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靳红燕：有机废弃物厌氧发酵（消化）未来路之：沼气利用

2022-12-26 09:27| 发布者: admin| 查看: 101| 评论: 1

摘要: 我在《有机废弃物厌氧发酵（消化）未来路之：初识沼气》中，介绍了沼气的基本特性。我们知道了沼气是非常好的能源物质，可以用来烧锅炉、发电、提纯生物天然气或者重整制氢。在《有机废弃物厌氧发酵（消化）未来路之 ...

我在《有机废弃物厌氧发酵（消化）未来路之：初识沼气》中，介绍了沼气的基本特性。我们知道了沼气是非常好的能源物质，可以用来烧锅炉、发电、提纯生物天然气或者重整制氢。在《有机废弃物厌氧发酵（消化）未来路之：沼气提纯》中，介绍了沼气净化的相关内容。我们知道了沼气在利用之前还需要去除水蒸气、硫化氢、粉尘颗粒等杂质。本文终于可以来谈谈沼气工程领域最重要的一块，就是“沼气利用”。有机废弃物从原料收储运，到预处理，到厌氧发酵（消化），再到沼气净化，折腾半天，最想得到的当然就是如何将沼气“高值变现”。本文我就展开说说各种利用方式的具体利用方法
1沼气利用方式选择
我在《有机废弃物厌氧发酵（消化）未来路之：初识沼气》中介绍了目前沼气的4种利用方式，沼气烧锅炉、沼气发电、沼气提纯生物天然气和沼气重整制氢，也说了各种利用方式的优缺点。但还是有很多人不清楚到底竟如何选择。不知如何选择，最根本的原因是不知道选择标准是什么。一般选择标准有两点，首先是产品出路稳定可靠，这是是最重要的，也就是说产品要能出的去，才有生产的价值。产品能否出去应进行调研。如项目想供热，就需要调研项目周边是否有稳定的用热客户，还要确认对方可以接收；如项目想发电并网，就要去落实项目有无并网条件，且能否拿到并网许可证；如果想提纯天然气，就要去调研当地天然气市场情况。另一个选择标准是投资收益最大化。如经过调研，项目周边条件较好，多种方式均可采用，那就需要核算项目的投资收益情况，择优选择。根据这两个标准，我列了一个选择建议表，供大家参考。

2沼气发电
（1）有机废弃物沼气发电工艺设计思路典型有机废弃物厌氧发酵产项目，沼气发电工艺流程可参见图2。厌氧发酵产出沼气之后，先进行净化和储存，再进入沼气发电系统产生电能，同时回收余热返回预处理系统和厌氧发酵系统。如果余热不够，还需要配套沼气锅炉进行产热（即使余热够用，一般锅炉也都是要上的，用于调试期间及发电机检修期间供热）。同时还应设置应急火炬，用于沼气净化系统或者沼气利用系统故障时，沼气的应急处理。沼气发电技术较为成熟，发电机组有进口的，也有国产的。国产机组相对投资较低，但是发电效率也较低（进口发电机发电效率35%~40%，国产发电机组发电效率25%~35%）。如果发电量较大，电能可成为项目主要收益来源，建议选择进口发电机组。如果项目投资紧张，且发电量较小，可以选择国产发电机组。沼气发电系统主要由沼气发电机组、余热回收装置、烟气净化装置组成。发电机以沼气为燃料，一部分热能转化成电能输出，可以用于项目自身或并入电网。还有一部分热能，会通过发动机机体和烟气散发出来（约为总热量的50%~60%），因此可对这部分热能进行回收。回收的热量可用于前端工艺（预处理加热和厌氧罐保温），如果热量不够，可通过沼气锅炉进行补充。发电机组产生的烟气回收完热量之后，进入烟气净化系统，去除烟气中的氮氧化合物，净化后的烟气进行高空排放。

图1 有机废弃物沼气发电工艺流程图
（2）沼气发电机选型建议
沼气发电机设计及选型可参考《中大功率沼气发电机组》(GBT29488-2013)、《沼气发电机组》（NY/T 1223-2006）、《沼气电站技术规范》(NY/T1704-2009) 等标准和规范，本文不展开论述。大家最关心的装机功率计算方法可参考下列公式：

注：本公式引自《沼气电站技术规范》(NY/T1704-2009)；沼气低热值，可用纯甲烷低热值与沼气甲烷含量相乘进行粗略推算；发电机组热效率需要询问发电机厂家。

3沼气提纯
（1）有机废弃物沼气提纯工艺设计思路另一种常见的沼气利用方式是提纯天然气。该方式是把沼气中CO2通过高压水洗、变压吸附、膜分离等技术进行去除，从而将沼气制成CH4纯度更高的生物天然气。制出的生物天然气可经过压力调节后接入城市输气网，也可以压缩后制成车用燃料（CNG），或者制成液化天然气（LNG）出售。由于厌氧项目肯定需要热量，所以项目一般还要配套沼气锅炉，一部分沼气用于锅炉，剩余沼气可全部用于沼气提纯。同时还应设置应急火炬，用于沼气净化系统或者沼气利用系统故障时，沼气的应急处理。

图2 有机废弃物沼气提纯工艺流程图
（2）沼气提纯技术比较我给出了常用的沼气提纯脱碳的方法原理及优缺点（详见图3），同时摘取了《生物天然气工程技术规范》（NYT3896-2021）中，对各种方法的参数对比表，大家可以参考。目前这些技术在国外都有较多应用，国内应用比较多主要是变压吸附和膜法。

图3 常用的沼气脱碳提纯的方法原理及优缺点

注：此表引自《生物天然气工程技术规范》（NYT3896-2021）
（3）产品标准
产品气应符合《生物天然气》（GB/T41328-2022）中的要求。如压缩制CNG，还需符合《车用压缩天然气》（GB 18047-2017）。
4沼气重整制氢
（1）有机废弃物沼气重整制氢工艺思路随着我国双碳计划的提出，氢能变得越来越热，因此沼气重整制氢近几年也被越来越多的提出，同时也有部分项目开始实践。沼气重整制氢，也有多种技术。目前用的最多的还是先将沼气进行脱碳提纯，提纯后的气体再进行重整制氢，重整后的混合气体再进行提纯，最终得到纯度较高的氢气。也有学者提出沼气直接重整制氢，即省去沼气脱碳提纯这一步，从技术层面说也是可以的。不过目前我国氢能的应用场景还未构建完全，直接用沼气重整制氢，具有一定的市场风险。从项目规划的角度看，如果是沼气提纯后再制氢，可以先预留制氢场地，后期等氢能有应用场景了再上。锅炉和应急火炬设计思路同沼气提纯工艺。

图4 有机废弃物沼气提纯工艺流程图
（2）沼气重整制氢技术简介
沼气重整制氢技术主要有水蒸气重制氢法、干重整法、部分氧化重整法、自热重整法、催化裂解法、化学链重整法等，目前最常用的是蒸汽重整法。由于我对沼气重整制氢技术了解也不够深入，因此本文只能做一个粗略总结，供各位参考。

图5 主要沼气重整制氢技术原理及优缺点
结语：本文暂且写到这里，主要是从利用方式选择和整体工艺设计的角度进行了简单介绍。本文如有信息不准确的地方，欢迎留言或私信交流，将不胜感激！本期文章封面及头图由热心读者提供，非常感谢！
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