沼气（qì）发电机热（rè）电（diàn）联产。这是发达国家大中型沼气工程普遍采（cǎi）用的（de）沼气利用方式（shì）。为避免沼气中杂质（zhì）对（duì）发动机的不良影响（xiǎng），沼气（qì）需进行脱水和脱除硫化物、卤（lǔ）代烃（tīng）、硅氧烷等杂质气体的（de）处理。

沼气（qì）中的硫（liú）主要以H2S形式存在，所含有机硫较少（shǎo）。脱除硫化氢的方法很多（duō），一（yī）般可（kě）分为干法脱硫（liú）、湿法脱硫和生（shēng）物脱硫。

干法（fǎ）脱硫通常用于低含硫气体处（chù）理，特别是用于气体精细脱硫。大部分（fèn）干法脱（tuō）硫工艺（yì）由于需要更换（huàn）脱硫剂而不能继续操作，还有一些干法如锰矿法（fǎ）、氧化锌法、氧化铁（tiě）、活（huó）性炭等，脱硫剂不能再生或再生次数很少，脱硫饱和后要废（fèi）弃，这（zhè）样一（yī）方（fāng）面会造成环境问（wèn）题，另一方面会（huì）增加脱（tuō）硫（liú）成本。

湿法（fǎ）脱硫是利用特定的溶剂（jì）与（yǔ）气体（tǐ）逆流接触（chù）而脱除其（qí）中的H2S，溶剂通过再生后重新进行吸收，根据吸收机理的不同，又分为化学吸收法、物理吸收法、物理化学吸收法（fǎ）以及湿（shī）式氧化法。湿式氧化法（fǎ）脱硫效（xiào）率高，单质硫可回收，流（liú）程较（jiào）简（jiǎn）单，大多数（shù）脱硫剂可以再生，运行成（chéng）本低等；同时该法流程复（fù）杂（zá）、投资大、适用于（yú）气体处理量（liàng）大，H2S含（hán）量（liàng）高的场合。

生物脱（tuō）硫系统以各种（zhǒng）微生物的容纳力为（wéi）基础，利（lì）用（yòng）微生物的生命活（huó）动将（jiāng）有机污染（rǎn）转化（huà）为对（duì）人体健康和生态（tài）环境无害的（de）化（huà）合物（wù）、生物法（fǎ）常用于污（wū）水处理工程中产生的硫化物。生物脱硫技（jì）术（shù）包括生物过（guò）滤（lǜ）法（fǎ）、生物吸附（fù）法和生（shēng）物滴滤法，三（sān）种系统（tǒng）均（jun1）属开放系统，其微生物（wù）种（zhǒng）群随环境（jìng）改变而变化。在生物脱（tuō）硫过程中，氧化（huà）态的含硫污染物必须先经生物还（hái）原作用生成硫化物（wù）或H2S，然（rán）后再经生物氧化过程生成单质（zhì）硫（liú），才能去除。

生物净化工艺与上述传（chuán）统工（gōng）艺相（xiàng）比（bǐ）具有运（yùn）行成本低、反应条件温（wēn）和（hé）、能耗少和有（yǒu）效减少环境污染等优点，但脱硫（liú）微生物（wù）都是需（xū）要氧型的，氧气或（huò）空（kōng）气的加入可能会导致沼气中氧含（hán）量上升影响沼气（qì）的安全性，因此采用生物脱硫是要时刻（kè）监控反应器中的（de）氧含量。

表1. 常见的几（jǐ）种（zhǒng）脱硫方法（fǎ）及其（qí）特点

沼气生（shēng）产中不可避免地会混入空（kōng）气，特别是垃圾沼气。氧的脱除（chú）是沼气加工（gōng）的必经（jīng）步骤，沼气中的（de）氧必须脱至（zhì）一定范围（wéi）内，才能确（què）保整个工艺过（guò）程的安全（quán）性。若（ruò）生物沼（zhǎo）气（qì）生产GNG或天然气，则需（xū）将其中所含的氧气（qì）含量降（jiàng）至（zhì）0.5%以（yǐ）下（xià）。

沼气脱氧（yǎng）工艺一般有如下几种（zhǒng）：

方法1：利（lì）用（yòng）气源中的原有气体和氧气反应；

方法2：通入氢气（qì）与氧（yǎng）反应（yīng），生成较易除（chú）去的水；

方法3：混合气中的氧直接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（tōng）过膜分离（lí）或低温（wēn）变压吸附法(PSA)去除。

方法2需要（yào）氢源，且要（yào）确定通（tōng）入氢气量，方法3较难达到合格的（de）脱氧深度（dù），而方（fāng）法4成本较高。因（yīn）此，利（lì）用沼气中主要（yào）组分甲烷与氧气（qì）在催化剂作用下（xià）反应，是（shì）较为经济有效的脱氧（yǎng）方法。

未经（jīng）处理的沼气通常含有饱和（hé）水蒸气。其绝对含量与温度有关（guān），如35℃时（shí）沼气水含量约为5%。沼气脱水技术主要分为物理分离和化学干燥两类（lèi），这些方法（fǎ）也可以（yǐ）同时去除沼气中的泡沫和粉尘。

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（zài）热（rè）交换器上（shàng）结冰（bīng），这种（zhǒng）方（fāng）法只能（néng）将露点温度降低至0.5℃，要得（dé）到更低的露点（diǎn）温（wēn）度，需将沼气进行（háng）压缩，且露点温度越低，所需压（yā）力越（yuè）高。冷凝法包括除雾器、旋风分离器（qì）、湿气捕（bǔ）集阱等。化学干燥（zào）法通常在较高的压力下进行（háng），最常用（yòng）的吸附剂（jì）为氧化铝或沸石，此外还可用（yòng）三甘（gān）醇或可吸湿盐类作为干（gàn）燥剂（jì）。

由于沼（zhǎo）气中甲烷含（hán）量较低，其高位发热值只有23.9MJ/m³(甲（jiǎ）烷含量60%)，而纯甲烷高位（wèi）发热值为39.78MJ/m³。作为车用燃料或者管（guǎn）道（dào）天然气燃料（liào）其高位发（fā）热值要求大于31.4MJ/m³，则要求沼气中甲（jiǎ）烷浓度至少（shǎo）提高到88%以上，即要脱除多（duō）余CO2。沼气脱碳技术多源于天然气、合成氨变换（huàn）气脱碳技术，包括（kuò）物理溶液吸（xī）收法、化学吸收法、变压吸附（fù）法、膜分离法（fǎ）、低温深冷法（fǎ）等（děng）。表2给出了（le）常用的沼气脱碳方法及其特点。

表2. 常见的几种脱碳（tàn）方法及其特（tè）点

除了水、硫化氢、氧、二氧化碳外，其他杂质气体通常含量较（jiào）少（shǎo），且可以在已有的净化（huà）或（huò）提纯单元中去除。如硅（guī）氧烷和卤代烃（tīng）主要存在于垃圾填埋场（chǎng）沼（zhǎo）气或混合（hé）原料发酵沼（zhǎo）气，均（jun1）可通（tōng）过活性炭吸附去除（chú），少量的氨也（yě）可被（bèi）活性炭（tàn）吸（xī）附，或者在二氧化碳脱除单元（yuán）(如（rú）加压（yā）水洗法)去除（chú）。

沼气并入天然气管（guǎn）网，或用于（yú）车用燃料、燃料电池等，其气质一般有着严格（gé）的要（yào）求。因（yīn）此（cǐ），需要通（tōng）过必要（yào）的沼气净化提纯技（jì）术，使（shǐ）沼气成为甲烷含量（liàng）高，热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（rán）气相关（guān）标（biāo）准见表（biǎo）3)的高品质生物天（tiān）然气。而要（yào）达到标准（zhǔn）所规定的气（qì）体（tǐ）质量，沼气（qì）气体组分检测（cè）必不可少。下面以（yǐ）山东（dōng）省某大型生物（wù）质天然气（qì）提纯项（xiàng）目为例，简要（yào）叙述沼气（qì）成（chéng）分检测在沼气提纯中的应用（yòng）。

表3. 车用（yòng）天然气相关标准

项目（mù）总投资（zī）12100万元，总占地面（miàn）积55亩(36666.85㎡)，建筑（zhù）物面积21605㎡(利用现（xiàn）有建筑（zhù）)，构筑物16692m³(主要包含（hán）厌氧（yǎng）消化罐、贮气柜以及其它（tā）地（dì）面（miàn）硬化贮存场等)。主要产（chǎn）品为（wéi）：生物天然气401万Nm³、固态有机（jī）肥1万（wàn）t、有机叶面肥1.5万t、液体二氧化（huà）碳0.42万t。项目主体工（gōng）程组成见表（biǎo）4。

表（biǎo）4. 项（xiàng）目主（zhǔ）体工程组（zǔ）成一（yī）览（lǎn）表（biǎo）

其中（zhōng），沼气经脱硫、脱碳后再经（jīng）压缩机压缩成（chéng）压缩天（tiān）然气CNG)，根（gēn）据订单情况，选（xuǎn）择性（xìng）进行降温（wēn）成液态天然气(LNG)，后暂存于钢瓶或撬车（chē）内，以备出售外运。

2、净化提纯（chún）主要工艺

1）脱硫工艺

发酵过程（chéng）产生的气体经过干燥柜重力除（chú）水和高能（néng）离子除臭设备除水、除臭后进入双膜贮气囊暂存。由于沼气原气中含有（yǒu）一（yī）定（dìng）量（liàng）的H2S气体，需经过“无定型羟基氧化铁”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（jìn）入，顶（dǐng）部排出（chū），气体（tǐ）在干法脱硫塔内与干法脱硫剂接触，使得H2S被（bèi）脱除。

2）沼气（qì）脱碳

脱硫后的沼气经过气柜稳压后（hòu），经（jīng）高（gāo）效过滤器去除饱和（hé）水蒸气和（hé）微尘粒（lì）后，进入膜（mó）分离装置（zhì），使得CH4、CO2混合气（qì）体彼此分离，分离后最终沼气中CO2浓度在3%以（yǐ）下，分（fèn）离出（chū）的CO2几（jǐ）乎不含CH4。

项目CO2提纯装置采用膜（mó）分离装置，其工作原理为（wéi）：压缩沼气在沿中空（kōng）纤维管(即SEPURAN膜)内腔流动时，各种气体的分压在（zài）中空纤维丝管的高压侧(原（yuán）料侧（cè）)与低（dī）压侧(渗透侧)所形成的分压差作用下，溶解系数和扩散系（xì）数大（dà）的气体(如CO2、H2S)优先透过管（guǎn）壁，其（qí）余气体(CH4)相（xiàng）对受到阻隔，从而达到分离的（de）目的（de）。

3、工艺（yì）监测解决方（fāng）案

项目（mù）采用了（le）锐意自控便1台便携（xié）式红外沼气分析仪Gasboard-3200L和（hé）1台防爆（bào）型红外气体分析仪（yí）Gasboard-3500，用（yòng）于（yú）发酵罐出口、脱硫设备出口和脱（tuō）硫装置出口等各个监测点CH4、CO2、H2S、O2浓度的实时与（yǔ）在线监测。

表5. 气体监测（cè）方案（àn）

1）发酵罐出口监测，测量（liàng）CH4、CO2和O2含量，帮助业主掌握发酵（jiào）罐厌氧发酵（jiào）状（zhuàng）况，从而能够及时、准确地调节发酵罐进出（chū）料时间，保障厌氧消化高（gāo）效、稳（wěn）定运行，提高沼气工程产（chǎn）气效率。

2）脱（tuō）硫设备出口监测，测（cè）量H2S含量（liàng），帮助业主（zhǔ）直观（guān）地了（le）解脱硫效率，有（yǒu）依据的进行脱硫工艺优化，同（tóng）时有（yǒu）效降低有毒气体H2S排放（fàng）污染。

3）提纯装（zhuāng）置出口监（jiān）测（cè），测量CH4、H2S、CO2和（hé）O2含量，帮（bāng）助业主准确（què）了解（jiě）净化提（tí）纯效率，为（wéi）生物天然气销（xiāo）售以及环保排放监（jiān）测（cè）提供参（cān）考数据。
沼气净化提纯技术工艺较多，用（yòng）户（hù）可以根据自身资金成本（běn）和（hé）能源化利用目（mù）标进（jìn）行选择。但使沼气净化提纯（chún）成为甲烷含量（liàng）高，热值（zhí）和杂质等条件（jiàn）符合管道、压缩或（huò）液化天然气标（biāo）准要（yào）求的高品质（zhì）生物天然气（qì），其（qí）工艺（yì）过程的气体（tǐ）成分监测（cè）必不可（kě）少。
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