觀察：沼氣凈化提純支取生物甲烷之天然氣、車用燃?xì)獾膽?yīng)用

一、沼氣凈化提純技術(shù)

沼氣制取生物甲烷是高值化利用的有效途徑，主要涉及到凈化和提純兩個(gè)步驟，凈化是去除沼氣中微量的有害成分，如沼氣中的硫主要以H2S形式存在，含量為500-5000mg/L，須予以脫除。提純主要是對沼氣中的CO2進(jìn)行去除，減少CO2的含量，增大CH4的純度。沼氣的凈化提純工藝主要是保留其可燃和助燃成分，包括CH4、H2、O2和CO，并對沼氣中的CO2、H2S、H2O和其他雜質(zhì)進(jìn)行去除。

脫硫是為了避免H2S腐蝕壓縮機(jī)、氣體儲(chǔ)罐和發(fā)動(dòng)機(jī)以及避免H2S中毒，其燃燒產(chǎn)生SO2和SO3，危害更大，且SO2會(huì)降低露點(diǎn)。

脫除CO2是因?yàn)镃O2降低了沼氣的熱值、能量密度及燃燒速度，且增大了沼氣的點(diǎn)火溫度，如果沼氣經(jīng)凈化提純后須達(dá)到生物甲烷的標(biāo)準(zhǔn)，就必須脫除其中的CO2。

脫水是因?yàn)镠2O與H2S、CO2和NH3反應(yīng)，會(huì)引起壓縮機(jī)、氣體儲(chǔ)罐和發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕，且當(dāng)沼氣被加壓儲(chǔ)存時(shí)，為了防止高壓下冷凝或結(jié)冰，也必須對水進(jìn)行去除。

1沼氣脫硫技術(shù)簡述

H2S是含硫化合物在微生物還原過程中形成的，其含量隨發(fā)酵原料和發(fā)酵工藝的不同而有所變化。由于H2S的存在會(huì)導(dǎo)致很多問題，所以在沼氣凈化過程中應(yīng)盡早予以去除，最常用的方法主要有濕法脫硫、干法脫硫和生物脫硫。

濕法脫硫按溶液的吸收與再生性質(zhì)分為物理吸收法、化學(xué)吸收法和氧化法。干法脫硫按原理和方法分為化學(xué)吸附法、化學(xué)吸收法和催化加氫法。生物脫硫是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來替代傳統(tǒng)脫硫方法的新工藝，它是在適宜的溫度、濕度、PH值、營養(yǎng)物和微氧條件下，利用脫硫細(xì)菌（如光合硫細(xì)菌、硫桿菌、無色硫細(xì)菌等），將H2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸的過程。

2沼氣脫碳技術(shù)簡述

目前沼氣中二氧化碳的脫除工藝有變壓吸附法、壓力水洗法、物理吸收法、化學(xué)吸收法、胺洗法、膜分離法和低溫分離法等多種方法。其中變壓吸附法、壓力水洗法、化學(xué)吸收法和膜分離法這四種方法在沼氣凈化提純方面應(yīng)用較多。

3沼氣脫水技術(shù)簡述

脫水是因?yàn)閷?dǎo)氣管中如果積累了水會(huì)溶解硫化氫而腐蝕管道，此外當(dāng)沼氣被加壓儲(chǔ)存時(shí)，為了防止因?yàn)槟Y(jié)水而凍壞儲(chǔ)氣罐，也必須對水進(jìn)行去除。常用的脫水方法有冷分離法、固體物理吸水法和溶劑吸收法等。

二、在天然氣、車用燃?xì)庵械膽?yīng)用

沼氣提純后可制取生物甲烷，生物甲烷又稱為生物燃?xì)狻⑸锾烊粴猓钦託饨?jīng)過凈化提純達(dá)到天然氣標(biāo)準(zhǔn)（GB 17820-1999），輸入天然氣管網(wǎng)替代石化天然氣的燃料，也可用作車用燃?xì)狻Ｕ託馔ㄟ^凈化提純工藝達(dá)到含甲烷95%-97%，用作車用燃?xì)猓虿⑷胩烊粴夤芫W(wǎng)，是將沼氣高值化利用、發(fā)揮更大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要方向。

三、國內(nèi)外沼氣凈化提純產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

1國外沼氣凈化提純產(chǎn)業(yè)發(fā)展

瑞典是沼氣凈化提純用于車用燃?xì)庾钕冗M(jìn)的國家。早在1996年，瑞典就已將沼氣凈化提純至甲烷含量在95%以上，作為汽車燃料使用，并制訂了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2010年，瑞典沼氣年總產(chǎn)量折合1.3億m3天然氣當(dāng)量，占燃?xì)庀M(fèi)總量的13%。2010年瑞典全國使用壓縮天然氣的車輛有7萬輛，加氣站500個(gè)。瑞典計(jì)劃到2020年，50%天然氣將由生物燃?xì)馓娲?060年，天然氣將完全被生物燃?xì)馓娲?br/>

此外，瑞典政府對沼氣用作車用生物燃?xì)庥幸幌盗械膬?yōu)惠政策，包括免征能源稅、H2S排放稅和CO2排放稅，減收氣體燃料的車輛使用稅等。此外，購買生物燃?xì)馄嚳上硎苷徿囇a(bǔ)貼等，以及一些區(qū)域性的優(yōu)惠政策，如免交擁堵費(fèi)和停車費(fèi)。

德國沼氣工程技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位，近年來，德國對沼氣的利用由直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組的熱電聯(lián)產(chǎn)，開始向生產(chǎn)管道天然氣及車用燃?xì)夥较蜣D(zhuǎn)變。

從2006年開始，德國最初的兩家生物甲烷工廠運(yùn)行并入國家天然氣管網(wǎng)，截至2011年，約有83個(gè)沼氣工程在運(yùn)行時(shí)將沼氣提純?yōu)樯锛淄椋偵锛淄樘峒兞考s為4.6億m3/年。

此外，德國制訂了2020年和2030年生物甲烷產(chǎn)量分別達(dá)到60億m3和100億m3的目標(biāo)，規(guī)劃到2020年，生物甲烷替代全國天然氣總消費(fèi)量的6%。

此外，瑞士、丹麥、加拿大等國家也是當(dāng)前國際上沼氣凈化提純技術(shù)發(fā)展較快的國家，擁有先進(jìn)的凈化提純設(shè)備。

2國內(nèi)沼氣凈化提純產(chǎn)業(yè)發(fā)展

生物燃?xì)馐翘娲烊粴獾闹匾獫摿Y源，可直接利用現(xiàn)有的天然氣管道或儲(chǔ)氣罐進(jìn)行輸送存儲(chǔ)。“十二五”期間將加速建設(shè)天然氣配套基礎(chǔ)設(shè)施，開展“分布式能源利用項(xiàng)目”，這將為生物燃?xì)獾漠a(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)與便利。

近幾年，通過引進(jìn)德國、丹麥等歐洲發(fā)達(dá)國家熱電肥聯(lián)產(chǎn)的高效沼氣工程技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，我國已建成一批沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程和發(fā)電并網(wǎng)的大型沼氣工程。但作為一個(gè)新型產(chǎn)業(yè)，我國沼氣凈化提純制取生物甲烷還有很長的路要走。

結(jié)語

沼氣凈化提純技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成一系列的成熟技術(shù)。在能源應(yīng)用上，天然氣管網(wǎng)或車用燃?xì)馐钦託飧咧祷玫闹匾较颉Ｈ鸬洹⒌聡葰W洲國家在沼氣凈化提純制取生物甲烷技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，基于此，我國在沼氣凈化提純上已引進(jìn)相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，以保證沼氣凈化提純產(chǎn)業(yè)高效、穩(wěn)定的發(fā)展。

轉(zhuǎn)載自：微信公眾號(hào)沼氣圈