沼气提纯制取生物天然气发展前景分析

方 鸽

（开封黄河空分集团，河南 开封 475000）

沼气是多种气体的混合物，主要含有甲烷和二氧化碳，甲烷占55%～70%，二氧化碳占30%～45%。沼气提纯制取生物天然气（以下简称沼气提纯）是指利用厌氧发酵处理产生沼气，经脱硫、脱碳、脱水、加压等工艺后成为生物天然气（bio-natural gas，简称BNG）进行高效利用。为便于贮存和运输，进一步压缩至10～25MPa，即为压缩天然气（Compressed Natural Gas，简称CNG）。

联合国工业发展组织的《生物能源战略（2007）》指出，沼气可提纯为生物天然气，并可通过压缩制成CNG供车用。在国外，沼气提纯制取生物天然气技术成熟，已基本实现产业化。瑞典在全球率先开发车用压缩天然气，已有15个城市完全使用车用生物天然气，瑞士、德国等国家也建设了大量的沼气提纯厂和压缩车用生物天然气加气站［1］。在国内，沼气资源十分丰富，但利用方式比较传统，除少数获得发电上网补贴的企业外，主要为烧锅炉、发电自用。近年来，出现了较多高产量沼气工程，日产沼气量达到10 000～150 000Nm3，远远大于企业自用所需的气量，多余沼气往往通入锅炉不完全燃烧甚至直接排放，造成环境污染和资源浪费。在当前节能减排严峻趋势下，沼气提纯生物天然气是必然的发展趋势。

1 沼气提纯是发展方向

1.1 符合国家产业政策，是发展可再生能源、改善能源结构的需要

目前，我国已成为第二大能源消费国，化石燃料的生产和使用引起严重的温室效应、酸雨、破坏臭氧层等环境问题。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出，推动能源生产结构和利用方式变革，推进能源多元清洁发展。继《天然气利用政策》实施后，相关部门出台了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》等一系列政策，表明了中国政府发展“气体能源”，大力推动节能减排和积极发展低碳经济的决心和意志。生物天然气作为一种清洁的气体能源，以其循环环保、变“废”为“宝”、副产品可利用、成本低廉、技术成熟易推广等特点，在补充我国气体能源不足方面大有作为。

1.2 减少温室气体排放的需要

由于日益严重的全球变暖趋势受到世界各国的重视，温室气体减排越来越紧迫。2007年在印尼巴厘岛召开的联合国气候变化大会和2009年的G20峰会都把减少化石能源消耗、发展可再生能源作为首要任务。CH4的温室气体效应可达CO2气体的21倍，全球温室气体效应20%来自甲烷。如果沼气得不到有效利用，就会成为造成温室效应的元凶。以每日利用沼气提纯制取6万标准立方米生物天然气为例，每年减排温室气体排放量相当于约45.8万tCO2，可见沼气提纯对实现我国节能减排目标具有重要意义。

1.3 延长产业链，提升附加值，提高企业竞争力

由于世界经济增速放缓、国内外产品市场低迷、市场竞争不断加剧，加之受政策调整、补贴标准下降等因素，企业利润空间受到挤压。通过提纯制取生物天然气，可以延长公司产品产业链，提升产品附加值，是企业提升竞争力的有效手段之一。

2 沼气提纯生物天然气项目建设的可行性

2.1 政策的可行性

国家政策和法规为沼气提纯项目的发展实施提供了政策保障和支持。

2.1.1《可再生能源中长期发展规划》中提到，重点发展生物质发电和生物质燃气。到2020年底，在沼气发电、生物质燃气等方面，沼气综合利用将达到440亿m3。

2.1.2 国家对生物质能源建设项目有项目固定资产投资补助和贷款贴息等扶持方式。

根据《2015年农村沼气工程转型升级工作方案》，中央对符合条件的规模化生物天然气试点工程予以投资补助，每立方米生物天然气生产能力补助2 500元，目前已有部分企业获得该补贴［2］。

《关于印发《资源综合利用产品和劳务增值税优惠目录》的通知》（财税［2015］78号）明确，利用沼气生产的燃气作为商品对外销售，经相关主管部门认定为资源综合利用产品，可享受增值税即征即返的优惠政策。

2.2 提纯技术的可行性

沼气提纯在西欧（德国、丹麦、瑞典等）一些国家的能源总量的比例为10%左右。沼气提纯技术，如加压水洗法、化学吸收法、变压吸附法和膜分离法等技术已实现商业化利用，其中加压水洗法和变压吸附法欧洲沼气提纯市场使用率最高，各占1/3。

在国内，沼气提纯技术近几年逐渐兴起，但提纯的主要工艺，包括脱硫、脱碳和脱水，在合成氨等工业气体净化项目中早已应用广泛并发展成熟。脱硫方面，可分为干法和湿法两大类，其中干法以活性炭法和氧化铁法为主，湿法包括化学法、物理法和物化法。在硫含量低的情况下采用干法脱硫即可，硫含量高的情况下一般以湿式氧化法为主，并采用干法脱硫加以辅助结合。脱碳方面，主要有加压水洗法、变压吸附法、膜分离法等物理法和MDEA、碳酸丙烯酯等化学法，其中压力水洗法和变压吸附法是较为成熟和稳定的工艺，适用于大型沼气工程，运行可靠性高，工程经验多，压力水洗法甲烷回收率更具优势［4］。脱水方面，在国内的加气母站均设有脱水装置，一般采用物理吸附脱水法。经过上述工艺，可使净化气达到GB17820-2012天然气（或GB18047-2000的车用燃气）标准，净化后的产品气进入城市燃气管网（或加压至25MPa对拖车加气）。

3 应用实例

国内目前已建成多个沼气提纯生物天然气示范项目，如烟台双塔4万方沼气提纯项目、龙口烟台环能公司3万方沼气提纯车用燃气示范项目、南阳天冠10万方沼气提纯项目等，目前运转良好，产品气供给车用或燃气管网。烟台双塔和南阳天冠沼气提纯项目均被列入国家科技支撑计划“管道并网高纯生物燃气技术集成研究与模式示范”项目。南阳天冠10万方沼气提纯项目目前为国内最大。

4 结语

据国家有关部门预测，截止2020年我国的天然气汽车保有量将达到1000万辆，而CNG汽车加气站的数量也将以每年20%的速度飞速递增。建设沼气提纯项目，产品气可以送入燃气管网或送至加气站供给车用，既可以生产清洁能源，缓解项目所在地区的环保压力，改善环境状况，又是企业一个新增长点，可以很好地形成社会、环境，企业经济、形象的双重结合。项目所产生的清洁能源（生物天然气）可减少社会发展对石油等化石能源的依赖，并对节能减排做出贡献，未来必然有良好的发展前景。

［1］刘程序，朱万斌.欧盟国家新兴的生物天然气产业［J］. 中外能源，2011（6）：22-29.

［2］李国龙.发改委农业部联合推动农村沼气工程转型升级［N］.农民日报，2015-04-22（01）.