沼氣提純制取生物天然氣發(fā)展前景分析

方 鴿

（開(kāi)封黃河空分集團(tuán)，河南 開(kāi)封 475000）

沼氣是多種氣體的混合物，主要含有甲烷和二氧化碳，甲烷占55%～70%，二氧化碳占30%～45%。沼氣提純制取生物天然氣（以下簡(jiǎn)稱(chēng)沼氣提純）是指利用厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生沼氣，經(jīng)脫硫、脫碳、脫水、加壓等工藝后成為生物天然氣（bio-natural gas，簡(jiǎn)稱(chēng)BNG）進(jìn)行高效利用。為便于貯存和運(yùn)輸，進(jìn)一步壓縮至10～25MPa，即為壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，簡(jiǎn)稱(chēng)CNG）。

聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織的《生物能源戰(zhàn)略（2007）》指出，沼氣可提純?yōu)樯锾烊粴?，并可通過(guò)壓縮制成CNG供車(chē)用。在國(guó)外，沼氣提純制取生物天然氣技術(shù)成熟，已基本實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。瑞典在全球率先開(kāi)發(fā)車(chē)用壓縮天然氣，已有15個(gè)城市完全使用車(chē)用生物天然氣，瑞士、德國(guó)等國(guó)家也建設(shè)了大量的沼氣提純廠(chǎng)和壓縮車(chē)用生物天然氣加氣站［1］。在國(guó)內(nèi)，沼氣資源十分豐富，但利用方式比較傳統(tǒng)，除少數(shù)獲得發(fā)電上網(wǎng)補(bǔ)貼的企業(yè)外，主要為燒鍋爐、發(fā)電自用。近年來(lái)，出現(xiàn)了較多高產(chǎn)量沼氣工程，日產(chǎn)沼氣量達(dá)到10 000～150 000Nm3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于企業(yè)自用所需的氣量，多余沼氣往往通入鍋爐不完全燃燒甚至直接排放，造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。在當(dāng)前節(jié)能減排嚴(yán)峻趨勢(shì)下，沼氣提純生物天然氣是必然的發(fā)展趨勢(shì)。

1 沼氣提純是發(fā)展方向

1.1 符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，是發(fā)展可再生能源、改善能源結(jié)構(gòu)的需要

目前，我國(guó)已成為第二大能源消費(fèi)國(guó)，化石燃料的生產(chǎn)和使用引起嚴(yán)重的溫室效應(yīng)、酸雨、破壞臭氧層等環(huán)境問(wèn)題。《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出，推動(dòng)能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和利用方式變革，推進(jìn)能源多元清潔發(fā)展。繼《天然氣利用政策》實(shí)施后，相關(guān)部門(mén)出臺(tái)了《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見(jiàn)》等一系列政策，表明了中國(guó)政府發(fā)展“氣體能源”，大力推動(dòng)節(jié)能減排和積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的決心和意志。生物天然氣作為一種清潔的氣體能源，以其循環(huán)環(huán)保、變“廢”為“寶”、副產(chǎn)品可利用、成本低廉、技術(shù)成熟易推廣等特點(diǎn)，在補(bǔ)充我國(guó)氣體能源不足方面大有作為。

1.2 減少溫室氣體排放的需要

由于日益嚴(yán)重的全球變暖趨勢(shì)受到世界各國(guó)的重視，溫室氣體減排越來(lái)越緊迫。2007年在印尼巴厘島召開(kāi)的聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)和2009年的G20峰會(huì)都把減少化石能源消耗、發(fā)展可再生能源作為首要任務(wù)。CH4的溫室氣體效應(yīng)可達(dá)CO2氣體的21倍，全球溫室氣體效應(yīng)20%來(lái)自甲烷。如果沼氣得不到有效利用，就會(huì)成為造成溫室效應(yīng)的元兇。以每日利用沼氣提純制取6萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米生物天然氣為例，每年減排溫室氣體排放量相當(dāng)于約45.8萬(wàn)tCO2，可見(jiàn)沼氣提純對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義。

1.3 延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，提升附加值，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力

由于世界經(jīng)濟(jì)增速放緩、國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品市場(chǎng)低迷、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，加之受政策調(diào)整、補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)下降等因素，企業(yè)利潤(rùn)空間受到擠壓。通過(guò)提純制取生物天然氣，可以延長(zhǎng)公司產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，提升產(chǎn)品附加值，是企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段之一。

2 沼氣提純生物天然氣項(xiàng)目建設(shè)的可行性

2.1 政策的可行性

國(guó)家政策和法規(guī)為沼氣提純項(xiàng)目的發(fā)展實(shí)施提供了政策保障和支持。

2.1.1《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中提到，重點(diǎn)發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)燃?xì)狻５?020年底，在沼氣發(fā)電、生物質(zhì)燃?xì)獾确矫?，沼氣綜合利用將達(dá)到440億m3。

2.1.2 國(guó)家對(duì)生物質(zhì)能源建設(shè)項(xiàng)目有項(xiàng)目固定資產(chǎn)投資補(bǔ)助和貸款貼息等扶持方式。

根據(jù)《2015年農(nóng)村沼氣工程轉(zhuǎn)型升級(jí)工作方案》，中央對(duì)符合條件的規(guī)?；锾烊粴庠圏c(diǎn)工程予以投資補(bǔ)助，每立方米生物天然氣生產(chǎn)能力補(bǔ)助2 500元，目前已有部分企業(yè)獲得該補(bǔ)貼［2］。

《關(guān)于印發(fā)《資源綜合利用產(chǎn)品和勞務(wù)增值稅優(yōu)惠目錄》的通知》（財(cái)稅［2015］78號(hào)）明確，利用沼氣生產(chǎn)的燃?xì)庾鳛樯唐穼?duì)外銷(xiāo)售，經(jīng)相關(guān)主管部門(mén)認(rèn)定為資源綜合利用產(chǎn)品，可享受增值稅即征即返的優(yōu)惠政策。

2.2 提純技術(shù)的可行性

沼氣提純?cè)谖鳉W（德國(guó)、丹麥、瑞典等）一些國(guó)家的能源總量的比例為10%左右。沼氣提純技術(shù)，如加壓水洗法、化學(xué)吸收法、變壓吸附法和膜分離法等技術(shù)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化利用，其中加壓水洗法和變壓吸附法歐洲沼氣提純市場(chǎng)使用率最高，各占1/3。

在國(guó)內(nèi)，沼氣提純技術(shù)近幾年逐漸興起，但提純的主要工藝，包括脫硫、脫碳和脫水，在合成氨等工業(yè)氣體凈化項(xiàng)目中早已應(yīng)用廣泛并發(fā)展成熟。脫硫方面，可分為干法和濕法兩大類(lèi)，其中干法以活性炭法和氧化鐵法為主，濕法包括化學(xué)法、物理法和物化法。在硫含量低的情況下采用干法脫硫即可，硫含量高的情況下一般以濕式氧化法為主，并采用干法脫硫加以輔助結(jié)合。脫碳方面，主要有加壓水洗法、變壓吸附法、膜分離法等物理法和MDEA、碳酸丙烯酯等化學(xué)法，其中壓力水洗法和變壓吸附法是較為成熟和穩(wěn)定的工藝，適用于大型沼氣工程，運(yùn)行可靠性高，工程經(jīng)驗(yàn)多，壓力水洗法甲烷回收率更具優(yōu)勢(shì)［4］。脫水方面，在國(guó)內(nèi)的加氣母站均設(shè)有脫水裝置，一般采用物理吸附脫水法。經(jīng)過(guò)上述工藝，可使凈化氣達(dá)到GB17820-2012天然氣（或GB18047-2000的車(chē)用燃?xì)猓?biāo)準(zhǔn)，凈化后的產(chǎn)品氣進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)（或加壓至25MPa對(duì)拖車(chē)加氣）。

3 應(yīng)用實(shí)例

國(guó)內(nèi)目前已建成多個(gè)沼氣提純生物天然氣示范項(xiàng)目，如煙臺(tái)雙塔4萬(wàn)方沼氣提純項(xiàng)目、龍口煙臺(tái)環(huán)能公司3萬(wàn)方沼氣提純車(chē)用燃?xì)馐痉俄?xiàng)目、南陽(yáng)天冠10萬(wàn)方沼氣提純項(xiàng)目等，目前運(yùn)轉(zhuǎn)良好，產(chǎn)品氣供給車(chē)用或燃?xì)夤芫W(wǎng)。煙臺(tái)雙塔和南陽(yáng)天冠沼氣提純項(xiàng)目均被列入國(guó)家科技支撐計(jì)劃“管道并網(wǎng)高純生物燃?xì)饧夹g(shù)集成研究與模式示范”項(xiàng)目。南陽(yáng)天冠10萬(wàn)方沼氣提純項(xiàng)目目前為國(guó)內(nèi)最大。

4 結(jié)語(yǔ)

據(jù)國(guó)家有關(guān)部門(mén)預(yù)測(cè)，截止2020年我國(guó)的天然氣汽車(chē)保有量將達(dá)到1000萬(wàn)輛，而CNG汽車(chē)加氣站的數(shù)量也將以每年20%的速度飛速遞增。建設(shè)沼氣提純項(xiàng)目，產(chǎn)品氣可以送入燃?xì)夤芫W(wǎng)或送至加氣站供給車(chē)用，既可以生產(chǎn)清潔能源，緩解項(xiàng)目所在地區(qū)的環(huán)保壓力，改善環(huán)境狀況，又是企業(yè)一個(gè)新增長(zhǎng)點(diǎn)，可以很好地形成社會(huì)、環(huán)境，企業(yè)經(jīng)濟(jì)、形象的雙重結(jié)合。項(xiàng)目所產(chǎn)生的清潔能源（生物天然氣）可減少社會(huì)發(fā)展對(duì)石油等化石能源的依賴(lài)，并對(duì)節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)，未來(lái)必然有良好的發(fā)展前景。

［1］劉程序，朱萬(wàn)斌.歐盟國(guó)家新興的生物天然氣產(chǎn)業(yè)［J］. 中外能源，2011（6）：22-29.

［2］李國(guó)龍.發(fā)改委農(nóng)業(yè)部聯(lián)合推動(dòng)農(nóng)村沼氣工程轉(zhuǎn)型升級(jí)［N］.農(nóng)民日?qǐng)?bào)，2015-04-22（01）.