沼气提纯制取生物天然气的发展探讨

向 军

（中电建兰考生物质制气有限公司，河南 开封 475000）

沼气是一种多气体混合物，其主要成分为二氧化碳和甲烷，甲烷所占比例为55%～70%，二氧化碳所占比例为30%～45%。沼气提纯制取生物天然气指使用厌氧发酵进行沼气处理，经过脱碳、脱硫、加压及脱水等工艺之后逐渐生成天然气，将其进行高效使用。为了方便运输及储存，将其压缩至10～25MPa，称之为压缩天然气[1]。在国外，沼气提纯制取生物天然气相关技术已经非常成熟，基本上实现了产业化发展建设。瑞典在全球率先使用车用压缩天然气，目前已经有十多个国家完全展开了对车用生物天然气的利用，并进行了压缩车用天然气加气站的建设。而在国内地区，沼气资源比较丰富，但实际使用方式却非常传统，一般方式为烧锅炉或发电使用。近年来出现了非常多高产量沼气工程，日产沼气已经超过企业所需量，多余沼气一般通入锅炉进行不完全燃烧，甚至直接排放，最终导致资源浪费及环境污染[2]。在节能减排形式较为严峻的趋势下，沼气提纯生物天然气是未来资源利用的重要发展趋势。

1 沼气提纯生物天然气的必要性

1.1 重视度提高及政策指导规范化

我国能源消耗量非常大，石油化工企业在日常生产及管理中针对能源问题及环境问题已经制定了相关应对措施。在臭氧层、酸雨及温室效应严重加剧的情况下，我国提高了沼气提纯技术的利用率。近年来，我国已经推出促进社会可了持续发展及国民经济中针对能源再生结构及利用形式的改革政策，同时提高了能源清洁化发展的重视度。《天然气利用政策》在被逐渐落实后，国内很多企业已经针对天然气分布发表了相关指导性文件，论证了天然气在我国未来发展中的重视度在不断提高。另外，沼气提纯制取生物天然气具有较高的价值及意义，生物天然气为清洁性非常高的能源类气体，具备循环及环保性等多项功能，成本相比于其他能源较低。目前，我国制取技术已经非常成熟，同时对其副产品使用率也较高，这对我国未来能源发展价值的提升具有重要意义。2019年底国家发展和改革委员会、国家能源局等十部委联合印发《关于促进生物天然气产业化发展的指导意见》支持生物天然气产业的发展，相信在未来将会有更多的政策出台指导生物天然气产业的发展使其更加规模化、规范化。

1.2 温室效应加剧能源减少

随着全球温室效应不断加重，气候变暖是所有国家发展过程中必须面对并重视的重难点问题。2007—2009年我国已经针对能源减少及气候变化等相关项目开展了相关研究，研究结果得出全球温室气体中的甲烷所占比例较大，占比为20%。沼气处理中的污染问题若不能被妥善处理，将会继续加重温室效应，进而导致严重后果。若通过沼气提纯技术制取生物天然气6万m3/d，那么每年温室气体中将减少45.8万t的二氧化碳排放量，因此，通过沼气提纯技术制取生物天然气在我国能源节约及环境保护中能够起到非常重要的作用。

1.3 企业竞争力不断加强

国内外市场经济竞争力的不断提升让我国市场经济增长速度逐渐加快，成本是现代生产企业竞争力提升的重点内容。除此之外，政府相关政策及补贴工作的不完善，让企业生产利益逐渐变小。使用沼气提纯制取天然气技术能够将企业生产成本降低，并不断提升市场经济效益。将产品附加价值提升，这是企业竞争力提升的最佳方式[3]。

2 沼气提纯制取生物天然气的可行性分析

2.1 政策方面

我国相关政策中体现了对沼气提纯项目的重视度，在能源开发及建设计划中已针对生物天然气及生物质能发电相关工作提出了具体要求。同时，国家还制定了沼气提纯项目补贴计划，部分地区已经按照2500元/m3的补贴标准进行了落实，这对于推动国内生物天然气企业的发展有着重要的意义。除此以外，在销售沼气、天然气等相关产品时，政府还制定了相关税务优惠政策，此举也推动了沼气提纯技术的进一步发展与应用。

2.2 技术方面

国内生物天然气提纯技术起步时间比较晚，与发达国家相比还很滞后。而在欧洲相关国家生物天然气提纯技术应用效率非常高，例如，德国及瑞典等国家，已经将通过沼气提纯制取的生物天然气占比调整为占总能源的10%。沼气提纯制取技术内容非常丰富，其中包含的技术类型也较多，很多企业已经将这类技术与企业未来的发展方向相结合。其中，沼气提纯制取技术中的加压水系技术及变压吸附技术是使用率非常高的两种技术，在市场上已经被多家企业使用。在国内发展中，沼气提纯技术为一项新技术，主要施工工艺包括脱硫技术、脱水技术及脱碳技术等，在净化项目及氨气合成中已经对这几类技术进行了充分使用。其中，在应用脱硫技术时经常会使用干法及湿法这两种方式，此外，在脱硫过程中还会使用膜分离技术、变压吸附技术及加压水洗技术。目前，这几类技术已非常成熟，能够被大型沼气工程所使用，且工程经验较多，具备非常高的市场价值。对于脱水技术而言，一般在我国加气母站中会设置脱水装置，采用物理吸附脱水方式进行处理，从工程整体应用上进行分析，此类技术已经能够在大规模沼气提纯制取生物天然气项目中进行使用，且在市场实际发展中具备非常高的可行性。

3 沼气提纯技术在国内外的应用

3.1 国内企业对沼气提纯技术的应用

目前，相关领域已有效使用了化学吸附及变压吸附等方式，并引进了商业化设备。水洗法、PSA变压吸附技术、化学吸收法因为在技术及相关工艺上具备非常强的可行性，使沼气提纯领域在市场上所占据的比例已高于90%，故以上相关技术及工艺受到了国内多数企业的欢迎并应用于企业生产。我国已开展了沼气提纯生物天然气的相关项目，例如，烟台双塔进行了4万m3沼气提纯项目的建设，龙口烟台环能公司开展了3万m3沼气提纯车用燃气示范项目。与世界较为先进的沼气提纯水平相比，我国不仅在技术研究及设备成套化研究上存在非常大的差距，国内大量中小型企业所使用的沼气工程成套提纯项目与国际相比也存在非常大的差异。2015年沼气发展进入发展及转型过程中，国家开始大规模支持生物天然气项目。其中，2015年完成的项目为25个，2016年完成的项目为22个。沼气提纯制取生物天然气在近年来发展中不仅有了新的发展机遇，同时也面临每天生产超1万m3天然气及每小时处理沼气超700m3的巨大工作量，因此项目实施中的水洗技术、变压吸附技术及化学吸收技术水平等必须与实际发展相吻合。四川某一企业在沼气提纯项目开发中，使用专用吸附剂进行研发，已经解决吸附过程中损失大量甲烷的问题，这一研发能够降低企业投资成本，并使甲烷回收率高于99%，完全符合沼气提纯的基本需求。

3.2 国外企业对沼气提纯技术的应用

（1）欧洲国家沼气发展历史。在国外，沼气提纯生物天然气技术已经得到广泛使用，欧洲国家非常重视此技术的发展。2014年国际能源署对欧洲国家沼气工程项目建设数量进行了统计，其中沼气工程高达300多个，与2013年相比，增长率为23%。在处理过程中，沼气提纯已经达到31万m3/h。2014年德国根据企业实际发展，已经增加了87个沼气提纯工厂，增长速度非常快，其次为美国与瑞典这两个国家，虽然瑞典的生物天然气消耗量比较小，但提纯技术在应用及研究过程中已经成为世界领先国家，其应用领域十分广泛，尤其是在交通运输领域，瑞典已经有5万多辆汽车开始使用生物甲烷。

（2）不同沼气提纯技术的使用。实际使用中的不同沼气提纯技术能够体现不同使用效果，对欧洲国家、美国、韩国、巴西等37个国家的400多个沼气提纯生物天然气工厂所使用的提纯技术进行统计，统计结果显示：水洗法的应用比例较大，为35.5%，国家数量为152；膜分离法及化学吸收法所占比例为20.6%，国家数量为88个；PSA变压吸附法所占实际比例为16.8%，国家数量为72。瑞典沼气提纯生物天然气使用率最高的技术为加压水系技术，此技术应用比例为70%。德国在项目建设中，对PSA变压吸附法有着更为广泛的使用。全球温室效应中的气体有20%来自甲烷，甲烷带来的温室效应与二氧化碳相比，为二氧化碳的21倍。沼气提纯制取天然气能够对沼气进行高效使用，具备较强的环保效能及能源效能，发展前景较为广阔。国外现阶段所使用的较为成熟的沼气提纯技术为PSA变压吸附法、水洗法及化学吸收法、膜分离法。其还能够根据实际情况进行技术选择，例如沼气量比较小时，则使用膜分离法；若处理的沼气量比较大时，则使用能源消耗量较小的变压吸附法。

4 结束语

综上，因为天然气资源在实际发展中的应用比例非常高，成本较低，并且具备较强的环境保护能力，所以天然气资源在市场上所占的比例将会得到不断提升。相关部门对我国2020年天然气作为汽车主要能源来源的应用比例进行了预测，预计天然气作为汽车能源使用的数量将会达到千万辆。与此同时，我国加气站数量也会随着汽车能源使用出现的变化不断增加，这也能够提升沼气提纯制取生物天然气的市场价值。在今后发展过程中，相关企业需要不断研究及发展提纯制取技术，在确保天然气纯度的基础上降低企业提纯成本，推动企业可持续发展。