一、杂质成分对沼气利用的影响

     沼气一般都含有大量CO₂、少量H₂O和H₂S、硫化烃、卤化烃、氨气、硅氧烷等杂质气体，沼气中 常产生的硫化物是H₂S、COS、烷基取代物、二甲基硫物化等，H2S并不总是 大的硫化合物。除了硫化物，含氧的有机化合物（如有机酸、乙醇、酯）在沼气中也很常见。杂质气体成分往往会对沼气的利用造成不利影响，需要采取措施去除。

1、CO₂使沼气的能量密度降低，并且在燃烧过程中减缓燃烧速度。要使沼气达到天然气标准或用作汽车燃料，就必须去除其中的CO₂。

2、水在导气管道中积累后会溶解H₂S、CO₂等酸性气体而腐蚀管道，而当沼气被加压储存时，可能会因为凝结水而冻坏储气罐。

3、H₂S是沼气中 常见的杂质气体，它能与大多数金属发生反应，并且当其浓度增大、气体压力增加、温度上升和有水存在时，H₂S的活性更强，在使用中导致压缩机、管道、储气钢瓶、发动机受到腐蚀，并造成催化剂中毒。硫化物燃烧放出SO₂和SO₃会比H₂S造成的危害更大，SO₂会降低露点，而硫酸有高腐蚀性。

4、生活污水处理产生的沼气中往往含有硅氧烷，其燃烧产物附着在发动机燃烧室及排气系统中会大大降低发动机效率，使排气质量恶化。

5、 填埋场气体中常常含有一定量的卤化物，其燃烧产物具有腐蚀性，有水存在时腐蚀性加剧，在一定燃烧条件下甚至生成有毒气体PCDDs和PCDFs，故需要优先去除；达到甲烷的爆炸极限水平时可能发生爆炸危机人的生命财产 ，必要时也需加以去除。

6、氨气燃烧后生成氮氧化物，当沼气中氨气含量过高时会引起燃气汽车排放超标。

7、在收集填埋场气体时可能会吸进大量的空气而造成氧气含量过高，当混合气浓度达到甲烷的爆炸极限水平时可能发生爆炸危及人的生命财产 ，必要时也需要加以去除。

二、沼气的利用方式及品质要求

     沼气是一种理想的清洁能源，应用途经广泛，但不同的利用方式对沼气的品质要求不同，沼气的主要利用途径及其品质要求如下：

1、燃烧供热。这是发展中国家常见的沼气利用形式，如我国普遍采用的农村户用式沼气池，它们一般用于提供炊事和照明燃料。农村户用式沼气池工程技术简单，投资小见效快，沼气一般只需进行简单的脱硫和脱水处理。

2、沼气发电机热电联产。这是发达国家大中型沼气工程普遍采用的沼气利用方式。为避免沼气中杂质对发动机的不良影响，沼气需进行脱水和脱除硫化物、卤代烃、硅氧烷等杂质气体的处理。

3、沼气燃料电池。沼气发电的电效率一般低于35%且单位投资相对较高，而用于燃料电池的电效率可达到40%~60%。沼气用于燃料电池需要分离CO₂，去除H₂S、卤素和CO等痕量气体。

4、沼气纯化后用管道天然气和用作汽车燃料。该利用方式对沼气品质要求很高，沼气不仅要脱水，去除杂质气体，还要去除CO₂以得到高品质的生物甲烷。

5、沼气用作化工生产原料。用来制造氢气和炭黑，并可进一步制成乙炔、汽油、酒精、人造纤维和人造皮革等各种化工产品。

三、沼气净化与提纯工艺汇总

     沼气净化一般是去除沼气中微量的有害组分，如沼气脱硫、脱氧、干燥技术等。沼气提纯是去除沼气中的二氧化碳，以提高燃气的适用性和热值。经过净化提纯得到的生物天然气，通常含有95%~97%的甲烷和1%~3%的二氧化碳，可以作为替代天然气使用。

1、沼气脱硫

生物净化工艺与上述传统工艺相比具有运行成本低、反应条件温和、能耗少和有效减少环境污染等优点，但脱硫微生物都是需要氧型的，氧气或空气的加入可能会导致沼气中氧含量上升影响沼气的 性，因此采用生物脱硫是要时刻监控反应器中的氧含量。

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。氧的脱除是沼气加工的必经步骤，沼气中的氧必须脱至一定范围内，才能 整个工艺过程的 性。若生物沼气生产GNG或天然气，则需将其中所含的氧气含量降至0.5%以下。沼气脱氧工艺一般有如下几种：

方法1：利用气源中的原有气体和氧气反应；

方法2：通入氢气与氧反应，生成较易除去的水；

方法3：混合气中的氧直接与催化剂发生氧化反应，使催化剂活性组分转化成高价氧化物；

方法4：通过膜分离或低温变压吸附法(PSA)去除。

方法2需要氢源，且要确定通入氢气量，方法3较难达到合格的脱氧深度，而方法4成本较高。因此，利用沼气中主要组分甲烷与氧气在催化剂作用下反应，是较为经济有效的脱氧方法。

3、沼气干燥

       未经处理的沼气通常含有饱和水蒸气。其 含量与温度有关，如35℃时沼气水含量约为5%。沼气脱水技术主要分为物理分离和化学干燥两类，这些方法也可以同时去除沼气中的泡沫和粉尘。

4、沼气脱碳

       由于沼气中甲烷含量较低，其高位发热值只有23.9MJ/m(甲烷含量60%)，而纯甲烷高位发热值为39.78MJ/m。作为车用燃料或者管道天然气燃料其高位发热值要求大于31.4MJ/m，则要求沼气中甲烷浓度至少提高到88%以上，即要脱除多余CO₂。沼气脱碳技术多源于天然气、合成氨变换气脱碳技术，包括物理溶液吸收法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法、低温深冷法等。表2给出了常用的沼气脱碳方法及其特点。

5、其他杂质的脱硫

         除了水、硫化氢、氧、二氧化碳外，其他杂质气体通常含量较少，且可以在已有的净化或提纯单元中去除。如硅氧烷和卤代烃主要存在于垃圾填埋场沼气或混合原料发酵沼气，均可通过活性炭吸附去除，少量的氨也可被活性炭吸附，或者在二氧化碳脱除单元(如加压水洗法)去除。

三、沼气净化提纯工艺过程监测

      沼气并入天然气管网，或用于车用燃料、燃料电池等，其气质一般有着严格的要求。因此，需要通过必要的沼气净化提纯技术，使沼气成为甲烷含量高，热值和杂质等条件符合管道、压缩或液化天然气标准要求的高品质生物天然气。而要达到标准所规定的气体质量，沼气气体组分检测不可少。 

     下面以安徽生物天然气脱硫、脱碳在线监测项目 ，简要叙述沼气成分检测在沼气提纯中的应用情况。

项目背景

     阜南县农业废弃物沼气与生物天然气开发利用PPP项目按照“站田式”布局在全县建立8个（总容积为18万m3）有机废弃物沼气和生物天然气处理站点，1个中心站以及与产业相关的设施建设；年产生物天然气4000万m³,年产固体有机肥料16~20万吨，液态有机肥5~10万吨，结合农化肥和科学施肥，实现区域循环农业平台化发展。

脱碳设备现场图（激光气体在线监测装置LGDS-2000）

脱硫设备现场图（激光气体在线监测装置LGDS-2000）

脱硫实时监测数据

现场应用情况

脱碳后采用单通道监测：甲烷CH₄和CO₂两种组分气体含量，经客户现场运行验证，脱碳后设备监测CO₂体积含量与实验室色谱仪器检测数值偏差0.02%，对于测试准确度客户非常满意。

突出特点：

1.激光原理：相对传统红外原理，具有无漂移、长期稳定性好不需校准、使用寿命更长等特点；

2.技术服务： 提供技术指导和服务；全生命周期跟踪；

3.IP局域组网：有效实现数据的连通与互动，从而 现场工艺的持续稳定运行；

4.校准服务： 校准服务，客户可不用采购标气；

5.售后性价比：非人为原因故意损坏，质保期内全部 更换，质保期外按照 低成本价核算提供服务。

     沼气净化提纯技术工艺较多，用户可以根据自身资金成本和能源化利用目标进行选择。但使沼气净化提纯成为甲烷含量高，热值和杂质等条件符合管道、压缩或液化天然气标准要求的高品质生物天然气，其工艺过程的气体成分监测不可少。