气体，需经过（guò）“无定型羟基氧化铁”脱（tuō）硫工序（xù）将H2S气（qì）体脱除净化。气（qì）体从（cóng）干法脱硫塔（tǎ）的底部进入，顶部排出，气体在干法脱硫塔内与干法（fǎ）脱硫（liú）剂接触，使得（dé）H2S被脱除。

2）沼气脱碳

脱硫（liú）后（hòu）的沼气（qì）经过气柜（guì）稳压后，经（jīng）高效过滤器去除饱（bǎo）和水蒸气和微（wēi）尘粒后（hòu），进入膜分离装置，使得CH4、CO2混合气体（tǐ）彼此（cǐ）分离，分（fèn）离后最终沼气中CO2浓度在3%以下，分离出（chū）的CO2几乎不含CH4。

项（xiàng）目CO2提（tí）纯（chún）装（zhuāng）置采（cǎi）用膜分离装置，其工作原理为：压缩沼气在沿中空纤维（wéi）管(即SEPURAN膜（mó）)内腔流动时，各种（zhǒng）气体的分压在中空纤（xiān）维丝管的（de）高压侧（cè）(原料侧)与低压侧(渗透侧)所形成的（de）分压差作用下，溶解系（xì）数和扩（kuò）散（sàn）系数大（dà）的气体(如（rú）CO2、H2S)优先（xiān）透（tòu）过管壁，其余气体(CH4)相对受到阻隔，从而（ér）达到分离的（de）目的。

3、工艺监测解决方案

项目采用了锐（ruì）意（yì）自控（kòng）便1台（tái）便携式（shì）红（hóng）外（wài）沼气分析仪Gasboard-3200L和1台防爆型红外气体分析仪Gasboard-3500，用（yòng）于发酵罐出口（kǒu）、脱硫（liú）设备出口（kǒu）和（hé）脱（tuō）硫（liú）装置出口（kǒu）等各个（gè）监测点CH4、CO2、H2S、O2浓（nóng）度的实时（shí）与在（zài）线监（jiān）测（cè）。

表5. 气体监（jiān）测方案

1）发酵罐（guàn）出口监测，测量CH4、CO2和O2含（hán）量，帮助业主掌握发酵罐厌氧发酵状况，从（cóng）而能够及时、准确（què）地调节（jiē）发酵罐（guàn）进（jìn）出（chū）料时间，保障（zhàng）厌（yàn）氧（yǎng）消化高效、稳定运行，提高沼气工程产气效率。

2）脱硫设备出口监测，测（cè）量H2S含（hán）量，帮助业主直观地了解脱硫效率，有依（yī）据的进行脱硫工艺（yì）优（yōu）化（huà），同时（shí）有效降（jiàng）低有毒气（qì）体H2S排放污染。

3）提纯（chún）装置出口监测，测（cè）量CH4、H2S、CO2和（hé）O2含量，帮助业主准确了（le）解净化提纯（chún）效率，为生物天然气（qì）销售以及环保（bǎo）排放监测（cè）提供参考数据。
沼气净化提纯技术工艺较多，用户可以根据（jù）自身资（zī）金成本和能源化利用目标进行（háng）选择（zé）。但使沼气净化（huà）提纯成为甲烷含量高（gāo），热（rè）值和杂质等条（tiáo）件符合管道、压缩或液化天然气标准要求（qiú）的（de）高品质生物（wù）天（tiān）然（rán）气，其（qí）工（gōng）艺过（guò）程的气体（tǐ）成分（fèn）监测必不（bú）可（kě）少。
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