四方仪器|沼气成分分析系统在沼气制取高附加值燃气中的应用

　　随着全国能源紧张和石油价格的高位运行，包括ZG的燃气价格也在飞涨。因此，利用沼气生产管道燃气、车用燃气（CNG）或液化燃气（LNG）将具有更好的经济效益。沼气组分复杂，净化难度远大于天然气，因此，利用沼气生产管道燃气、CNG和LNG，其技术难点在于沼气的净化，即要把沼气净化到符合国标要求的天然气标准。沼气与天然气相比，特殊的杂质是氧，其次是硫化物、二氧化碳和氮气，因此，沼气脱硫、脱氧和脱二氧化碳技术是沼气的核心技术。

　　一、沼气制取燃气工艺技术

　　以沼气为原料生产燃气产品的总体工艺流程如图1所示。

图1、以沼气为原料生产燃气产品的总体工艺流程图

　　二、沼气净化

　　1、沼气精脱硫

　　沼气中的硫化物成分复杂，除硫化氢外，还有羰基硫、二硫化碳、硫醇和噻吩，对于这些硫化物必须脱至0.1×10-6以下，才能满足后续脱氧工段的要求；而上述硫化物中除硫化氢易于脱除外，其它集中硫化物都难以脱除，需要采用多种复合脱硫技术才能达到总硫脱至0.1×10-6的目标。特别是垃圾沼气，其硫化物的形态更加复杂，而工业有机废水沼气中的硫化物形态则比较简单，主要是硫化氢、硫醇和硫醚。沼气中的硫灰度环境造成污染，对设备、管道、仪表等产生腐蚀，目前工业上常用的脱硫方法有湿法脱硫、干法脱硫两大类。

　　2、沼气脱氧

　　沼气生产中不可避免地会混入空气，特别是垃圾沼气。沼气中的氧是安全生产的S要敌人。天然气的爆炸极限为氧气含量5%~15%，因此必须控制沼气中的氧气含量小于3%，否则易出现生产爆炸事故。

　　沼气中含氧气，不可使用变压吸附（PSA）方法脱二氧化碳，因为在PSA尾气中，会浓缩沼气中的氧，使之达到爆炸极限，造成生产装置处于爆炸风险之中，无法实现安全生产。

　　沼气中含氧气，不可使用胺法（如MDEA法）脱除其中的二氧化碳，因沼气中的氧气会使MDEA快速降解，使工作液发泡、变色、带液并使设备腐蚀，难以长周期操作，运行成本高。

　　若用沼气生产CNG和LNG，必须把沼气中的氧脱至0.1%以下，否则随着CNG加压到25MPa时，甲烷的爆炸极限范围也相应扩大，使CNG生产装置处于爆炸风险中；生产LNG时，排出的冷尾气也会浓缩氧气，使尾气有可能达到爆炸极限，出现生产安全事故。

　　3、沼气脱二氧化碳

　　脱除二氧化碳的方法有多种，主要有膜法、变压吸附法（PSA）和溶剂吸收法，其中膜法操作压力高，投资大，运行费用高，但操作简单。PSA法对于沼气中高达50%以上的二氧化碳去除时，甲烷回收率低，生产的合成天然气量少，对本来气量就偏少的沼气工程来讲，使用此法虽然技术可行，但经济效益差，即使采用技术手段提高了甲烷回收率，但运行费用大大提高。

　　溶剂吸收法脱除二氧化碳，又分为化学法、物理法和物理化学法。化学法适用于低二氧化碳分压和二氧化碳脱除精度高的场合。该法一般需要蒸汽再生，由于沼气生产，能耗高，设备投资大，尤其在沼气中含氧时此法更不适合，如某一示范装置，采用了MDEA脱碳，但因沼气中含氧而无法正常开车生产。物理吸收法是靠物理溶解差异来达到分离CO2和CH4的目的，适用于高CO2分压的场合；要注意的是CO2分压大于0.5MPa的工艺气，操作压力影响较大，CO2脱除精度低，溶剂损失较大。物理化学方法是介于上述两种方法之间的CO2脱除法。

　　4、沼气脱水

　　脱除沼气中的水分常见的有冷凝法、吸收法和吸附法3种，冷凝法是在热交换系统中通过冷却器冷却气体而出去冷凝水；吸收法是利用乙二醇、三乙二醇等吸收型较好的液相物质吸收沼气中的水分；吸附法是通过硅胶、氧化铝或氧化镁等干燥剂来吸收气体中的水分。通常使用2套装置，一套装置吸附，另一套装置再生。

　　三、沼气生产各类燃气经济效益分析

　　目前，大规模沼气工程生产的沼气主要用于发电，因无法上网，以自用为主。沼气生产厂家有的建电站，有的合作建站，合作建站发电机一般由合作方提供，沼气按0.2~0.3元/m3计价，电价按0.5~0.6元/kWh计，两家利润均分，沼气生产厂有0.2~0.3元/m3的利润。

　　若利用沼气生产管道燃气，2m3沼气约生产1m3天然气。以ZG石油大学提供的技术，天然气总加工成本约为0.8元/m3，以2.0元/m3销售天然气，沼气的利润为0.6~0.8/m3。

　　沼气生产CNG，总加工成本1.0~1.2/m3，而广东工业用CNG售价可达5元/m3，杭州为3.5元/m3；山东为3元/m3，仅以此CNG售价3元/m3为例，沼气利润可达0.9~1.0元/m3，且不易受地理位置、气量和运输半径的限制。

　　对安全度要求高的城市周边地区的沼气生产厂，可把沼气生产成LNG燃料，如北京地区，出于对安全和防恐的需要，把沼气生产成LNG用于汽车燃料，具有一定的环保和示范意义。

　　注：以上沼气、上网电价及各类燃气价格取自典型地区，仅供参考。

　　四、运营建议

　　1、大型垃圾沼气工程在利用沼气生产CNG和LNG燃料时，**将其用于环卫集团内部的清运车辆燃料，自产自销，不仅享受各种环保优惠，还可声调营业税和增值税，节省下的汽油费用就是利润。

　　2、大型工业有机废水沼气工程，在利用沼气生产管道燃气、CNG和LNG时，一定要根据自身的实际情况选择终端产品的生产，如东部沿海地区，经济发达，中小城市密度大，运输报警校，适合生产用于车用的CNG燃料。

　　3、大型养殖场沼气工程利用农作物秸秆制作饲料和作为生产沼气的原料，扩大沼气产量，沼气发酵生产的三沼副产品作为绿色肥料返还给农民用于种植业，用沼气生产高附加值燃气用于城市，形成良性循环，不仅享受各种环保优惠政策，还可享受政府的补贴，使沼气工程获得更大的经济效益。

　　五、结语

　　沼气工程是一项利国利民的环保工程，在沼气制取燃气的过程中必须严控沼气净化环节，使沼气成本Zdi化，终端产品Zyou化；同时重视运营模式，根据自身特点选择更优的产、供、销模式，充分利用环保和新能源政策优势，发展沼气工程，使沼气工程资源利用Zda化。

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　　（来源：沼气圈）