沼气发电机热电联产。这是发达国家大中（zhōng）型沼气工程普遍采用的沼气利用方式。为（wéi）避免（miǎn）沼气中杂（zá）质对发动机（jī）的不良影响，沼气需进（jìn）行脱水和脱除硫化（huà）物、卤（lǔ）代烃（tīng）、硅氧烷等杂质气体的（de）处理。

沼气中的硫主（zhǔ）要（yào）以H2S形（xíng）式存在，所含有机硫（liú）较少。脱（tuō）除硫化氢的方（fāng）法很多（duō），一般可分为干法脱硫（liú）、湿法（fǎ）脱硫和生物脱硫。

干法（fǎ）脱硫通常用于（yú）低含硫气体处理，特别是用于（yú）气体（tǐ）精细脱（tuō）硫。大部分干法脱硫工艺由于需要更换脱硫剂（jì）而不能继续操（cāo）作，还有一些干法（fǎ）如锰（měng）矿法、氧化锌法、氧化铁、活性炭等，脱（tuō）硫剂不能再（zài）生或再生次数很少，脱硫饱（bǎo）和（hé）后要废（fèi）弃，这样一方面（miàn）会造成环（huán）境问题，另（lìng）一方面会增加脱（tuō）硫成（chéng）本（běn）。

湿法（fǎ）脱硫是利用特定的溶（róng）剂与（yǔ）气体逆流接触而（ér）脱除其中的H2S，溶剂（jì）通过再生后重新进行吸收，根据吸收机理（lǐ）的不同，又分为化学吸收（shōu）法、物理吸收法、物（wù）理化学吸（xī）收法以及湿式氧化法。湿式氧化法脱硫（liú）效率高，单质硫可回收，流程（chéng）较简单，大多数脱硫剂可以（yǐ）再生，运行成本低等；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。

生物脱硫系统以各种（zhǒng）微生（shēng）物的容（róng）纳力为基础，利用微生物的生命（mìng）活（huó）动将有机污染（rǎn）转化为对人体（tǐ）健康和生态环境无（wú）害的化合物（wù）、生物法常（cháng）用于（yú）污水处理工程（chéng）中产（chǎn）生（shēng）的硫化物。生物（wù）脱硫技（jì）术包括（kuò）生物过滤法、生（shēng）物吸附法和（hé）生（shēng）物滴滤法，三种系统均属（shǔ）开放系统，其微生（shēng）物种群（qún）随环境改（gǎi）变（biàn）而变化。在生（shēng）物脱（tuō）硫过程中，氧化态的（de）含硫污染物必（bì）须先（xiān）经（jīng）生物还原（yuán）作用生成硫化物或（huò）H2S，然（rán）后再经生物（wù）氧化过（guò）程（chéng）生（shēng）成单质硫，才能去除（chú）。

生物净化工艺与（yǔ）上述传统（tǒng）工（gōng）艺（yì）相比具有运行成本（běn）低（dī）、反应条件温和（hé）、能耗少和有效减（jiǎn）少环（huán）境污（wū）染等优（yōu）点（diǎn），但脱硫微生物都是（shì）需（xū）要氧型的，氧气或空气的（de）加入可能会（huì）导致沼气中氧（yǎng）含量上升影响沼气的安全性，因此采用生物（wù）脱硫是要时刻监（jiān）控反应（yīng）器中的氧含量。

表1. 常见的几种脱硫方法及其特点

沼气生产中不可避免地会混入空气，特别是垃圾沼（zhǎo）气。氧的脱除是沼气（qì）加工（gōng）的必（bì）经步骤（zhòu），沼气中的氧必须脱至（zhì）一定（dìng）范（fàn）围内（nèi），才能确保（bǎo）整（zhěng）个工艺过程的安全性。若（ruò）生（shēng）物沼气生产GNG或天然气，则需将（jiāng）其（qí）中所含（hán）的氧气含量降至0.5%以下。

沼气脱氧工（gōng）艺一般（bān）有如下几种：

方法1：利用（yòng）气源（yuán）中的原有气体和氧气反应；

方法2：通入氢气与氧（yǎng）反应，生成（chéng）较易除（chú）去（qù）的水；

方法3：混合气中的氧直（zhí）接与催化剂发（fā）生氧化（huà）反（fǎn）应，使催（cuī）化（huà）剂活性组分转（zhuǎn）化（huà）成高价氧化物；

方法4：通过膜分（fèn）离或低（dī）温变压吸（xī）附（fù）法(PSA)去除（chú）。

方法2需要氢（qīng）源（yuán），且要确定通入（rù）氢（qīng）气量，方法3较（jiào）难达到合格（gé）的脱（tuō）氧深度，而方（fāng）法4成（chéng）本较高。因此，利用沼气中主（zhǔ）要组分（fèn）甲烷与氧气在催化（huà）剂（jì）作用下反应，是较为经济（jì）有效（xiào）的脱氧方法。

未经处理的沼气（qì）通常含有（yǒu）饱和水蒸气（qì）。其绝（jué）对含量与（yǔ）温度有关（guān），如35℃时沼气水含量约（yuē）为5%。沼（zhǎo）气脱水（shuǐ）技（jì）术主要分为物（wù）理分离和化（huà）学干燥两类，这些方法也可以同时去除沼气中（zhōng）的泡（pào）沫和粉尘。

冷凝（níng）法是去除（chú）沼气中水（shuǐ）蒸气最简单的物理方法，但由于水会在热交换器上结冰，这种方法只能将露（lù）点温度降低至0.5℃，要得（dé）到更低（dī）的露点温度，需将沼气进行压缩，且露点温度越（yuè）低，所需压力（lì）越（yuè）高。冷凝（níng）法包括除雾器、旋风分（fèn）离器、湿气（qì）捕集阱等。化学（xué）干（gàn）燥法（fǎ）通常在较（jiào）高的压力下进（jìn）行，最常（cháng）用的吸附剂为氧化铝或沸石，此外还可用三甘醇或可吸湿（shī）盐类（lèi）作为干燥剂。

由于（yú）沼气中甲烷含量较（jiào）低，其高位发（fā）热值只有（yǒu）23.9MJ/m³(甲烷含量60%)，而纯甲烷高（gāo）位（wèi）发（fā）热值为39.78MJ/m³。作为车用燃料（liào）或者管道（dào）天然气燃料其高位发热值要求大（dà）于31.4MJ/m³，则（zé）要求沼（zhǎo）气中（zhōng）甲烷浓度至（zhì）少提高到88%以上，即要脱除多余CO2。沼气脱碳技术多源于天（tiān）然气、合（hé）成（chéng）氨变换（huàn）气脱（tuō）碳（tàn）技（jì）术，包括物理溶液吸收（shōu）法、化学吸收法、变压吸附法（fǎ）、膜分离法、低温深冷法等。表2给出了常（cháng）用的（de）沼（zhǎo）气脱碳方法及其特点。

表2. 常见（jiàn）的（de）几（jǐ）种脱碳方（fāng）法及其特点

除了水、硫化氢、氧、二氧化（huà）碳外，其他杂质气体（tǐ）通常含量较少，且（qiě）可以在已有的净化或提纯单元（yuán）中去除。如硅氧烷和卤代烃主要（yào）存在于垃圾（jī）填埋场（chǎng）沼气或混合原料发酵（jiào）沼气，均可（kě）通（tōng）过活性（xìng）炭吸附去除，少量的（de）氨也可被活性炭吸附，或者在二氧化碳脱除（chú）单（dān）元(如加压水（shuǐ）洗法)去（qù）除（chú）。

沼（zhǎo）气并入（rù）天然气管网（wǎng），或用于车用燃料、燃（rán）料（liào）电池等，其气质（zhì）一般（bān）有着严格的要求。因此，需要通过必要的沼气净（jìng）化提纯技术，使沼气（qì）成为甲烷含量高，热值和杂（zá）质等条件符合（hé）管道、压缩或液化天然气标准要求(车用天然气相关标准见表（biǎo）3)的（de）高（gāo）品质（zhì）生物天然气。而要达到（dào）标（biāo）准所（suǒ）规定的（de）气（qì）体质量，沼气（qì）气体组分（fèn）检测必不可少。下面以山东省某大型生物质天然气提纯项目为（wéi）例，简要叙述沼气成分检（jiǎn）测（cè）在沼气提纯中的应用。

表3. 车用天然（rán）气相关标准

项（xiàng）目总投资12100万元，总占地面（miàn）积55亩(36666.85㎡)，建筑（zhù）物面积（jī）21605㎡(利用现（xiàn）有建筑)，构筑物16692m³(主要包（bāo）含厌（yàn）氧消化（huà）罐、贮气柜以及（jí）其（qí）它地面硬化贮存场等)。主要产品（pǐn）为（wéi）：生（shēng）物天然气401万Nm³、固态有机肥1万t、有机叶面（miàn）肥1.5万（wàn）t、液体二（èr）氧化碳0.42万（wàn）t。项目主（zhǔ）体工程（chéng）组成见（jiàn）表4。

表4. 项目主体工程（chéng）组成一览表

其中，沼（zhǎo）气经（jīng）脱硫、脱碳后再经压缩机压缩成（chéng）压缩天然气CNG)，根（gēn）据（jù）订（dìng）单情况，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（wài）运。

2、净化（huà）提纯主要（yào）工（gōng）艺

1）脱（tuō）硫工艺

发酵过程产（chǎn）生的气体经过干燥柜重力除水和高（gāo）能离子除臭设备除水、除臭后进入双膜贮气（qì）囊暂存。由（yóu）于沼气原气中含有一定量的H2S气体，需（xū）经过（guò）“无定（dìng）型羟基氧化铁”脱硫工（gōng）序将H2S气体脱除净化。气体从干法脱（tuō）硫塔的底部进入，顶部排出，气体在干法脱硫塔内与干法脱硫剂（jì）接触，使得H2S被脱除。

2）沼（zhǎo）气脱碳

脱硫（liú）后的沼气（qì）经（jīng）过气柜稳压后，经高效过（guò）滤器去除饱和（hé）水蒸气和微（wēi）尘粒后，进入膜分离装置，使得CH4、CO2混合气体彼此分离，分（fèn）离后最终沼气（qì）中CO2浓度在（zài）3%以下，分离出的（de）CO2几乎（hū）不（bú）含CH4。

项目CO2提纯装置采用膜分（fèn）离装置，其（qí）工（gōng）作原理为（wéi）：压缩沼气在沿（yán）中空纤（xiān）维管(即SEPURAN膜)内腔（qiāng）流动（dòng）时，各（gè）种气体（tǐ）的分压在中（zhōng）空纤维丝管的高压侧(原料侧（cè）)与低压（yā）侧(渗透侧)所形成的分压差作用下，溶（róng）解系数和扩（kuò）散（sàn）系数大的气（qì）体(如CO2、H2S)优先透过管壁（bì），其余气体(CH4)相对受到（dào）阻隔，从而达到分（fèn）离的目的。

3、工艺监测（cè）解决方案

项目采用了锐意自（zì）控便1台（tái）便携式红（hóng）外沼（zhǎo）气分（fèn）析仪Gasboard-3200L和1台（tái）防（fáng）爆型红外气体分析（xī）仪Gasboard-3500，用于发酵罐出口（kǒu）、脱硫设备出（chū）口（kǒu）和脱硫装置出（chū）口等各个监测点CH4、CO2、H2S、O2浓度的实时（shí）与在线监测。

表5. 气体监测方案

1）发酵罐出口监测，测量CH4、CO2和O2含量，帮助业主（zhǔ）掌握发（fā）酵罐厌（yàn）氧发酵状况，从而（ér）能（néng）够及时、准（zhǔn）确地（dì）调节发酵（jiào）罐进出料时间，保障厌（yàn）氧消化（huà）高效、稳定（dìng）运（yùn）行，提高沼气工程产气效率。

2）脱（tuō）硫设（shè）备（bèi）出口监测，测量H2S含量，帮助业主直观地了解（jiě）脱（tuō）硫效率，有依据的（de）进（jìn）行脱硫工（gōng）艺（yì）优化，同时有效降低（dī）有毒气体H2S排放污染。

3）提纯装（zhuāng）置出（chū）口监（jiān）测，测量（liàng）CH4、H2S、CO2和O2含量，帮助（zhù）业主准确了解（jiě）净化提纯效率，为（wéi）生物天然气销（xiāo）售以及环保排放（fàng）监测提（tí）供参（cān）考数据。
沼（zhǎo）气净化提（tí）纯技术（shù）工（gōng）艺较多，用户可以根（gēn）据自身资金成本和能源化利用目标进行选择。但使（shǐ）沼气净化提纯成为甲（jiǎ）烷含量高，热值和杂质等条件符合管道（dào）、压缩或液（yè）化天然气（qì）标准要求（qiú）的（de）高品质生物天然气，其工艺过（guò）程的气体（tǐ）成分监测必不可少（shǎo）。
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