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1、高收率低成本沼气脱碳提纯技术黄家鹄 王斌（四川鸿鹄科技集团有限公司，四川，成都 610036）摘 要：介绍沼气净化技术现状，通过分析、对比，指出采用高回收率变压吸附脱碳技术，是降低沼气提纯成本， 减少温室气体排放，提高产出和利润率，是沼气得到高端化综合利用的合理选择。关键词：沼气，提纯，脱碳，变压吸附，高回收率，低成本* 、亠 亠1. 前言能源是经济和社会发展的重要物质基础。除了水能之外，生物质能是应用最广泛的 可再生能源，沼气是其中的重点发展领域。预计到 2020 年，中国的沼气年利用量将达 到 440 亿立方米。限于经济和技术等因素，目前国内小规模沼气和低端用途占据了很大一部分，但是 沼气
2、生产转型升级，即生产大规模化及用途高端化是产业发展的必然趋势。沼气成分复杂，不同的原料，不同的发酵工艺，气体成分均有差别，主要成分 CH4 约占总体积的50%70%, CO2约25%40%，其余气体如N2、02、H2S、电0、CO、 H2、NH3、卤代烃、硅氧烷等约占5%【1】。其中的杂质气体在沼气的利用过程中或多或少 会产生不利影响，因此，沼气不经净化处理很难被高端化综合利用。因为CO2占据杂质气体的绝大部分，脱碳费用在很大程度上决定了沼气净化成本的 高低，下面重点探讨沼气脱碳技术。2. 低含量沼气杂质脱除技术简介2.1 脱水未经处理的沼气通常含有饱和水蒸汽，可以用冷凝法、吸附法或吸水性物质
3、对水分 进行吸收脱除【2】。2.2 脱硫沼气中硫化物的危害较大， H2S 有毒，与 H2O 结合会腐蚀设备，燃烧后产生 SOX 污染大气。沼气脱硫技术分为原位脱硫和沼气脱硫两大类。前者直接将脱硫剂加入发酵罐，使 脱硫和发酵同步进行【2】。这种方法可以有效降低硫含量，但是无法杜绝沼气含硫。传统脱硫方法有干法和湿法两大类。干法操作简单，设备投资小，可以同时脱除多种有机硫。突出优点是脱硫精度高，可以脱硫至ppm级。但是干法脱硫仅适用于沼气气 量小或硫含量低的情况，且脱硫剂饱和后需回收处理。当沼气气量大或含硫量高的时候需要采用湿法脱硫。湿法脱硫属于粗脱硫，工艺复 杂，操作难度大，运行费用高，一般脱除不
4、了有机硫【2】且脱硫精度低于干法。此外，还有膜分离、变压吸附、生物脱硫等新型脱硫方法。2.3 脱除其它杂质 其它杂质含量较少，通常可以在已有净化或提纯单元中脱除【2】。如果达不到某些行 业的特殊要求，例如用于燃气轮机时，其中的硅氧烷可以用烃混合溶液吸收，卤代烃可 以用专门的活性炭变温吸附脱除【3】。3. 脱除CO2技术简介沼气脱碳技术多源于化工行业，包括物理吸收，化学吸收，变压吸附，膜分离等。因为沼气处理量小更应注重小型化、节能化。此外，沼气生产过程不副产蒸汽，专门为 溶液再生过程制备蒸汽既麻烦，又消耗沼气降低产出。物理吸收法利用酸性氧化物在溶液中的溶解度比ch4大脱除CO2和h2s,溶液可以
5、 通过减压，闪蒸，气提等方式再生，应用较多的是高压水洗法【2,3】。化学吸收利用溶液中的化学物质和酸性氧化物发生可逆反应脱除CO2和h2s，溶液 低温吸收，高温再生，典型代表是醇胺法【1,2】。膜分离法利用各气体组分在高分子聚合物中的溶解扩散速率不同，在膜两侧分压差 的作用下导致其渗透通过纤维膜壁的速率不同而分离【2】。膜分离法有高压气相分离法和 低压气-液相吸收膜分离两种。此法技术成熟度较低。【3,4,5】。变压吸附利用吸附剂表面吸附沼气各组分的能力不同脱除CO2，自动化程度高，运 行稳定，装置寿命长，净化费用低【1,2,4】。但是传统变压吸附装置的甲烷损失较大，当甲烷浓度为 90%95%时
6、，回收率最高 只有90%【8,10,11】，低的只有60%以下【9】。这个缺点制约了 PSA在沼气净化领域的应用。要解决甲烷回收率低的问题，关键在于吸附剂，提高ch4/co2混合气的分离系数和 增大CO2吸附容量。通过借鉴国内外最新技术【6,7 】 ，鸿鹄科技开发出沼气提纯专用吸附剂，甲烷回收率 达99%，尾气中CH4含量低于1%,产品气纯度97%99%可调。此外，吸附容量大和 分离系数高，还可以有效减小装置规模即投资总额，降低运行费用。4. 沼气脱碳净化技术对比4.1 原料气指标以表 1 所列指标的沼气作为各种技术对比的原料气。表 1 原料气指标项目流量（N m3/d）压力kPaG温度（C）
7、CH4 *CO2 *其它组分（V%）指标20000540574123.2 投资 【1,2,3,4,5,8,9】由于吸附容量增大，分离系数提高，鸿鹄装置投资低于传统PSA,同样低于MDEA, 膜分离，略高于高压水洗法。3.3 甲烷回收率 【1,2,3,4,5,8,9】表2 甲烷回收率3.4 操作费用【1】表3 操作费用（元/标方原料气）注：产品气输出压力统一以0.8MPa计。4. 结论四川鸿鹄科技集团有限公司开发的变压吸附脱碳技术，除了自动化程度高，操作简高收率低成本沼气脱碳提纯技术便，安全环保等优点外，进一步降低了操作费用，CH4回收率达到了 99%，高于国际国内水平。参考文献：1 郝伟.沼气
8、制天然气(CNG)工艺技术与经济性EB/OL.2 江皓等.沼气净化提纯制生物甲烷技术与应用J.中国沼气,2012.30 (2)： 6-11.3 宋灿辉等.沼气净化技术现状J.中国沼气,2007.25 (4)： 23-27.4 甄峰等沼气高值化利用与净化提纯技术J.环境科学与技术,2012.11： 103-108.5 李东等中国沼气资源现状及应用前景J.现代化工,2009.4： 1-5.6 余新江等.模板法多孔碳的制备及CH4/N2/CO2吸附分离J.石油化工,2016.2： 221-226.7 李通等活性碳改性及其对CO2/CH4吸附性能的研究J.煤炭学报,2011.12： 2012-2017.8 陈祥等沼气净化提纯制取生物甲烷技术发展现状J.农业工程,2012.7： 30-34.9 李胜等.沼气净化制取高纯度生物质甲烷技术进展J.现代化工,2014.11： 19-23.10 四川亚连科技有限责任公司.一种提取沼气中的甲烷的方法P.中国专利:CN200910060286,2010-9-1.11 四川亚联高科技有限责任公司.从垃圾填埋气中回收甲烷的方法P.中国专利：CN200810045223,2008-7-16.
