新能源科技沼气提纯项目

1.1.3.2 项目投资的必要性及建设意义

1992年瑞典建立的Laholm沼气厂是瑞典首例将生物甲烷并入天然气管网的工厂。到2011年底，我国民用沼气池达到3400多万口，污水处理厂、食品加工厂、酒厂等大中型沼气工程达2500多处，年产沼气总计超过180亿m³，对比我国2011年天然气用量1120亿m³，这部分能源相当可观。目前，大量的沼气利用还是以低品位的热利用为主，随着集中式沼气工程不断发展，沼气提纯和发电等能量利用率更高，能量输出更多。

沼气的主要利用方式有：①直接民用取暖、照明和炊事等②直接燃烧产生蒸汽，用于工业供热③内燃机发电上网④经净化提纯后并入天然气管网或用作车用燃料等。在我国农村，沼气工程由于规模小、技术落后，基本以直接燃烧供暖、炊事等低端利用方式为主；而一般的大型污水处理厂和垃圾填埋厂等产生的沼气，一般就地燃烧供热或直接火炬燃烧。沼气供应具有非常强的区域性，输送距离有限，实际利用效率较低；另外沼气发电工程需额外负担昂贵的上网费用，再加上发电输出效率较低，因此，我国一般的沼气发电项目都很难单独盈利。沼气通过提纯制取天然气，不仅能增加燃烧的热值，还能减轻环境污染，是一种较好的沼气利用方式。各种方式的能量利用情况比较如图1.1.3-1所示。

由图1.1.3-1可知，沼气提纯净化能量损失最小，且得到的可输送能量最多。相比其他几种沼气利用方式，将沼气提纯后作为燃气或者汽车燃料等可实现沼气的高效利用，是最有前景的一种利用方式。

图1.1.3-1 沼气能量的利用情况

天然气主要成分为甲烷，是一种无色、无味、无腐蚀性气体，它是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，比重轻于空气，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易聚积成爆炸性气体，安全性较高。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而能大大改善环境污染问题；天然气作为一种洁净环保的优质能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。

将沼气通过提纯制取的天然气与未经处理的沼气相比有以下几个方面的优点：①沼气中甲烷含量为45%～60%，而通过提纯制取的天然气甲烷含量在97%以上，因此天然气燃烧起来火力要强，能源利用率高；②沼气中含有硫化氢气体，直接用于燃烧会产生二氧化硫，排放后对环境造成较严重的污染，而天然气基本上不含有硫化氢，属于清洁燃料；③沼气中二氧化碳含量在40%左右，二氧化碳的存在有灭火阻燃的作用，在燃烧时会降低燃烧热的利用率、降低火焰温度、降低燃烧室的容积利用率，导致燃烧放热过程的成本增加。

沼气回收提纯后完全可以达到天然气的标准，甚至可以达到并超过车载天然气的标准，可以缓解能源危机，通过脱硫脱碳可以减少大气的污染，减少废气的排放。

为了缓解国内天然气供应不足，我国LNG进口量正在不断增加。2011年我国进口了天然气约合280亿m³，相当于2011年全国天然气总消费量的近21.5%。随着中亚天然气管道、西气东输二线西段的投产运营以及我国液化天然气项目的加速发展，预计未来我国天然气进口量将有较大幅度的增长。

随着居民生活水平提高，对清洁能源需求增加，中国天然气需求将继续旺盛。未来中国将形成国产气为主，进口气为辅的多气源资源保障体系，国内天然气供应将呈现西气东输、北气南下、就近供应以及海气登陆四大格局。到2020年，我国天然气市场需求有望达到2000亿m³，占整个能源构成的10%。天然气工业发展前景广阔。

综合来说，在当前节能减排的严峻形势下，由于天然气的碳排放低于煤炭和石油，是替代煤炭和石油类高碳排放能源的较理想的过渡性能源，战略意义日益突出。从国家对新能源规划情况看，规划中将煤炭能源占比由70%降低到63%，降低了7个百分点，而天然气的规划占比增长了4.4个百分点，绝对百分数来说是目前3.9%的一倍多，而相对来说将占据由从煤炭能源转化而来的62.9%的份额。可以说，天然气将成为我国工业化中后期的重点应用能源之一。

4.1.1回收综合利用工艺选择的理由

沼气中成分较多较杂，有一些气体夹杂在沼气中在应用过程中对工艺、设备、环境都将造成一定的影响，如硫化氢、二氧化碳等。沼气中的硫化氢是一种可燃性无色气体，常温下为无色有臭鸡蛋气味的气体，有剧毒，密度比空气大，溶于水后的水溶液为氢硫酸，氢硫酸对钢铁有较大的腐蚀作用，对与之接触的输送管道和使用机械的使用寿命具有较大影响。而且硫化氢在燃烧过程中产生二氧化硫

对人的身体和环境的危害较大，因此沼气在使用过程中应除去硫化氢；沼气中的二氧化碳是一种无色无味气体，溶于水形成碳酸，对金属有腐蚀作用。二氧化碳有灭火阻燃作用，常用作灭火剂，在以燃烧放热或以燃烧做功为目的的系统中，二氧化碳的存在通常会降低燃烧热的利用率、降低火焰温度、降低气缸容积利用率，导致放热或做功过程中成本增加。因此在这类气体的使用过程中，只有将二氧化碳降低到较低的含量，才能达到使用要求，提高设备效率，降低使用要求，因此在沼气提纯中须进行脱碳处理。通过对沼气的脱硫脱碳处理后，沼气的使用价值能在原有基础上提高20%左右，可给企业带来很好的经济效益和社会效益。

4.1.2 脱硫工艺技术方案的比较和选择

4.1.2.1 国内外技术概况

目前，国内外处理沼气脱硫的方法很多，依其弱酸性和强还原性而进行脱硫可分为干法和湿法。干法是利用硫化氢的还原性和可燃性，以固体氧化剂或吸附剂来脱硫或直接燃烧，其中包括克劳斯法、氧化铁法、活性炭法和卡太苏耳弗法等。湿法按其所用的不同脱硫剂分为液体吸收法和吸收氧化法两类。液体吸收法中有利用碱性溶液的化学吸收法和利用有机溶剂的物理吸收法，以及物理化学吸收法。吸收氧化法主要利用各种氧化剂、催化剂进行脱硫。

4.1.2.2 工艺技术方案的比较

1、湿法脱硫

湿法脱硫可以归纳分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法三种。采用碳酸钠、氨水和醇胺溶液等吸收硫化氢的为化学吸收法；用冷甲醇吸收硫化氢的为物理吸收法；采用碱性溶液为吸收剂，并加入载氧体为催化剂，吸收硫化氢，并将其氧化成单质硫的方法为氧化法，此法采用溶液吸收，且具有氧化再生的特点，故此脱硫方法也称为湿式氧化法。以上三种脱硫的方法中，物理吸收法和化学吸收法存在硫化氢再处理问题。

目前湿式氧化法技术成熟可靠，脱硫效率可达99.5％以上。国内湿式氧化法主要以改良ADA法、栲胶法、PDS法等为代表。

（1）改良ADA法：又称改良蒽醌二磺酸法，是成熟的氧化脱硫法，脱硫率可达99.5%以上。其主要反应如下：

脱硫塔中的反应：以PH=8.5～9.2的稀碱液吸收硫化氢生成硫氢化物。

Na2CO3+H2S NaHS+NaHCO3 硫氢化物与偏钒酸钠反应生成元素硫：

2NaHS+4NaVO3+H2O Na2V4O9+4NaOH+2S 氧化态ADA氧化焦性偏钒酸钠生成偏钒酸钠：

Na2V4O9+2ADA（氧化态）+2NaOH+H2O 4NaVO3+2ADA（还原态）

再生过程中的反应：还原态ADA被空气中的氧氧化成氧化态，然后溶液用泵送入吸收塔循环使用。

2ADA（还原态）+O2 2ADA（氧化态）+2H2O

改良ADA溶液组分中，碳酸钠（Na2CO3）作吸收剂，ADA为析硫的载氧体，