沼氣提純制取生物天然氣的發展探討

向 軍

（中電建蘭考生物質制氣有限公司，河南 開封 475000）

沼氣是一種多氣體混合物，其主要成分為二氧化碳和甲烷，甲烷所占比例為55%～70%，二氧化碳所占比例為30%～45%。沼氣提純制取生物天然氣指使用厭氧發酵進行沼氣處理，經過脫碳、脫硫、加壓及脫水等工藝之后逐漸生成天然氣，將其進行高效使用。為了方便運輸及儲存，將其壓縮至10～25MPa，稱之為壓縮天然氣[1]。在國外，沼氣提純制取生物天然氣相關技術已經非常成熟，基本上實現了產業化發展建設。瑞典在全球率先使用車用壓縮天然氣，目前已經有十多個國家完全展開了對車用生物天然氣的利用，并進行了壓縮車用天然氣加氣站的建設。而在國內地區，沼氣資源比較豐富，但實際使用方式卻非常傳統，一般方式為燒鍋爐或發電使用。近年來出現了非常多高產量沼氣工程，日產沼氣已經超過企業所需量，多余沼氣一般通入鍋爐進行不完全燃燒，甚至直接排放，最終導致資源浪費及環境污染[2]。在節能減排形式較為嚴峻的趨勢下，沼氣提純生物天然氣是未來資源利用的重要發展趨勢。

1 沼氣提純生物天然氣的必要性

1.1 重視度提高及政策指導規范化

我國能源消耗量非常大，石油化工企業在日常生產及管理中針對能源問題及環境問題已經制定了相關應對措施。在臭氧層、酸雨及溫室效應嚴重加劇的情況下，我國提高了沼氣提純技術的利用率。近年來，我國已經推出促進社會可了持續發展及國民經濟中針對能源再生結構及利用形式的改革政策，同時提高了能源清潔化發展的重視度。《天然氣利用政策》在被逐漸落實后，國內很多企業已經針對天然氣分布發表了相關指導性文件，論證了天然氣在我國未來發展中的重視度在不斷提高。另外，沼氣提純制取生物天然氣具有較高的價值及意義，生物天然氣為清潔性非常高的能源類氣體，具備循環及環保性等多項功能，成本相比于其他能源較低。目前，我國制取技術已經非常成熟，同時對其副產品使用率也較高，這對我國未來能源發展價值的提升具有重要意義。2019年底國家發展和改革委員會、國家能源局等十部委聯合印發《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見》支持生物天然氣產業的發展，相信在未來將會有更多的政策出臺指導生物天然氣產業的發展使其更加規模化、規范化。

1.2 溫室效應加劇能源減少

隨著全球溫室效應不斷加重，氣候變暖是所有國家發展過程中必須面對并重視的重難點問題。2007—2009年我國已經針對能源減少及氣候變化等相關項目開展了相關研究，研究結果得出全球溫室氣體中的甲烷所占比例較大，占比為20%。沼氣處理中的污染問題若不能被妥善處理，將會繼續加重溫室效應，進而導致嚴重后果。若通過沼氣提純技術制取生物天然氣6萬m3/d，那么每年溫室氣體中將減少45.8萬t的二氧化碳排放量，因此，通過沼氣提純技術制取生物天然氣在我國能源節約及環境保護中能夠起到非常重要的作用。

1.3 企業競爭力不斷加強

國內外市場經濟競爭力的不斷提升讓我國市場經濟增長速度逐漸加快，成本是現代生產企業競爭力提升的重點內容。除此之外，政府相關政策及補貼工作的不完善，讓企業生產利益逐漸變小。使用沼氣提純制取天然氣技術能夠將企業生產成本降低，并不斷提升市場經濟效益。將產品附加價值提升，這是企業競爭力提升的最佳方式[3]。

2 沼氣提純制取生物天然氣的可行性分析

2.1 政策方面

我國相關政策中體現了對沼氣提純項目的重視度，在能源開發及建設計劃中已針對生物天然氣及生物質能發電相關工作提出了具體要求。同時，國家還制定了沼氣提純項目補貼計劃，部分地區已經按照2500元/m3的補貼標準進行了落實，這對于推動國內生物天然氣企業的發展有著重要的意義。除此以外，在銷售沼氣、天然氣等相關產品時，政府還制定了相關稅務優惠政策，此舉也推動了沼氣提純技術的進一步發展與應用。

2.2 技術方面

國內生物天然氣提純技術起步時間比較晚，與發達國家相比還很滯后。而在歐洲相關國家生物天然氣提純技術應用效率非常高，例如，德國及瑞典等國家，已經將通過沼氣提純制取的生物天然氣占比調整為占總能源的10%。沼氣提純制取技術內容非常豐富，其中包含的技術類型也較多，很多企業已經將這類技術與企業未來的發展方向相結合。其中，沼氣提純制取技術中的加壓水系技術及變壓吸附技術是使用率非常高的兩種技術，在市場上已經被多家企業使用。在國內發展中，沼氣提純技術為一項新技術，主要施工工藝包括脫硫技術、脫水技術及脫碳技術等，在凈化項目及氨氣合成中已經對這幾類技術進行了充分使用。其中，在應用脫硫技術時經常會使用干法及濕法這兩種方式，此外，在脫硫過程中還會使用膜分離技術、變壓吸附技術及加壓水洗技術。目前，這幾類技術已非常成熟，能夠被大型沼氣工程所使用，且工程經驗較多，具備非常高的市場價值。對于脫水技術而言，一般在我國加氣母站中會設置脫水裝置，采用物理吸附脫水方式進行處理，從工程整體應用上進行分析，此類技術已經能夠在大規模沼氣提純制取生物天然氣項目中進行使用，且在市場實際發展中具備非常高的可行性。

3 沼氣提純技術在國內外的應用

3.1 國內企業對沼氣提純技術的應用

目前，相關領域已有效使用了化學吸附及變壓吸附等方式，并引進了商業化設備。水洗法、PSA變壓吸附技術、化學吸收法因為在技術及相關工藝上具備非常強的可行性，使沼氣提純領域在市場上所占據的比例已高于90%，故以上相關技術及工藝受到了國內多數企業的歡迎并應用于企業生產。我國已開展了沼氣提純生物天然氣的相關項目，例如，煙臺雙塔進行了4萬m3沼氣提純項目的建設，龍口煙臺環能公司開展了3萬m3沼氣提純車用燃氣示范項目。與世界較為先進的沼氣提純水平相比，我國不僅在技術研究及設備成套化研究上存在非常大的差距，國內大量中小型企業所使用的沼氣工程成套提純項目與國際相比也存在非常大的差異。2015年沼氣發展進入發展及轉型過程中，國家開始大規模支持生物天然氣項目。其中，2015年完成的項目為25個，2016年完成的項目為22個。沼氣提純制取生物天然氣在近年來發展中不僅有了新的發展機遇，同時也面臨每天生產超1萬m3天然氣及每小時處理沼氣超700m3的巨大工作量，因此項目實施中的水洗技術、變壓吸附技術及化學吸收技術水平等必須與實際發展相吻合。四川某一企業在沼氣提純項目開發中，使用專用吸附劑進行研發，已經解決吸附過程中損失大量甲烷的問題，這一研發能夠降低企業投資成本，并使甲烷回收率高于99%，完全符合沼氣提純的基本需求。

3.2 國外企業對沼氣提純技術的應用

（1）歐洲國家沼氣發展歷史。在國外，沼氣提純生物天然氣技術已經得到廣泛使用，歐洲國家非常重視此技術的發展。2014年國際能源署對歐洲國家沼氣工程項目建設數量進行了統計，其中沼氣工程高達300多個，與2013年相比，增長率為23%。在處理過程中，沼氣提純已經達到31萬m3/h。2014年德國根據企業實際發展，已經增加了87個沼氣提純工廠，增長速度非常快，其次為美國與瑞典這兩個國家，雖然瑞典的生物天然氣消耗量比較小，但提純技術在應用及研究過程中已經成為世界領先國家，其應用領域十分廣泛，尤其是在交通運輸領域，瑞典已經有5萬多輛汽車開始使用生物甲烷。

（2）不同沼氣提純技術的使用。實際使用中的不同沼氣提純技術能夠體現不同使用效果，對歐洲國家、美國、韓國、巴西等37個國家的400多個沼氣提純生物天然氣工廠所使用的提純技術進行統計，統計結果顯示：水洗法的應用比例較大，為35.5%，國家數量為152；膜分離法及化學吸收法所占比例為20.6%，國家數量為88個；PSA變壓吸附法所占實際比例為16.8%，國家數量為72。瑞典沼氣提純生物天然氣使用率最高的技術為加壓水系技術，此技術應用比例為70%。德國在項目建設中，對PSA變壓吸附法有著更為廣泛的使用。全球溫室效應中的氣體有20%來自甲烷，甲烷帶來的溫室效應與二氧化碳相比，為二氧化碳的21倍。沼氣提純制取天然氣能夠對沼氣進行高效使用，具備較強的環保效能及能源效能，發展前景較為廣闊。國外現階段所使用的較為成熟的沼氣提純技術為PSA變壓吸附法、水洗法及化學吸收法、膜分離法。其還能夠根據實際情況進行技術選擇，例如沼氣量比較小時，則使用膜分離法；若處理的沼氣量比較大時，則使用能源消耗量較小的變壓吸附法。

4 結束語

綜上，因為天然氣資源在實際發展中的應用比例非常高，成本較低，并且具備較強的環境保護能力，所以天然氣資源在市場上所占的比例將會得到不斷提升。相關部門對我國2020年天然氣作為汽車主要能源來源的應用比例進行了預測，預計天然氣作為汽車能源使用的數量將會達到千萬輛。與此同時，我國加氣站數量也會隨著汽車能源使用出現的變化不斷增加，這也能夠提升沼氣提純制取生物天然氣的市場價值。在今后發展過程中，相關企業需要不斷研究及發展提純制取技術，在確保天然氣純度的基礎上降低企業提純成本，推動企業可持續發展。