沼气回收纯化方法有哪些

沼气来源于有机物的无氧分解与发酵，具有来源广泛且总量庞大的特点。

对沼气的回收再利用，主要是对沼气中的主要成分——甲烷（占比35-65%）的提纯再利用；在该过程中，需要去掉沼气中的杂质与CO₂，让甲烷浓度升高到能够符合天然气标准或车用燃气标准（CH₄ > 95%或97%），提纯后的甲烷可以再生能源的身份代替传统天然气。

事实上，伴随着各国对于“低碳可循环”生产目标的积极响应，加速推进生物沼气向生物甲烷的升级转化，已然成为国际间的广泛共识。

沼气的提纯步骤含脱硫、脱氧、脱水、脱碳和脱氮等多个环节，每个环节可以用到的方法如下；

1、脱硫

生物脱硫

将少量空气（约2-6%）注入沼气管道或生物脱硫塔中，利用好氧微生物将H₂S氧化成单质硫（S）或硫酸盐（SO₄²⁻）。

干法脱硫

让沼气通过装有氧化铁或氧化锌填料的吸附塔。将H₂S反应生成硫化铁或硫化锌。

湿法脱硫

使用氢氧化钠（NaOH）或胺液等碱性溶液吸收H₂S。吸收液可化学再生，并可回收硫磺。

物理吸收

使用聚乙二醇等有机溶剂在高压下吸收H₂S，降压后释放。

上述方法中，生物脱硫是目前的主流技术，也是低成本的环保技术。干法脱硫法所需要的设备简单、投资低，适用于中小规模、H₂S浓度不高的场景。湿法脱硫法处理效率高，适用于大规模、H₂S浓度高的沼气工程。

2、催化脱氧

利用催化剂（通常是贵金属，如钯、铂），使沼气中的微量氧气（O₂）与甲烷（CH₄）或氢气（H₂）发生反应，生成二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）。

主要反应：

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O 

2H₂ + O₂ → 2H₂O （若额外加入氢气，反应会更容易进行）

该方法需要在200-500°C下进行，能将氧气浓度降至10 ppm以下，是化工和天然气领域中成熟的脱氧技术。但它会损失一部分甲烷，并产生额外的CO₂和水；且催化剂价格较高，对前置脱硫环节要求也很高。

3、脱水

冷凝法脱水（最常用）

通过冷凝器降低沼气温度，使水蒸气凝结分离。这种方式又分间接冷却和直接冷却2种；

间接冷却：使用换热器，能耗较低。

直接冷却：通过冷冻水或制冷剂直接接触冷却，脱水效率更高。

吸附法脱水

采用TSA变温吸附工艺进行脱水，在一定的吸附压力条件下，常温原料气通过吸附塔，原料气中的水汽被吸附剂吸附。当吸附剂达到饱和后，会对吸附剂做加热再生，待吸附剂再生完成，再进到下个吸附周期。

4、脱二氧化碳

变压吸附脱碳

利用二氧化碳、硫化氢等杂质气体与甲烷在特定吸附剂（如活性炭、沸石分子筛）表面的吸附能力差异，再加压吸附，杂质被吸附剂捕获，甲烷通过。当吸附剂饱和后，通过降压解吸让杂质脱附，使吸附剂再生，待再生完成后，就可以进入到下一轮的变压吸附循环。

膜分离脱碳

利用不同气体组分在膜材料中溶解和扩散速率的差异来实现分离效果，这种方式启停快，能耗低。

上述两种方法对进料气的预处理要求高，需深度脱硫、脱水以及杂质，以免损伤膜或者吸附剂。另外，在脱碳过程中会造成少量甲烷损失，特别是膜分离脱碳需要通过多级膜设计来缩小损失；吸附剂和膜都有使用寿命，需到期更换。

5、脱氮

变压吸附脱氮

利用不同气体组分（氧、氮）在吸附剂（如碳分子筛、沸石分子筛-如Li-LSX）上吸附能力的差异来实现分离。变压吸附脱氮技术可同时脱除CO₂、O₂、H₂O和部分N₂，产品气甲烷纯度可达96%-99%。

如何构建最优工艺链

如何选择最优沼气回收纯化方案，需要通过详细的技术经济比较来确定；

● 分析诊断： 充分了解原料气成分，明确产品规格。

● 确定核心： 根据处理规模、投资与运行成本，确定脱碳（如PSA或膜分离）这一核心环节的技术路线。

● 设计预处理： 根据核心技术的需求，设计前置的脱水、脱硫方案。

● 评估后处理： 检查是否需要脱氧、脱氮。若沼气来自垃圾填埋场，氧氮问题往往更突出。

● 全局优化： 审视整个流程的协同性，例如脱硫放在脱水前可以防止管道腐蚀；压缩后的热量可用于再生工序等。