銳意自控|沼氣線上監測技術與引數垃圾沼氣製取天然氣工藝介紹

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用厭氧工藝後處理含大量有機物的廢棄物，比如畜禽養殖業廢棄物、城鎮生活汙水處理後的汙泥、城鎮生活垃圾及餐廚垃圾等，都可以產生沼氣。沼氣是由特定微生物在厭氧條件下降解有機物而產生的一種可燃氣體。目前沼氣資源化利用應用得比較廣泛的技術主要有沼氣淨化制天然氣和沼氣發電。本文以城市餐廚垃圾處理廠產生的沼氣為例，對沼氣製取天然氣工藝進行分析，並探討其在工程實踐中的應用前景及意義。

表1、沼氣與天然氣成分比較

由上表的沼氣成分分析可知，利用沼氣生產天然氣，需作以下處理：

1、水分去除：避免水分在裝置氣體管路中聚焦，和硫化氫結合會產生腐蝕性的酸溶液，引起腐蝕。

2、硫化氫去除：硫化氫具有毒性、腐蝕性，會腐蝕裝置，且燃燒時生成二氧化硫造成汙染，因此必須降低硫化氫濃度，直至滿足生產裝置及國家相關規範對二氧化硫排放限值的要求。

3、二氧化碳去除：提高沼氣的熱值。

沼氣產量估算

根據類似工程經驗及餐廚垃圾的理化性質，設計餐廚垃圾的成分如下表：

表2、餐廚垃圾成分

按照理論計算，每克VS可以產生1。867L沼氣，VS佔TS比例約12。62%，餐廚垃圾處理規模按200噸/天計，則沼氣產生量為47123。08m3/d。上述為理論計算值，考慮實際生產情況，產生量係數取為0。27，則產氣量為18849。23m3/d，相當於每噸餐廚垃圾產氣約為63。6m3。

脫水、脫硫系統

水汽的去除主要在冷凝器中進行，從厭氧反應器出來含有飽和水汽的沼氣在經過冷凝器時，其中所含水汽冷卻凝結，達到乾燥的目的。

H2S透過箱式脫硫裝置去除，採用幹法脫硫連續再生工藝。幹法脫硫是在脫硫裝置內裝填一定高度的脫硫劑，沼氣自下而上透過脫硫劑，H2S被去除，實現脫硫過程，其中脫硫劑以氧化鐵為主要活性催化組分，並新增多種助催化劑與載體，在常溫常壓下透過催化作用去除H2S，脫硫率可達90%以上。處理淨化後沼氣中的H2S含量須低於200ppm。

脫碳系統

變壓吸附，是一個近似等溫變化的物理過程，它是利用氣體介質中不同組分在吸附劑上的吸附容量的不同，吸附劑在壓力升高時進行選擇性吸附，在壓力降低時得到脫附再生。

沼氣首先透過過濾器以去除氣體中的顆粒物質；再被壓縮排入無油壓縮機，壓力達到大約2~4bar；再經過一個用水冷卻的冷卻機以去除沼氣壓縮過程中產生的熱；最後壓縮後的沼氣被輸送到吸附床，在那裡CH4與CO、H2S以及沼氣中的其他成分分開。

當吸附床飽和時，而且產氣不能夠再滿足最低的天然氣純度時，吸附床須進行再生。吸附床的再生須要將床的壓力從執行壓力（2~4barg）降到大氣壓。利用一個透過微處理器控制的閥門管路來實現吸附床的線上和離線轉換。

沼氣經過脫水、脫硫和脫碳系統處理，沼氣的CH4含量達到90%以上，達到可以作為天然氣利用的純度後，透過沼氣罐緩衝，由高壓天然氣運輸車運送場外銷售。

利用餐廚垃圾厭氧發酵產生的沼氣提純生產天然氣的工藝流程如下圖：

沼氣生產天然氣工藝流程圖

效益分析

餐廚垃圾的數量及成分隨季節變化而產生的波動較大，因而採用厭氧消化處理工藝的餐廚垃圾處理廠沼氣產生量也不穩定。當沼氣資源化利用方式採用沼氣淨化制天然氣方式時，天然氣產量隨沼氣產量變化而變化，生產運營比較靈活。

餐廚垃圾處理（處理量按200噸/天計算）可產生沼氣530。1m3/h，蒸汽鍋爐的沼氣耗量為201。4m3/h，熱水鍋爐的沼氣耗量為135。7m3/h，則供製天然氣用的沼氣量為193。0m3/h。經過脫硫和變壓吸附工藝的處理，假設甲烷平均濃度為55%，則得到天然氣的量為：193。0×55%×90%（係數）=95。5m3/h，按天然氣的價格約3。5元/m3計算，則每天收入95。5m3/h×24×3。5=8024。9元。

結語

沼氣淨化製取天然氣，需採用脫硫、脫碳工藝，降低沼氣中的H2S和CO2含量，提高CH4含量，提純後的沼氣含CH490%以上，成分與天然氣近似，可以作為天然氣使用。此外，沼氣淨化制天然氣方式投資較小，且經濟效益較好，值得被廣泛推廣使用。

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②採用模組化設計，多組分測量氣體間無交叉干擾。

③採用雙通道設計，穩定性強。

④具備自診斷功能，可線上檢查感測器狀態。

⑤配置軟啟動電源開關，電池電量智慧管理，避免儀器在低電量條件下工作。

⑥自動儲存測量資料，具備查詢、刪除功能，可透過多種介面傳輸到上級集中控制系統。

⑦可採集氣體流速（需配置手持式流速計）。

⑧具有藍芽功能，能夠將採集資料上傳，APP顯示。

⑨具有GPS定位功能。

(來源:沼氣圈)