用厭氧工藝后處理含大量有機(jī)物的廢棄物，比如畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物、城鎮(zhèn)生活污水處理后的污泥、城鎮(zhèn)生活垃圾及餐廚垃圾等，都可以產(chǎn)生沼氣。沼氣是由特定微生物在厭氧條件下降解有機(jī)物而產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w。目前沼氣資源化利用應(yīng)用得比較廣泛的技術(shù)主要有沼氣凈化制天然氣和沼氣發(fā)電。本文以城市餐廚垃圾處理廠產(chǎn)生的沼氣為例，對(duì)沼氣制取天然氣工藝進(jìn)行分析，并探討其在工程實(shí)踐中的應(yīng)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(chǎn)天然氣，需作以下處理：

　　1、水分去除：避免水分在設(shè)備氣體管路中聚焦，和硫化氫結(jié)合會(huì)產(chǎn)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(huì)腐蝕設(shè)備，且燃燒時(shí)生成二氧化硫造成污染，因此必須降低硫化氫濃度，直至滿足生產(chǎn)設(shè)備及國家相關(guān)規(guī)范對(duì)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(chǎn)量估算

　　根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)及餐廚垃圾的理化性質(zhì)，設(shè)計(jì)餐廚垃圾的成分如下表：

表2、餐廚垃圾成分

　　水汽的去除主要在冷凝器中進(jìn)行，從厭氧反應(yīng)器出來含有飽和水汽的沼氣在經(jīng)過冷凝器時(shí)，其中所含水汽冷卻凝結(jié)，達(dá)到干燥的目的。

　　H2S通過箱式脫硫設(shè)備去除，采用干法脫硫連續(xù)再生工藝。干法脫硫是在脫硫設(shè)備內(nèi)裝填一定高度的脫硫劑，沼氣自下而上通過脫硫劑，H2S被去除，實(shí)現(xiàn)脫硫過程，其中脫硫劑以氧化鐵為主要活性催化組分，并添加多種助催化劑與載體，在常溫常壓下通過催化作用去除H2S，脫硫率可達(dá)90%以上。處理凈化后沼氣中的H2S含量須低于200ppm。

　　脫碳系統(tǒng)

　　變壓吸附，是一個(gè)近似等溫變化的物理過程，它是利用氣體介質(zhì)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(shí)進(jìn)行選擇性吸附，在壓力降低時(shí)得到脫附再生。

　　沼氣首先通過過濾器以去除氣體中的顆粒物質(zhì)；再被壓縮進(jìn)入無油壓縮機(jī)，壓力達(dá)到大約2~4bar；再經(jīng)過一個(gè)用水冷卻的冷卻機(jī)以去除沼氣壓縮過程中產(chǎn)生的熱；后壓縮后的沼氣被輸送到吸附床，在那里CH4與CO、H2S以及沼氣中的其他成分分開。

　　當(dāng)吸附床飽和時(shí)，而且產(chǎn)氣不能夠再滿足低的天然氣純度時(shí)，吸附床須進(jìn)行再生。吸附床的再生須要將床的壓力從運(yùn)行壓力（2~4barg）降到大氣壓。利用一個(gè)通過微處理器控制的閥門管路來實(shí)現(xiàn)吸附床的在線和離線轉(zhuǎn)換。

　　沼氣經(jīng)過脫水、脫硫和脫碳系統(tǒng)處理，沼氣的CH4含量達(dá)到90%以上，達(dá)到可以作為天然氣利用的純度后，通過沼氣罐緩沖，由高壓天然氣運(yùn)輸車運(yùn)送場(chǎng)外銷售。

　　利用餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣提純生產(chǎn)天然氣的工藝流程如下圖：

沼氣生產(chǎn)天然氣工藝流程圖

　　效益分析

　　餐廚垃圾的數(shù)量及成分隨季節(jié)變化而產(chǎn)生的波動(dòng)較大，因而采用厭氧消化處理工藝的餐廚垃圾處理廠沼氣產(chǎn)生量也不穩(wěn)定。當(dāng)沼氣資源化利用方式采用沼氣凈化制天然氣方式時(shí)，天然氣產(chǎn)量隨沼氣產(chǎn)量變化而變化，生產(chǎn)運(yùn)營比較靈活。

　　餐廚垃圾處理（處理量按200噸/天計(jì)算）可產(chǎn)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，則供制天然氣用的沼氣量為193.0m3/h。經(jīng)過脫硫和變壓吸附工藝的處理，假設(shè)甲烷平均濃度為55%，則得到天然氣的量為：193.0×55%×90%（系數(shù)）=95.5m3/h，按天然氣的價(jià)格約3.5元/m3計(jì)算，則每天收入95.5m3/h×24×3.5=8024.9元。

　　結(jié)語

　　沼氣凈化制取天然氣，需采用脫硫、脫碳工藝，降低沼氣中的H2S和CO2含量，提高CH4含量，提純后的沼氣含CH490%以上，成分與天然氣近似，可以作為天然氣使用。此外，沼氣凈化制天然氣方式投資較小，且經(jīng)濟(jì)效益較好，值得被廣泛推廣使用。

　　便攜式硫化氫檢測(cè)儀廠商與產(chǎn)品推薦

　　單位名稱：四方光電（武漢）儀器有限公司

　　產(chǎn)品推薦：便攜沼氣分析儀Gasboard-3200Plus

　　Gasboard-3200Plus采用水準(zhǔn)的非分光紅外氣體分析技術(shù)及長壽命電化學(xué)傳感技術(shù)，可同時(shí)測(cè)量沼氣成分中CH4、CO2、H2S、O2等氣體的體積濃度。在延續(xù)上一代產(chǎn)品高精度、無耗材等優(yōu)勢(shì)等同時(shí)，體積減小75%，重量減小60%，小巧出眾，攜帶更加方便。同時(shí)具有如下特點(diǎn)：

　　①可同時(shí)滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室氣囊取樣分析需求。

　　②采用模塊化設(shè)計(jì)，多組分測(cè)量氣體間無交叉干擾。

　　③采用雙通道設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性強(qiáng)。

　　④具備自診斷功能，可在線檢查傳感器狀態(tài)。

　　⑤配置軟啟動(dòng)電源開關(guān)，電池電量智能管理，避免儀器在低電量條件下工作。

　　⑥自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)，具備查詢、刪除功能，可通過多種接口傳輸?shù)缴霞?jí)集中控制系統(tǒng)。

　　⑦可采集氣體流速(需配置手持式流速計(jì))。

　　⑧具有藍(lán)牙功能，能夠?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)上傳，APP顯示。

　　⑨具有GPS定位功能。