沼（zhǎo）气发电机热电联产。这是发达国家大中型沼气工程普遍采用的沼气利用方式。为（wéi）避免沼气中杂质对发动机的不良（liáng）影（yǐng）响（xiǎng），沼气需进行（háng）脱水和脱除硫化物（wù）、卤代烃、硅氧烷（wán）等杂质气体的处理（lǐ）。

沼气中的硫主要以H2S形式存在（zài），所含有机硫较少。脱除硫（liú）化（huà）氢的方法很多，一般可分（fèn）为干法（fǎ）脱硫、湿法脱（tuō）硫和生物脱硫。

干法（fǎ）脱硫通常用（yòng）于低（dī）含硫气（qì）体处理，特别是用于气体精细脱硫。大部分（fèn）干（gàn）法（fǎ）脱硫工艺由于需（xū）要更换脱硫剂而不能继续操作，还（hái）有一些干法如锰（měng）矿法、氧化锌法（fǎ）、氧化（huà）铁（tiě）、活性炭等，脱硫剂不能（néng）再生（shēng）或再生次数很少，脱硫饱和后（hòu）要废弃，这样一方面会造成环境问题，另一方面会增加脱硫成本。

湿法脱（tuō）硫是利用特（tè）定的溶剂（jì）与气体逆流接触而脱除其中（zhōng）的（de）H2S，溶（róng）剂通过再生后重新进行吸收，根（gēn）据吸收机理的不同（tóng），又分为化（huà）学（xué）吸收法、物理吸收法、物理化学吸收法以及湿式氧化法。湿式氧化（huà）法脱硫效率高，单质硫可回收，流程较简单，大（dà）多（duō）数脱（tuō）硫剂可以（yǐ）再（zài）生（shēng），运（yùn）行成本（běn）低等；同时该（gāi）法流（liú）程复杂、投资大（dà）、适（shì）用于气体（tǐ）处理量（liàng）大，H2S含量高的场合。

生物脱硫系统（tǒng）以各种微（wēi）生物的容纳力（lì）为基础，利用微生物的（de）生（shēng）命（mìng）活动将有（yǒu）机污染转化为（wéi）对人体健康和生态环（huán）境无（wú）害（hài）的化合物、生物法常用于污水处理工（gōng）程中产（chǎn）生的硫化物。生物脱（tuō）硫技术包括生物（wù）过滤法、生物吸附（fù）法和生物滴滤（lǜ）法，三种系统（tǒng）均属开放系统，其微生物种群随环境改变而变化。在生物脱硫过程中，氧化态（tài）的（de）含（hán）硫污染（rǎn）物必须先经生物还（hái）原作用生成硫化物或H2S，然（rán）后再经生物氧化过（guò）程生成单质硫，才能去除。

生（shēng）物（wù）净（jìng）化工艺与（yǔ）上述（shù）传统工艺相（xiàng）比具有（yǒu）运行成本低、反应条件温和、能耗少和有效减少环境（jìng）污染等优点（diǎn），但脱硫（liú）微生物都是需（xū）要氧（yǎng）型的，氧气或空气的加入可能（néng）会导致沼气中氧含量上升影响（xiǎng）沼气的安（ān）全性（xìng），因（yīn）此（cǐ）采用生（shēng）物脱硫是要时刻监控反应器中的氧含量。

表（biǎo）1. 常见的（de）几种脱硫（liú）方法及其（qí）特点

沼气生（shēng）产中不（bú）可避（bì）免地会混入空气（qì），特别（bié）是垃圾沼气（qì）。氧的（de）脱除（chú）是沼气加工的必经步骤，沼（zhǎo）气中的氧必须脱至一定范围（wéi）内，才能确保整个工艺过程的安全性。若生物沼气生产GNG或天然气，则（zé）需将其中所含（hán）的氧气（qì）含量降至（zhì）0.5%以下。

沼气（qì）脱氧工（gōng）艺一般有如下几种：

方法1：利（lì）用（yòng）气源中的原有气体和氧气反应；

方法2：通入氢（qīng）气与氧反应，生成较易除（chú）去的水；

方（fāng）法3：混合气中的氧直（zhí）接（jiē）与催化剂发生氧化反应，使催化剂活性组分转化成高价（jià）氧化物；

方法（fǎ）4：通过膜（mó）分离或（huò）低温变压吸（xī）附法(PSA)去除。

方法2需（xū）要氢源，且要确定通（tōng）入氢气量，方法3较难达到（dào）合（hé）格的脱氧深度，而方法4成本（běn）较高。因此，利（lì）用沼（zhǎo）气中主要组分甲（jiǎ）烷与（yǔ）氧气在催化剂（jì）作用下反应，是较为经济有效（xiào）的脱氧方法。

未经（jīng）处理（lǐ）的沼气通常含有饱（bǎo）和水（shuǐ）蒸气。其绝对含量（liàng）与温度有关，如35℃时沼气水含（hán）量约为5%。沼气脱水技术主要分为（wéi）物理分离和（hé）化（huà）学干燥两（liǎng）类，这些方法也可以同时去除（chú）沼气中的泡沫和粉尘（chén）。

冷凝法是去除（chú）沼气中（zhōng）水（shuǐ）蒸气最简单的物理方法（fǎ），但由于（yú）水会（huì）在（zài）热交换器上结冰，这种方法只能将露点温度降低至0.5℃，要得到更低的露点温度，需将沼气（qì）进行压（yā）缩，且露点温度越低，所需压力（lì）越高（gāo）。冷凝法包（bāo）括除雾器、旋风分离（lí）器（qì）、湿（shī）气捕集阱等。化学干燥法通常在较高的压力下（xià）进行（háng），最常用的（de）吸（xī）附剂为氧化铝或沸石，此（cǐ）外（wài）还可用三甘醇或可吸湿盐类作为干燥剂。

由（yóu）于（yú）沼气中甲烷含量较低（dī），其高位（wèi）发热值只有23.9MJ/m³(甲烷（wán）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（zhě）管（guǎn）道天然气燃料其（qí）高位（wèi）发热值要（yào）求大于31.4MJ/m³，则要求（qiú）沼（zhǎo）气中甲烷浓（nóng）度至（zhì）少（shǎo）提高到（dào）88%以（yǐ）上，即要脱除多余CO2。沼气脱碳技术多源于天然气、合（hé）成氨变（biàn）换气脱碳（tàn）技（jì）术，包括物（wù）理溶（róng）液吸收法、化学吸收法（fǎ）、变压吸附法、膜（mó）分离法、低温深冷法等。表（biǎo）2给出了常用的沼气脱碳方法及其特点。

表2. 常见的几种（zhǒng）脱碳方法及其特点（diǎn）

除了水、硫化氢、氧（yǎng）、二氧化碳外（wài），其他杂质气（qì）体通（tōng）常含量较少，且可（kě）以在已有的净化或提（tí）纯（chún）单元中去除。如硅氧烷和卤代烃（tīng）主要存在（zài）于垃（lā）圾填（tián）埋场沼气（qì）或混合原料发酵沼气，均可通（tōng）过活性炭吸附去除，少量（liàng）的氨（ān）也可被活性（xìng）炭吸附（fù），或（huò）者在二（èr）氧化碳脱除（chú）单元(如加压水洗法)去除。

沼气并入天然气管网，或（huò）用（yòng）于车用燃料（liào）、燃料（liào）电池等，其（qí）气质（zhì）一般有着（zhe）严格的要（yào）求。因此，需要通过必要的沼气净化提纯技（jì）术，使沼气成为甲烷含量高，热值和杂质等条件（jiàn）符合管道、压缩或液化天然（rán）气标准要求(车用天然气相关标准见表3)的高品质生物天然气。而要达到标准所（suǒ）规定的气体质（zhì）量（liàng），沼气气体组分检测（cè）必不可少（shǎo）。下面（miàn）以山东省某大型（xíng）生物质天然气提纯项目为例，简要叙述沼气成分检（jiǎn）测在沼气提纯中的（de）应用。

表3. 车用（yòng）天然气相关标（biāo）准

项目总投资12100万元，总（zǒng）占地面积55亩(36666.85㎡)，建筑物面积21605㎡(利用（yòng）现有（yǒu）建筑)，构筑物16692m³(主要包含厌氧消化罐、贮气柜（guì）以及其它地面硬（yìng）化贮存场等)。主要产品为：生物天然气401万Nm³、固态有机肥1万t、有机叶面肥1.5万（wàn）t、液体二氧（yǎng）化碳（tàn）0.42万（wàn）t。项目主体工程（chéng）组成见表4。

表（biǎo）4. 项（xiàng）目（mù）主体工程组成一（yī）览（lǎn）表（biǎo）

其中（zhōng），沼气经脱硫、脱碳（tàn）后再经压缩机（jī）压缩成压（yā）缩天然气CNG)，根据订单情况（kuàng），选择（zé）性（xìng）进行降温成液态天（tiān）然气(LNG)，后暂（zàn）存于钢瓶或（huò）撬车内，以（yǐ）备出售外运。

2、净化（huà）提纯主（zhǔ）要工（gōng）艺

1）脱硫工艺

发酵过程产生的气体经过干燥柜重力除水和高能（néng）离子（zǐ）除（chú）臭设备（bèi）除水、除臭后（hòu）进入双膜（mó）贮（zhù）气囊暂存（cún）。由于沼气原气中含有一定量（liàng）的H2S气体，需经过“无（wú）定（dìng）型羟基氧化铁”脱硫工序将H2S气体（tǐ）脱除净化。气体从（cóng）干法脱硫塔的底部进入，顶（dǐng）部（bù）排出，气（qì）体在干法脱硫塔内与（yǔ）干法（fǎ）脱（tuō）硫剂接触，使得H2S被脱除。

2）沼气脱碳

脱硫后的沼气经过（guò）气（qì）柜稳压后（hòu），经（jīng）高效过滤器去除饱和（hé）水蒸气和（hé）微尘（chén）粒后，进入膜分（fèn）离装置，使得CH4、CO2混合气体彼（bǐ）此分离，分离后（hòu）最终沼气中CO2浓度在（zài）3%以下，分离出的CO2几乎不含（hán）CH4。

项（xiàng）目CO2提（tí）纯装置采用膜分离装（zhuāng）置，其工作（zuò）原（yuán）理为：压缩沼气在沿中空纤维（wéi）管(即SEPURAN膜)内腔流动时，各种气体的分压在中空纤维丝管的（de）高压侧（cè）(原料侧)与低（dī）压侧（cè）(渗（shèn）透侧)所（suǒ）形成的分压差作用下，溶解系数和扩散系数大的（de）气体(如CO2、H2S)优先透过管壁，其余气体（tǐ）(CH4)相对受（shòu）到阻隔（gé），从而达到分离的目的。

3、工艺监测解决（jué）方案

项目采用了（le）锐意（yì）自（zì）控便1台便携式红外（wài）沼气分（fèn）析（xī）仪（yí）Gasboard-3200L和1台防爆型（xíng）红外气体分析仪（yí）Gasboard-3500，用于发酵（jiào）罐出口、脱硫设（shè）备出口和脱硫装（zhuāng）置（zhì）出口等各个监测点（diǎn）CH4、CO2、H2S、O2浓（nóng）度（dù）的实时（shí）与在线（xiàn）监测。

表5. 气体监测方（fāng）案

1）发酵罐出口监（jiān）测，测量（liàng）CH4、CO2和O2含量，帮助业（yè）主掌（zhǎng）握发酵罐（guàn）厌（yàn）氧发酵状（zhuàng）况，从而能够及（jí）时、准确地调节发酵（jiào）罐进出料（liào）时间，保障厌氧消化高效、稳（wěn）定运行，提高沼气（qì）工程产气效率。

2）脱硫设备（bèi）出口监测（cè），测（cè）量（liàng）H2S含量，帮（bāng）助业主直观地了解（jiě）脱硫效（xiào）率（lǜ），有依据的进行脱硫工（gōng）艺优化（huà），同时有效降低有毒气体H2S排放污染（rǎn）。

3）提（tí）纯（chún）装置出口监测，测量CH4、H2S、CO2和O2含量（liàng），帮助业（yè）主准确了（le）解净化提纯（chún）效率，为生（shēng）物天然气销售（shòu）以及环保（bǎo）排放监测提供参考数据。
沼气净化提纯技术（shù）工艺（yì）较多，用户可以根（gēn）据自身资（zī）金成本（běn）和能源化利用目标进行（háng）选择。但使（shǐ）沼气净化提纯成为甲烷（wán）含量高，热值和杂质（zhì）等条件符合管道、压缩或液化天然（rán）气（qì）标准要求的高品质生物天然气，其工艺过程的气体成分监测必不可少（shǎo）。
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