沼气发电机热电联产。这是发达国家大中型沼气工（gōng）程（chéng）普遍采用的沼气利用方式。为避免沼气中（zhōng）杂（zá）质对发动机的不良影（yǐng）响，沼气需进行（háng）脱水（shuǐ）和脱除硫化物、卤代（dài）烃、硅氧烷等杂质（zhì）气体的处理。

沼气中的硫主（zhǔ）要以H2S形式存在，所含有（yǒu）机硫较（jiào）少。脱除硫化氢的方法很多，一般可（kě）分为干法（fǎ）脱硫（liú）、湿法脱硫和生物脱硫。

干法（fǎ）脱（tuō）硫通常用（yòng）于低含硫气体处理，特别（bié）是用于气体（tǐ）精细（xì）脱硫。大部（bù）分干法（fǎ）脱硫工（gōng）艺由于需要（yào）更换脱（tuō）硫剂而不能继续操作，还有一些（xiē）干法如锰矿法、氧化锌法、氧化（huà）铁（tiě）、活性炭等，脱（tuō）硫剂不能（néng）再生或再（zài）生次数很少，脱（tuō）硫（liú）饱和后（hòu）要废弃，这样一方（fāng）面会造成环境问题（tí），另一方面会增加脱（tuō）硫成本。

湿（shī）法脱硫（liú）是利用特定的溶剂与气体逆流接触而脱除其中的H2S，溶剂通过（guò）再（zài）生（shēng）后重新进（jìn）行吸（xī）收，根据吸收机理的（de）不同，又（yòu）分为化学吸收法、物理吸收法（fǎ）、物理（lǐ）化学吸收法以及湿式氧化法。湿式（shì）氧（yǎng）化法脱硫（liú）效率高（gāo），单质硫可回（huí）收，流程较简单（dān），大多数脱硫剂可以再生，运行成本低等；同（tóng）时该（gāi）法（fǎ）流程复杂、投资大（dà）、适用于气体处理量大，H2S含量（liàng）高的场合。

生物脱硫系统以各种（zhǒng）微（wēi）生物的容纳力为基（jī）础，利用微生物的生命活动将（jiāng）有机污染转化为对人体健康和生（shēng）态环境无害（hài）的化（huà）合物、生物法（fǎ）常用于污水（shuǐ）处（chù）理工（gōng）程中（zhōng）产生的硫化（huà）物。生物脱（tuō）硫技术包括生物过（guò）滤法、生物吸附法和生物滴滤（lǜ）法，三种系统均属开放系统，其微生物种群随环境（jìng）改变而（ér）变化。在生（shēng）物脱硫（liú）过程（chéng）中（zhōng），氧化态（tài）的（de）含硫污染（rǎn）物（wù）必须先经生物还原作用生成硫（liú）化物或H2S，然（rán）后再经生物氧化过程生成单质硫（liú），才能去除。

生物（wù）净化（huà）工艺（yì）与上述传统工（gōng）艺相比具（jù）有（yǒu）运行成本低、反（fǎn）应条件温和、能（néng）耗少（shǎo）和有效减少环境污染等优点，但脱硫微生物都是需要氧（yǎng）型的（de），氧气或空气的加（jiā）入可能会（huì）导致沼（zhǎo）气中（zhōng）氧（yǎng）含量（liàng）上升影响沼气的安全性，因此采用生物脱硫是要时刻监控反（fǎn）应器中的氧含量。

表1. 常见的几种脱硫方法及（jí）其特点

沼（zhǎo）气（qì）生（shēng）产中不可避免（miǎn）地会混入空气，特别是垃圾（jī）沼气。氧的（de）脱除是沼（zhǎo）气（qì）加工（gōng）的必经步骤（zhòu），沼气中的（de）氧必须脱至一定范围（wéi）内，才能确保整个工艺（yì）过程的安全性。若生物沼气生产GNG或天然气，则需将（jiāng）其中所（suǒ）含的氧（yǎng）气含量（liàng）降至0.5%以（yǐ）下。

沼气脱（tuō）氧工艺一般有如下几种：

方（fāng）法1：利用气源中的原有（yǒu）气（qì）体（tǐ）和氧气（qì）反应（yīng）；

方法（fǎ）2：通入氢气与氧反应，生成（chéng）较易除去（qù）的水；

方法（fǎ）3：混合气中的氧直接（jiē）与催化剂发生氧化反应，使（shǐ）催（cuī）化剂（jì）活性（xìng）组分转化成（chéng）高价氧化物；

方法4：通过膜分离或低温变压吸附（fù）法(PSA)去除。

方法（fǎ）2需要氢源（yuán），且要（yào）确定通入氢气（qì）量，方（fāng）法3较（jiào）难达（dá）到（dào）合格（gé）的脱氧深度（dù），而方（fāng）法4成本较高。因此，利用沼气中主要组分甲烷（wán）与（yǔ）氧气在催化剂作用下反应，是较为（wéi）经济有效的脱氧方法。

未（wèi）经处理的（de）沼气通常含有（yǒu）饱和水蒸气。其绝对含量（liàng）与温度（dù）有关，如35℃时（shí）沼气（qì）水含量约（yuē）为（wéi）5%。沼气脱水技术主要分（fèn）为物理分离（lí）和化（huà）学干燥两类，这些方（fāng）法（fǎ）也可以同时去除沼（zhǎo）气中的泡沫（mò）和粉尘。

冷（lěng）凝（níng）法是去除沼气中（zhōng）水蒸气最简（jiǎn）单的物理方法，但由于水（shuǐ）会在热交换器（qì）上结冰，这（zhè）种方（fāng）法只（zhī）能将露点温（wēn）度（dù）降低至（zhì）0.5℃，要得到（dào）更低的露（lù）点温（wēn）度，需将沼气进行压缩（suō），且露点温度越低，所需压力越高（gāo）。冷（lěng）凝法包括除雾器、旋风分离（lí）器、湿气捕集阱等。化学干燥法通常在较高（gāo）的（de）压（yā）力下（xià）进行，最常（cháng）用的（de）吸附剂为氧化铝或（huò）沸石，此外还可用三甘（gān）醇（chún）或可吸湿盐类作为干燥剂。

由于沼气（qì）中甲烷含量较低，其（qí）高位发热值只有（yǒu）23.9MJ/m³(甲烷含量60%)，而纯甲烷高位发热值为39.78MJ/m³。作（zuò）为（wéi）车用燃料（liào）或者管道天然气燃料其高位发（fā）热（rè）值要求大于（yú）31.4MJ/m³，则（zé）要求沼气中甲烷浓度至少提高到88%以上，即（jí）要脱除多余CO2。沼气脱碳技术多源（yuán）于天然气、合成氨变换气脱碳技术，包（bāo）括物理溶液吸收法（fǎ）、化学吸收法、变（biàn）压（yā）吸（xī）附法、膜分离法、低温深冷法等。表2给（gěi）出了常用的沼气脱碳方法及（jí）其特点。

表2. 常见的几种脱碳方法（fǎ）及其特点

除（chú）了（le）水、硫化氢、氧（yǎng）、二氧化（huà）碳外，其他杂质气体（tǐ）通常含量（liàng）较少（shǎo），且可以（yǐ）在已有的净化或提纯单元中去除。如硅氧烷和卤代烃主（zhǔ）要存在于垃（lā）圾填埋（mái）场沼气或混合原料（liào）发酵沼气，均可（kě）通过活性（xìng）炭（tàn）吸附去除，少量（liàng）的（de）氨也可被活性炭吸附，或者在（zài）二（èr）氧化（huà）碳脱除单元(如加压水（shuǐ）洗法)去除。

沼（zhǎo）气（qì）并入天（tiān）然气管网，或用于（yú）车用燃料、燃料（liào）电（diàn）池等，其气（qì）质一般有着严格的要（yào）求。因此，需要通过必要的沼气（qì）净（jìng）化（huà）提纯技术，使（shǐ）沼（zhǎo）气（qì）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(车用天然气相关（guān）标准见表3)的高品质生物天然气。而要达到标准所规定的气体质量，沼（zhǎo）气气体组分检测（cè）必不可少。下（xià）面（miàn）以山东省某大型生物质天然（rán）气提纯项（xiàng）目为例，简要叙述沼气成分检测在（zài）沼气提（tí）纯中的（de）应用。

表3. 车用天然气相关标准

项目（mù）总投（tóu）资12100万元，总占地面积55亩(36666.85㎡)，建筑物面积21605㎡(利用现（xiàn）有（yǒu）建筑)，构筑物16692m³(主（zhǔ）要包含厌氧消化罐、贮气（qì）柜（guì）以及其它（tā）地面硬化贮存（cún）场等)。主（zhǔ）要产（chǎn）品为：生物天然（rán）气401万Nm³、固态有机肥1万t、有机叶面肥1.5万t、液体二（èr）氧化碳0.42万t。项目主（zhǔ）体工程组成见表（biǎo）4。

表4. 项目主体（tǐ）工程组成一览表

其中，沼气经脱硫（liú）、脱碳（tàn）后再经（jīng）压（yā）缩机压缩成压（yā）缩天然（rán）气CNG)，根据订单情（qíng）况，选择性进（jìn）行降温成液态天然气(LNG)，后暂存于钢（gāng）瓶或撬（qiào）车（chē）内，以备出售外运。

2、净（jìng）化提（tí）纯主要工艺

1）脱硫工艺

发酵（jiào）过程产生的气体经过（guò）干（gàn）燥柜重力除水和高能离子除（chú）臭（chòu）设备除水、除臭后进（jìn）入双（shuāng）膜（mó）贮气囊（náng）暂存。由于（yú）沼气原气（qì）中含有一（yī）定量的H2S气体，需经过（guò）“无定型羟基氧化铁（tiě）”脱硫工序将（jiāng）H2S气体脱除净化。气体从（cóng）干法脱硫塔（tǎ）的底部进入，顶部排出，气体在干法脱硫（liú）塔内与干法脱硫剂接触，使得（dé）H2S被脱（tuō）除。

2）沼气脱（tuō）碳

脱硫后的沼气经过（guò）气柜稳压（yā）后，经高效（xiào）过滤器去（qù）除（chú）饱和水蒸（zhēng）气和（hé）微尘粒后，进入膜分离装置，使得CH4、CO2混（hún）合气体（tǐ）彼此分离，分离后最终沼气中（zhōng）CO2浓度（dù）在（zài）3%以（yǐ）下，分离出的CO2几乎不含CH4。

项目CO2提纯装置采用膜分离（lí）装置，其工作原（yuán）理为：压缩沼气（qì）在沿中空纤维管(即（jí）SEPURAN膜)内腔流（liú）动时，各种（zhǒng）气体的分压在中空（kōng）纤维丝管（guǎn）的高压侧(原料侧)与低压侧(渗透侧)所形成的分压差作用下，溶（róng）解系数和（hé）扩散系数大的（de）气体(如CO2、H2S)优先（xiān）透过管壁（bì），其余气体(CH4)相（xiàng）对受到阻（zǔ）隔（gé），从而达到分（fèn）离的目（mù）的。

3、工艺监测（cè）解决方案

项目采用了锐意自（zì）控便1台便携式红（hóng）外沼气分析仪Gasboard-3200L和1台防爆（bào）型红外气体（tǐ）分析仪Gasboard-3500，用于（yú）发酵（jiào）罐出口、脱硫设备出（chū）口和脱硫装（zhuāng）置出口等各个监测（cè）点CH4、CO2、H2S、O2浓度的实时与在线（xiàn）监测。

表（biǎo）5. 气（qì）体监（jiān）测方案

1）发（fā）酵罐出口（kǒu）监测，测量CH4、CO2和（hé）O2含量，帮助（zhù）业主（zhǔ）掌握发（fā）酵（jiào）罐厌氧发酵状（zhuàng）况，从（cóng）而能（néng）够及时（shí）、准（zhǔn）确地调节发酵罐进出料（liào）时间，保障厌氧消化（huà）高效（xiào）、稳定运行，提高沼气工程产气（qì）效（xiào）率（lǜ）。

2）脱硫设备（bèi）出口监（jiān）测，测量（liàng）H2S含量，帮（bāng）助业主直观地了解脱硫效率（lǜ），有依（yī）据的（de）进行脱（tuō）硫（liú）工艺优（yōu）化，同时有效降低有毒气体H2S排放污染（rǎn）。

3）提纯装置（zhì）出口监（jiān）测（cè），测量CH4、H2S、CO2和O2含量，帮助业主准确了解净化提纯效率，为生物天然气销售以及环保排放监测（cè）提（tí）供参考数据。
沼气净化提纯技（jì）术工（gōng）艺较多，用户可以根据自（zì）身资金成本和能（néng）源化（huà）利用目标进（jìn）行选择。但（dàn）使沼气净化提纯成为（wéi）甲烷（wán）含量高，热值和杂（zá）质等条（tiáo）件符（fú）合管道、压缩（suō）或液化天然气（qì）标准要（yào）求的高品质生物天然气，其工（gōng）艺过程的气体成分（fèn）监测必不可（kě）少。
文章（zhāng）转（zhuǎn）载自@沼气圈