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摘 要：沼气是一种重要的可再生能源，其主要成分为甲烷和二氧化碳，还含有少量的水、硫化氢、氧气、氮气等杂质。通过对沼气进行净化和提纯，制取可以替代天然气的高品质生物甲烷。本文对沼气净化与提纯的的相关技术进行了介绍和比较，确定了在我国沼气净化提纯技术主要发展方向。
关键词：沼气；净化提纯；化学吸附法；变压吸附法
1 概述
由于全球化石原料面临枯竭，对生物质燃料的开发和应用已经成为各国热点。大型沼气工程的快速发展，也将沼气脱硫脱碳净化作为高附加值生物燃气的需求日益迫切，沼气净化提纯技术得到了不同程度的应用和发展，如变压吸附、物理吸收、化学吸收法、膜分离法等一些净化技术被广泛应用，通过对沼气净化提纯，去除沼气中的杂质（CO2、水蒸气、硫化氢），将提高净化后的甲烷气体浓度和燃烧热值，即可替代天然气用作城市管道燃气或者用作车用燃气，大大提高了沼气工程的经济效益和沼气深度利用前景。
2 沼气净化提纯技术现状
沼气的主要成分为CH4（40～75%）、CO2（15～60%），以及少量的水、硫化氢、氧气和氮气等。由于沼气中的CO2浓度很高，在高端应用方面受限，大规模的储存运输并不经济，国外前些年绝大多数沼气工程生产的沼气均用作热电联产（CHP），近年来才加快了沼气净化提纯方面的建设及应用，全世界已有100多处工程应用实例，仅德国近三年就建设了30多家沼气净化提纯燃气工厂。沼气净化提纯工艺技术已经发展了十几年，形成了一系列非常成熟的技术。同时，国内也开始了沼气净化提纯的研究与发展，也有很多工程实例，其中以安阳中丹生物质能源公司大型车用沼气工程为主要代表，实现了沼气净化提纯作为车用燃料使用。
3 沼气净化提纯技术
目前沼气提纯工艺主要有变压吸附、物理吸收、化学吸收法、膜分离法等多种方法。
3.1 变压吸附法
变压吸附法（简称PSA）是在加压条件下，使二氧化碳吸附在活性炭、分子筛等吸附剂表面实现气体分离脱除二氧化碳，它有如下优点：a.产品纯度高；b.一般可在室温和不高的压力下（800kpa左右）工作，床层再生时不用加热，节能经济；c.设备简单，操作、维护简便；d.连续循环操作，可完全达到自动化；e.无废水产生，环保性能好。硫化氢的存在会导致吸附剂永久性中毒，且变压吸附要求气体干燥，因此，在变压吸附前之前要脱除硫化氢和水。
3.2 压力水洗法
该法脱除CO2是物理吸收过程，根据沼气中主要组分CH4和CO2在水中溶解度不同实现其他分离，在整个过程温度变化不大的条件下，CH4在水中的溶解度随压力变化不大，CO2和H2S在较高压力下水中的溶解度大，在较低压力情况下因CO2和H2S在水中的溶解度小而释放出来，从而实现对CO2分离完成沼气净化提纯。
3.3 化学吸收法
CO2在常温常压下极易溶于化学吸收液（贫液）中形成富液，富液在高温下，CO2又很容易被解析出来，从而实现CO2的分离达到沼气净化的目的。化学吸收法对CO2和CH4气体的选择性很强，溶液与CO2等酸性气体反应迅速，但与CH4气体不发生化学反应，该法具有CH4气体纯度高、损失率小、成本低、吸收量大、吸收效果好、溶剂可循环使用等特点。
3.4 膜分离法
膜分离法利用渗透膜对不同气体的选择性能差异，将甲烷和CO2等气体分离，即在0.36MPa下CO2气体不能通过渗透膜，而甲烷能通过，使甲烷的纯度达到96%左右，实现甲烷和CO2气体的分离。由于膜分离成本高，因此目前应用不多。
3.5 几种主要技术工艺比较
表1为目前国际上使用较多的几种净化提纯工艺的参数对比，根据工程现场的具体情况，可以选择满足其條件的净化提纯工艺，通常来说变压吸附、压力水洗和化学吸收法是三种比较成熟和稳定的技术，目前在国外都得到了较为广泛的应用，在国内已开展相关研发应用和探索。
主要几种技术工艺对比分析：
（1）从提纯后甲烷的纯度对比分析可以看出：化学吸收法比变压吸附法和压力水洗法提纯后的甲烷纯度高。
（2）从甲烷损失率对比分析可以得出：变压吸附法以及Genosorb法对甲烷的损失率较大，以及化学吸收法甲烷损失率较小。
（3）从系统运行可靠性对比分析得出：变压吸附法和压力水洗法运行可靠性高于化学吸收法。
（4）从适合沼气提纯规模分析：变压吸附法和压力水洗法适合大型沼气工程，而化学吸收法适合于中小型沼气工程。
结束语
沼气净化提纯生产生物甲烷，是极具开发前景的一种生物质产业，将节约和替代大量化石能源，减少污染物和温室气体排放，会有力地推进经济和社会的可持续发展。因此，通过对各项工艺技术指标的对比以及我国沼气工程发展现状分析，沼气净化提纯技术主要以化学吸附法和变压吸附法为主要发展方向。
参考文献
[1] 江浩，吴全贵，周红军.沼气净化提纯制生物甲烷技术与应用[J].沼气工程与技术，2013，8.
[2] 赵明，刘林.国内外沼气净化提纯技术应用现状[J].沼气工程与技术，2012，3.
关键词：沼气；净化提纯；化学吸附法；变压吸附法
1 概述
由于全球化石原料面临枯竭，对生物质燃料的开发和应用已经成为各国热点。大型沼气工程的快速发展，也将沼气脱硫脱碳净化作为高附加值生物燃气的需求日益迫切，沼气净化提纯技术得到了不同程度的应用和发展，如变压吸附、物理吸收、化学吸收法、膜分离法等一些净化技术被广泛应用，通过对沼气净化提纯，去除沼气中的杂质（CO2、水蒸气、硫化氢），将提高净化后的甲烷气体浓度和燃烧热值，即可替代天然气用作城市管道燃气或者用作车用燃气，大大提高了沼气工程的经济效益和沼气深度利用前景。
2 沼气净化提纯技术现状
沼气的主要成分为CH4（40～75%）、CO2（15～60%），以及少量的水、硫化氢、氧气和氮气等。由于沼气中的CO2浓度很高，在高端应用方面受限，大规模的储存运输并不经济，国外前些年绝大多数沼气工程生产的沼气均用作热电联产（CHP），近年来才加快了沼气净化提纯方面的建设及应用，全世界已有100多处工程应用实例，仅德国近三年就建设了30多家沼气净化提纯燃气工厂。沼气净化提纯工艺技术已经发展了十几年，形成了一系列非常成熟的技术。同时，国内也开始了沼气净化提纯的研究与发展，也有很多工程实例，其中以安阳中丹生物质能源公司大型车用沼气工程为主要代表，实现了沼气净化提纯作为车用燃料使用。
3 沼气净化提纯技术
目前沼气提纯工艺主要有变压吸附、物理吸收、化学吸收法、膜分离法等多种方法。
3.1 变压吸附法
变压吸附法（简称PSA）是在加压条件下，使二氧化碳吸附在活性炭、分子筛等吸附剂表面实现气体分离脱除二氧化碳，它有如下优点：a.产品纯度高；b.一般可在室温和不高的压力下（800kpa左右）工作，床层再生时不用加热，节能经济；c.设备简单，操作、维护简便；d.连续循环操作，可完全达到自动化；e.无废水产生，环保性能好。硫化氢的存在会导致吸附剂永久性中毒，且变压吸附要求气体干燥，因此，在变压吸附前之前要脱除硫化氢和水。
3.2 压力水洗法
该法脱除CO2是物理吸收过程，根据沼气中主要组分CH4和CO2在水中溶解度不同实现其他分离，在整个过程温度变化不大的条件下，CH4在水中的溶解度随压力变化不大，CO2和H2S在较高压力下水中的溶解度大，在较低压力情况下因CO2和H2S在水中的溶解度小而释放出来，从而实现对CO2分离完成沼气净化提纯。
3.3 化学吸收法
CO2在常温常压下极易溶于化学吸收液（贫液）中形成富液，富液在高温下，CO2又很容易被解析出来，从而实现CO2的分离达到沼气净化的目的。化学吸收法对CO2和CH4气体的选择性很强，溶液与CO2等酸性气体反应迅速，但与CH4气体不发生化学反应，该法具有CH4气体纯度高、损失率小、成本低、吸收量大、吸收效果好、溶剂可循环使用等特点。
3.4 膜分离法
膜分离法利用渗透膜对不同气体的选择性能差异，将甲烷和CO2等气体分离，即在0.36MPa下CO2气体不能通过渗透膜，而甲烷能通过，使甲烷的纯度达到96%左右，实现甲烷和CO2气体的分离。由于膜分离成本高，因此目前应用不多。
3.5 几种主要技术工艺比较
表1为目前国际上使用较多的几种净化提纯工艺的参数对比，根据工程现场的具体情况，可以选择满足其條件的净化提纯工艺，通常来说变压吸附、压力水洗和化学吸收法是三种比较成熟和稳定的技术，目前在国外都得到了较为广泛的应用，在国内已开展相关研发应用和探索。
主要几种技术工艺对比分析：
（1）从提纯后甲烷的纯度对比分析可以看出：化学吸收法比变压吸附法和压力水洗法提纯后的甲烷纯度高。
（2）从甲烷损失率对比分析可以得出：变压吸附法以及Genosorb法对甲烷的损失率较大，以及化学吸收法甲烷损失率较小。
（3）从系统运行可靠性对比分析得出：变压吸附法和压力水洗法运行可靠性高于化学吸收法。
（4）从适合沼气提纯规模分析：变压吸附法和压力水洗法适合大型沼气工程，而化学吸收法适合于中小型沼气工程。
结束语
沼气净化提纯生产生物甲烷，是极具开发前景的一种生物质产业，将节约和替代大量化石能源，减少污染物和温室气体排放，会有力地推进经济和社会的可持续发展。因此，通过对各项工艺技术指标的对比以及我国沼气工程发展现状分析，沼气净化提纯技术主要以化学吸附法和变压吸附法为主要发展方向。
参考文献
[1] 江浩，吴全贵，周红军.沼气净化提纯制生物甲烷技术与应用[J].沼气工程与技术，2013，8.
[2] 赵明，刘林.国内外沼气净化提纯技术应用现状[J].沼气工程与技术，2012，3.