沼气发（fā）电机（jī）热电联产。这是发达国家大（dà）中型沼气工程普遍采（cǎi）用的沼气利（lì）用方式（shì）。为避免沼气中杂质对发动机（jī）的不良影响，沼气需进行（háng）脱水和脱除硫化物、卤代烃（tīng）、硅氧烷等杂质气体的处理。

沼气中的硫主要以H2S形式存（cún）在，所含有机硫较（jiào）少。脱除硫（liú）化氢的方法（fǎ）很多，一般（bān）可分为（wéi）干法脱硫、湿法脱硫（liú）和生物脱硫。

干法脱硫通常用于低（dī）含硫气体处理，特别是用（yòng）于（yú）气体精细脱硫。大（dà）部分（fèn）干（gàn）法脱硫（liú）工艺由于需要更换脱硫剂而不能继续操作，还有（yǒu）一些干法如锰矿法、氧化（huà）锌法、氧化铁、活性炭等，脱硫剂不能（néng）再（zài）生（shēng）或再生次数很（hěn）少（shǎo），脱硫饱和后要废弃，这样一方面会（huì）造成（chéng）环（huán）境问题，另一方面会（huì）增加脱硫成本。

湿法脱硫是利用特（tè）定的（de）溶剂与气体逆流接触而脱（tuō）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（fèn）为化（huà）学吸收法、物理吸收法、物理化学（xué）吸收法以（yǐ）及湿式氧（yǎng）化法。湿式氧化（huà）法脱硫效率高（gāo），单质硫可回收，流程较（jiào）简单，大多数脱硫剂可以再生，运行（háng）成本低等；同时该法流程复杂、投资（zī）大（dà）、适用于气（qì）体处理（lǐ）量大，H2S含量高的场合。

生物脱（tuō）硫（liú）系统以（yǐ）各种（zhǒng）微生物（wù）的容纳（nà）力为基础，利用（yòng）微生（shēng）物的（de）生命活动将有机污（wū）染转化为对人体健（jiàn）康和生态环境无害的化合物、生（shēng）物法常用于污水处理工程（chéng）中产生的硫（liú）化物。生物（wù）脱（tuō）硫技术包括生物过滤（lǜ）法、生物吸附（fù）法和（hé）生物滴滤法，三种系统均属开放（fàng）系统（tǒng），其微生物种群随环境改变而（ér）变化。在生物（wù）脱硫过程（chéng）中，氧化（huà）态的含硫污染物必须先经生物还原（yuán）作用生（shēng）成硫化物或H2S，然（rán）后再经生物氧化过程生（shēng）成单质硫，才能去除（chú）。

生物净化工艺与（yǔ）上（shàng）述传统工（gōng）艺（yì）相比具有（yǒu）运行成本低、反应条件（jiàn）温和、能耗（hào）少和有效减少环（huán）境污（wū）染（rǎn）等优点，但脱硫微生物都是需要氧型的，氧气或空气的（de）加（jiā）入可能会导致沼气中氧含（hán）量上升影（yǐng）响沼气的安全性，因此采用生物脱硫（liú）是要时（shí）刻监控反应器（qì）中（zhōng）的氧含量。

表1. 常见（jiàn）的几种脱硫方法及其特（tè）点

沼（zhǎo）气（qì）生产中不可避免地会混入空气，特别是垃圾沼气。氧的脱除是沼气加工的必经步骤，沼（zhǎo）气中的氧（yǎng）必须脱至（zhì）一定范围内（nèi），才能确保整个工艺过程的安全性（xìng）。若生物沼（zhǎo）气（qì）生产GNG或（huò）天然气，则需将其中所含的氧气含量降至0.5%以下。

沼气（qì）脱氧工艺一般有（yǒu）如下几种：

方法1：利（lì）用气源（yuán）中（zhōng）的（de）原有气体和氧气反应；

方法2：通入氢气与氧反应，生成较易除去的水（shuǐ）；

方法（fǎ）3：混合气中的氧直接与催化剂发生氧化（huà）反应，使催化剂活性组分转（zhuǎn）化成（chéng）高价（jià）氧（yǎng）化物；

方法4：通过膜分离或低温变压吸附法(PSA)去除（chú）。

方法2需要氢源，且要（yào）确（què）定通入氢气量，方（fāng）法3较难达（dá）到合格的脱氧深度，而（ér）方法4成本较高。因此，利用沼气中主（zhǔ）要组（zǔ）分（fèn）甲烷（wán）与氧气在催（cuī）化（huà）剂（jì）作用下反应，是较为经济有（yǒu）效（xiào）的（de）脱氧（yǎng）方法。

未经处理的沼气通常（cháng）含有饱和水蒸气。其（qí）绝对含量与温度有关，如35℃时沼气（qì）水含量约为5%。沼气脱水技术（shù）主（zhǔ）要分为物理分（fèn）离和化学（xué）干燥两类，这些方法也可以同时去除沼气中的泡沫和（hé）粉尘。

冷凝法是去除沼气中水蒸气最简单的（de）物理（lǐ）方法，但由（yóu）于水会（huì）在热交换器上（shàng）结冰，这种方（fāng）法只能将露点温（wēn）度降低至（zhì）0.5℃，要得（dé）到更（gèng）低的露点温度，需（xū）将沼气进行压缩，且露点（diǎn）温度越低，所需压力越高。冷凝法（fǎ）包括除雾器、旋风分离器、湿（shī）气（qì）捕（bǔ）集阱等（děng）。化学（xué）干燥法（fǎ）通常（cháng）在较高的（de）压力（lì）下进行，最常（cháng）用的吸附剂为氧化（huà）铝或（huò）沸石，此外还可用三甘醇（chún）或（huò）可吸湿盐类（lèi）作为干燥（zào）剂（jì）。

由于沼（zhǎo）气中甲烷含量较低，其高位发热值只（zhī）有23.9MJ/m³(甲烷含量（liàng）60%)，而纯甲烷高位发热（rè）值（zhí）为39.78MJ/m³。作（zuò）为车用燃（rán）料或者（zhě）管道天（tiān）然气燃料其高位发热值要求大（dà）于31.4MJ/m³，则（zé）要求沼气中甲烷浓度至少提高到88%以上，即要（yào）脱除（chú）多余CO2。沼气脱（tuō）碳技术多源（yuán）于天（tiān）然气、合成氨变换气脱碳技（jì）术，包括物理溶液吸收法、化（huà）学吸（xī）收（shōu）法、变压吸附法、膜分（fèn）离法、低温深冷法等。表2给出了常用（yòng）的沼气脱（tuō）碳方法及其特点。

表2. 常（cháng）见的几种脱碳方法及其特点

除了水、硫化（huà）氢、氧、二氧化碳（tàn）外，其他杂（zá）质（zhì）气体通常含量较少（shǎo），且可以在（zài）已（yǐ）有的净化（huà）或（huò）提纯单元（yuán）中去除。如硅氧烷和卤代烃（tīng）主要存在于垃圾填埋场沼气或混合原料发酵（jiào）沼气，均可通过活性炭（tàn）吸附（fù）去（qù）除，少量的（de）氨也可被活性炭（tàn）吸附，或者在二氧化碳脱除单元(如加压水洗法)去除。

沼（zhǎo）气并入天然气管网，或用于车用燃料、燃料电池等，其气质（zhì）一般有着严格的要求。因（yīn）此，需（xū）要通过（guò）必要的沼（zhǎo）气净化提纯技术，使沼（zhǎo）气（qì）成为甲烷含量高，热值和杂质等条件符（fú）合管（guǎn）道、压缩或液化天然（rán）气标准要求(车用天然气相关标准（zhǔn）见表3)的高品质生物天然气（qì）。而要达到标准（zhǔn）所规定的气体质量，沼气气体组分检测（cè）必不可少。下面以山（shān）东省某（mǒu）大（dà）型生物质天然气（qì）提纯项目为例（lì），简（jiǎn）要叙述沼气成分检（jiǎn）测在沼气提纯中（zhōng）的应用。

表（biǎo）3. 车用天（tiān）然（rán）气相关标准（zhǔn）

项（xiàng）目总投资（zī）12100万元，总占（zhàn）地面（miàn）积55亩(36666.85㎡)，建筑物面积21605㎡(利用现有建筑)，构筑物16692m³(主要包含厌氧消（xiāo）化罐、贮气柜以及其它地面硬化贮存场（chǎng）等)。主要（yào）产品为：生物天然气401万（wàn）Nm³、固态有机肥1万t、有机叶面肥1.5万t、液体二氧化碳0.42万（wàn）t。项目主（zhǔ）体工程（chéng）组成见表4。

表4. 项（xiàng）目主体（tǐ）工程组成（chéng）一览表

其中，沼（zhǎo）气经脱硫、脱碳后再经压缩（suō）机压缩成（chéng）压缩天然气CNG)，根据订单（dān）情况，选择性进行降（jiàng）温成液（yè）态（tài）天然气(LNG)，后暂存于钢（gāng）瓶（píng）或（huò）撬车（chē）内（nèi），以（yǐ）备出售（shòu）外运。

2、净化提纯主要（yào）工（gōng）艺

1）脱硫工艺

发（fā）酵过程（chéng）产生的气体经（jīng）过干（gàn）燥柜重力（lì）除水和高能离子除臭（chòu）设备除水、除臭后进入双膜贮气囊暂存。由于（yú）沼气（qì）原气中含（hán）有一定量的H2S气体，需经过“无（wú）定型羟基氧化铁”脱硫工序将H2S气体脱（tuō）除净（jìng）化（huà）。气体从干（gàn）法（fǎ）脱（tuō）硫（liú）塔的底部进入，顶部排出，气体在干法脱硫塔（tǎ）内与干（gàn）法（fǎ）脱硫剂接触，使得H2S被脱除（chú）。

2）沼气脱碳

脱硫后的沼气经过气柜稳（wěn）压后，经（jīng）高效过滤器去（qù）除饱（bǎo）和（hé）水蒸气和（hé）微尘粒后，进入膜（mó）分离装置，使得CH4、CO2混合气体彼此分离，分离后最终沼气中CO2浓度在3%以（yǐ）下，分离出的（de）CO2几乎（hū）不（bú）含CH4。

项目CO2提纯装置采（cǎi）用膜（mó）分离装置，其工作原理为：压缩沼气（qì）在沿中空纤维管(即SEPURAN膜)内腔流动（dòng）时，各种气体的分（fèn）压在（zài）中空纤维丝管的高压侧（cè）(原料侧)与低压侧(渗透侧)所形成的分压差（chà）作用下（xià），溶解系数和扩散（sàn）系数大的气体(如CO2、H2S)优先透过管壁，其余气体(CH4)相（xiàng）对受到（dào）阻隔，从而达到分离的目的。

3、工艺（yì）监（jiān）测解决方案

项目采用了锐意自控便1台便携式红外沼气分析仪Gasboard-3200L和（hé）1台（tái）防爆型红外气体分（fèn）析仪Gasboard-3500，用于发（fā）酵罐出口、脱硫设备出（chū）口（kǒu）和（hé）脱硫装置出口等各（gè）个监测点CH4、CO2、H2S、O2浓度的（de）实时（shí）与在（zài）线（xiàn）监测。

表（biǎo）5. 气体监测方案

1）发酵罐出口（kǒu）监测，测量CH4、CO2和O2含量（liàng），帮助业主（zhǔ）掌握（wò）发酵罐厌氧发酵状况，从而能（néng）够（gòu）及（jí）时、准（zhǔn）确地调节发酵罐进出（chū）料时间，保障厌氧消（xiāo）化高效、稳定运（yùn）行，提高沼气工程（chéng）产气效率。

2）脱硫（liú）设备出口监测，测量H2S含量，帮助业主直观地（dì）了解（jiě）脱硫效率，有依据的进行脱硫工（gōng）艺优化，同（tóng）时有（yǒu）效降低有（yǒu）毒（dú）气体（tǐ）H2S排放污染。

3）提纯装置出口监测，测量（liàng）CH4、H2S、CO2和（hé）O2含量，帮（bāng）助（zhù）业（yè）主准确了解净化（huà）提纯效率，为生物天然气销售以（yǐ）及（jí）环保排放监（jiān）测提供参考数据。
沼气（qì）净化提纯技（jì）术工艺较多，用户可以根据自身资金成本（běn）和（hé）能源化利用（yòng）目标进行选（xuǎn）择。但使沼气（qì）净化提（tí）纯成为甲烷含量高，热值（zhí）和杂质等条件符合管道、压缩或液化（huà）天然（rán）气标准要求的高品质生物天然气，其工艺过程的（de）气体成分监测必不可少。
文章转载自（zì）@沼气圈