沼气（qì）发电机热电（diàn）联产（chǎn）。这（zhè）是发达国家大（dà）中型（xíng）沼气工程普遍采用的沼气利用方式。为避免沼气中杂质对发动（dòng）机（jī）的不良影响，沼气需进行（háng）脱水和（hé）脱除硫化（huà）物、卤（lǔ）代（dài）烃、硅氧烷等杂质气体的（de）处理（lǐ）。

沼气中的硫（liú）主要（yào）以H2S形式存在，所含（hán）有机硫（liú）较（jiào）少。脱除（chú）硫化氢的方法（fǎ）很多，一般可分为干法脱硫（liú）、湿（shī）法脱（tuō）硫和生物脱硫。

干法脱硫通常用于低含硫气体处理，特别是用于气体（tǐ）精细脱硫。大部分干法脱（tuō）硫工艺（yì）由于需要更换脱硫剂而不能（néng）继续操作，还（hái）有一些干法（fǎ）如锰矿法、氧化锌法、氧化铁、活（huó）性（xìng）炭等，脱硫剂（jì）不能再生或再生次数（shù）很少，脱硫饱和后要废弃，这样一方面会造（zào）成环境问题（tí），另一方面会（huì）增加脱硫成本。

湿法脱硫是利用特定（dìng）的溶（róng）剂与气体逆流（liú）接触而脱除其（qí）中的H2S，溶剂（jì）通过再生后重（chóng）新进（jìn）行吸收，根据（jù）吸收机（jī）理的不同，又分为化学吸收法、物（wù）理吸收法、物理化学吸收（shōu）法以及（jí）湿（shī）式氧（yǎng）化法。湿（shī）式氧（yǎng）化法脱硫效率高，单（dān）质硫可回收，流程较简单，大多数（shù）脱硫剂可以再生，运行（háng）成本低（dī）等；同（tóng）时该法（fǎ）流程复杂、投资大、适用于气体（tǐ）处理（lǐ）量（liàng）大（dà），H2S含量高的（de）场合。

生物脱硫系（xì）统以各种微（wēi）生物的容纳（nà）力为基础，利用微生物的生命活动（dòng）将有（yǒu）机污染转化为（wéi）对人体健康（kāng）和生态环境无害的化合物（wù）、生物法常用于污（wū）水处理（lǐ）工（gōng）程中产生（shēng）的硫化物。生物（wù）脱（tuō）硫技术包括生物（wù）过滤法、生物吸（xī）附法（fǎ）和生（shēng）物滴滤法，三（sān）种系统均属开放（fàng）系统（tǒng），其微生物种群随环境改变（biàn）而变化。在生物脱硫过程中，氧化（huà）态（tài）的含硫污染物（wù）必须先经生物还（hái）原作用生成硫化（huà）物或（huò）H2S，然后（hòu）再经生物（wù）氧化过程（chéng）生成单质硫，才（cái）能去除。

生物（wù）净（jìng）化工（gōng）艺与上述传（chuán）统工艺相比（bǐ）具有运（yùn）行（háng）成本低、反应（yīng）条件温和（hé）、能耗少和有效减少环境污染（rǎn）等优点，但脱硫微生物都是需要氧型的（de），氧气（qì）或空气的加入可能（néng）会导致沼气中氧含量（liàng）上升（shēng）影响（xiǎng）沼气的（de）安（ān）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. 常见的几种脱硫方法（fǎ）及其（qí）特点

沼气（qì）生产中不可（kě）避免（miǎn）地会（huì）混入空气，特别是垃圾沼气。氧的脱除是沼气加（jiā）工的必经步骤，沼（zhǎo）气中的氧必（bì）须脱至一定（dìng）范围内，才（cái）能确保整个工艺过程的（de）安全性（xìng）。若生物沼气生（shēng）产GNG或天然气（qì），则需将其（qí）中所含的（de）氧气含量降至0.5%以下。

沼气脱氧工艺一般有如（rú）下几种：

方法1：利用气源中的原有气体（tǐ）和氧气反应（yīng）；

方法2：通入（rù）氢气与氧反应，生成较易（yì）除（chú）去的水；

方法3：混合气中的氧直接与（yǔ）催化剂发（fā）生氧化反（fǎn）应，使催化剂活性（xìng）组分转化成高（gāo）价氧化物；

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

方法（fǎ）2需要（yào）氢源，且要确（què）定通入氢气量，方法3较难达到合格的脱氧深度（dù），而方法（fǎ）4成本较高。因此，利用沼气中主要组分（fèn）甲烷与（yǔ）氧气（qì）在催（cuī）化（huà）剂作用（yòng）下反（fǎn）应，是较为经济（jì）有效的脱氧方法。

未（wèi）经处理的（de）沼气通常含有饱和（hé）水蒸气。其（qí）绝对含量与温度有关，如35℃时沼气水含量约为5%。沼气脱（tuō）水技术（shù）主要分为物理分离和化学（xué）干燥两类，这些方法也可（kě）以（yǐ）同时去除沼气中的（de）泡沫（mò）和粉尘。

冷凝（níng）法（fǎ）是去除沼气中水蒸（zhēng）气最简单的物（wù）理（lǐ）方法，但（dàn）由于水会在（zài）热交（jiāo）换（huàn）器上结冰，这（zhè）种方法只能将露点温度（dù）降（jiàng）低至0.5℃，要得到更低的（de）露点温度，需（xū）将（jiāng）沼气进（jìn）行压缩，且露点温（wēn）度越低，所需压力越高（gāo）。冷凝法包括除雾器、旋风分离器、湿（shī）气（qì）捕（bǔ）集阱等。化学干燥法通常在较高的压力下进行，最常用的吸（xī）附剂为氧化铝或沸石，此外还可用三甘醇或可吸湿盐类（lèi）作为干燥剂。

由于沼气中甲烷含量较低，其高（gāo）位发热值只有23.9MJ/m³(甲烷含量60%)，而纯甲（jiǎ）烷高位发热值（zhí）为39.78MJ/m³。作为（wéi）车用燃料或者管道天（tiān）然气燃料其高位发（fā）热值要求（qiú）大于（yú）31.4MJ/m³，则要（yào）求沼气中甲烷浓度至少提高到88%以上，即要脱除多余CO2。沼气脱碳技术多（duō）源（yuán）于天然气、合成氨变换气脱碳技术，包括物（wù）理溶液吸（xī）收法、化学吸（xī）收法、变压吸附（fù）法（fǎ）、膜分（fèn）离法、低温深冷法等。表2给出了常用的沼（zhǎo）气脱碳方法及其（qí）特点。

表2. 常见的几（jǐ）种脱碳方法（fǎ）及其特（tè）点

除了水、硫化氢、氧、二氧化碳外，其他杂质气体（tǐ）通常（cháng）含量较少（shǎo），且可（kě）以（yǐ）在已有的（de）净化（huà）或提（tí）纯单元中去（qù）除。如硅（guī）氧烷和卤代烃主要（yào）存在于垃圾填埋场沼气（qì）或混合（hé）原料发酵（jiào）沼气（qì），均（jun1）可（kě）通过（guò）活性炭（tàn）吸（xī）附（fù）去除，少量的氨也（yě）可被活性炭吸（xī）附（fù），或者在二氧（yǎng）化碳脱除单元(如加压水洗法)去（qù）除。

沼气并入（rù）天然气管网，或（huò）用于车用（yòng）燃料（liào）、燃料电（diàn）池等，其（qí）气质一般有（yǒu）着（zhe）严格的要求。因此，需要通过必（bì）要的沼气净化提纯技术，使沼（zhǎo）气成为甲烷含量高，热（rè）值和杂质等条件符合管道、压缩或液化天然气标准要求(车用天然气相（xiàng）关（guān）标准（zhǔn）见表3)的高品质（zhì）生物（wù）天然气。而要达到标准所（suǒ）规（guī）定的气体质量，沼（zhǎo）气气体组分检测必不可（kě）少。下面（miàn）以（yǐ）山东（dōng）省某大型生物质天然（rán）气提纯（chún）项目为例，简要叙述沼气（qì）成分检测在沼气提纯中的（de）应用。

表3. 车用天然气相关标准

项目总投（tóu）资12100万元（yuán），总（zǒng）占（zhàn）地面积55亩（mǔ）(36666.85㎡)，建筑物（wù）面积21605㎡(利用现有建筑)，构筑物16692m³(主（zhǔ）要包含厌氧消（xiāo）化罐、贮气（qì）柜（guì）以及其它地面硬化贮存场等)。主要产（chǎn）品为：生物天然气401万（wàn）Nm³、固态有（yǒu）机肥1万t、有机叶面肥1.5万（wàn）t、液（yè）体二氧化碳0.42万t。项目主体工程组成见表4。

表4. 项目主体（tǐ）工程组成（chéng）一览表（biǎo）

其中，沼（zhǎo）气经脱硫、脱碳后再经压缩（suō）机（jī）压缩成压缩天然（rán）气CNG)，根据订单情况，选择性进行降温成液态天然气(LNG)，后（hòu）暂存于（yú）钢瓶或（huò）撬（qiào）车（chē）内，以备出售外运（yùn）。

2、净化提纯主要工艺

1）脱（tuō）硫工艺

发酵过程产生的气（qì）体（tǐ）经过干燥柜重力除水和高（gāo）能离子（zǐ）除臭设备除水、除臭后进入双膜贮（zhù）气囊暂存。由于沼气（qì）原气中含有一定量的H2S气体（tǐ），需经（jīng）过“无定型羟基（jī）氧化铁”脱硫工（gōng）序将H2S气（qì）体脱除净化。气体从干法（fǎ）脱硫塔的底（dǐ）部进入，顶部排出（chū），气体在干法脱硫塔内与干法（fǎ）脱硫剂接触，使得（dé）H2S被脱除。

2）沼（zhǎo）气脱碳

脱硫后的（de）沼气经过气柜稳压后（hòu），经高效（xiào）过（guò）滤器去除饱（bǎo）和水蒸气和（hé）微尘粒后，进入膜分离（lí）装置，使得CH4、CO2混（hún）合气体彼此（cǐ）分离，分离后最终沼气中CO2浓度在3%以下，分离出的CO2几乎不含（hán）CH4。

项目CO2提（tí）纯装（zhuāng）置（zhì）采用（yòng）膜分离（lí）装（zhuāng）置，其工（gōng）作原理（lǐ）为：压缩沼气在沿中空纤维管(即SEPURAN膜（mó）)内腔流动（dòng）时，各种气体的（de）分压在中空（kōng）纤（xiān）维丝（sī）管的高压侧（cè）(原料侧)与（yǔ）低压（yā）侧(渗透（tòu）侧（cè）)所形成（chéng）的分压差作用下，溶解系（xì）数和扩（kuò）散系数大的气（qì）体（tǐ）(如CO2、H2S)优先透过管壁（bì），其余气（qì）体(CH4)相对受到阻隔，从而达到分离的目的。

3、工（gōng）艺监测解决方案

项目采用了锐（ruì）意自控便（biàn）1台便携式红（hóng）外沼气分析仪Gasboard-3200L和1台防爆型红外气（qì）体分析仪（yí）Gasboard-3500，用于（yú）发（fā）酵罐出口、脱（tuō）硫设备（bèi）出口和脱（tuō）硫装置出口等各个监测点CH4、CO2、H2S、O2浓度的实时与在线监测。

表5. 气体监测方案

1）发酵罐（guàn）出（chū）口监测，测量CH4、CO2和O2含量，帮助业主掌握发酵罐厌氧发酵状（zhuàng）况，从而能够及时（shí）、准确地调节发酵罐进出料时间，保障厌（yàn）氧消化高效、稳（wěn）定运行，提高（gāo）沼气工程产气效率。

2）脱硫设备（bèi）出口监测，测量H2S含量（liàng），帮助业主直观地了解脱硫效（xiào）率，有依据的进行（háng）脱硫工艺（yì）优（yōu）化，同时有（yǒu）效降（jiàng）低（dī）有毒气体H2S排放污染。

3）提（tí）纯装（zhuāng）置（zhì）出口监测，测量CH4、H2S、CO2和O2含量，帮助业主准确（què）了（le）解净化提纯效率，为生（shēng）物天然气销售以及（jí）环保（bǎo）排放监测提供参考数据（jù）。
沼（zhǎo）气净化（huà）提纯技术工艺较多，用户可以根据自身资（zī）金成本和能源化利用目标进行选（xuǎn）择（zé）。但使沼气净化提纯成为（wéi）甲（jiǎ）烷含量高，热值和杂（zá）质等（děng）条件符（fú）合管（guǎn）道、压缩或液化（huà）天（tiān）然（rán）气标准要（yào）求的高品质生物天然气（qì），其工艺过程的气体成分监测必不（bú）可少。
文章转载自@沼气圈