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沼气提纯技术全球扫描

来源:宇墨Umore 作者:宇墨智库-许颖 人气: 发布时间:2019-07-03 14:32:22

(“本文经微信公众号“宇墨Umore”(微信号:umoregroup)授权转载”)

生物质能是全球继石油、煤炭、天然气之后的第四大能源。截至2015年,全球沼气产量约为570亿立方米,其中德国沼气年产量超过200亿立方。随着沼气产业在全球逐步实现规模化、产业化、市场化、及用途高值化,通过规模化大型沼气工程产生的沼气,直接用于发电或是通过沼气提纯工艺制成生物天然气(BNG)后并入天然气管网、车用燃气或工商企业用气,是实现沼气高值高效利用的未来方向之一,比如瑞典的生物天然气满足了全国30%车用燃气需求。同时,在沼气提纯的过程中捕捉CO2, 也可以降低温室气体排放。预计到2020年我国沼气利用量将达到440 亿m3,可以预测沼气提纯技术将会成为沼气产业化发展的关键技术之一。因此本文在对沼气市场现状及发展前景进行一些分析的基础上,对全球范围的一些拥有沼气提纯关键技术的企业也进行介绍,望能够给相关从业人员提供些参考。

沼气提纯技术全球扫描

01沼气产业市场现状

随着国内大力鼓励和支持发展可再生能源,生物质能发电投资热情迅速高涨,各类农林废弃物发电项目纷纷启动建设。2011-2017年我国沼气发电市场规模实现了跨越式增长,2011年的市场规模仅为7.89亿元左右,到2017年行业市场规模增长至18.12亿元。据前瞻产业研究院统计,截至2017年年底,全国已投产生物质发电项目744个,累计装机容量为1476万千瓦。其中,沼气发电项目136个,累计装机容量为50万千瓦,占全国生物质发电的18%。

目前,我国已经制定了一系列有利于沼气产业发展的法律、政策和中长期发展规划。2003年-2016年,中国投入上千亿元支持沼气产业发展,其中中央投资超过400亿元。中国在小型沼气技术方面走在了世界前列,但是在大型沼气工程及沼气提纯技术方面与发达国家还有差距,国内沼气的用途以锅炉自用为主,利用价值较低。目前我国沼气产量达160 亿m3 左右,如经提纯可取代全国天然气消费量13%左右。采用沼气提纯工艺不仅能极大地降低碳排放量对温室效应的影响,还能通过能量的回收替代传统能源,具有理想的碳减排效益。我国《可再生能源中长期发展规划》将沼气作为重点发展领域,预计到2020 年沼气利用量将达到440 亿m3,生物天然气将会有很大的发展空间。

未来发展

政策激励和持续投资增长是促进生物天然气产业发展的关键因素。

2017年1月,国家发改委农业部发布的全国农村沼气发展 “十三五” 规划明确了到2020年全国规模化生物天然气工程达到197处,累计增量172处;规模化大型沼气工程由6972处增至10122处;沼气总产量由158亿立方米增至207亿立方米,年增速5.6%。同时,“十三五” 期间农村沼气工程总投资500 亿元,其中:规模化生物天然气工程181.2 亿元,规模化大型沼气工程133.61 亿元,中型沼气工程91 亿元,小型沼气工程59 亿元,户用沼气33.3亿元,沼气科技创新平台1.89 亿元。

除此之外,中国政府在产业、财税、土地等政策方面,持续出台多项具体政策支持生物质能及生物天然气发展。在产业方面,中国政府对每立方米生物天然气生产能力补助2500元,沼气发电享受无歧视电网接入服务并享受上网电价优惠政策等;在财税方面,中国政府对以畜禽粪便、餐厨垃圾等产生的沼气为原料生产的电力、热力、燃料,实行增值税即征即退政策等。

从成本结构上来看,作为沼气发电产业中的一个重要环节,沼气提纯生物天然气存在很大的前景。沼气提纯的成本主要来源于原料成本,大概在1.3元/m3左右,加上能耗和人工费用,总成本在1.8元/m3左右,而天然气价格在2.3元/m3。因此如果加上政府补贴,从企业的角度,沼气提纯项目应该会有不错的现金流。

综上分析,我国沼气提纯生物天然气发电产业起步较晚,与发达国家相比还存在一定的差距。然而,在生态能源的压力及政策的刺激下,可以肯定的是,我国生物天然气产业在未来5年市场空间巨大,在这个过程中从业企业如何解决技术、管理、运营方面的问题则显得至关重要。

02沼气提纯技术介绍

沼气是一种混合气体,成分较复杂,不同的原料、发酵条件、发酵工艺和发酵阶段所产生的沼气成分不尽相同,体积组成大致为: 甲烷 ( CH4 ) 50%~ 75%,二氧化碳 ( CO2 ) 25% ~45%,水 ( H2O,20 ~ 40 ℃下) 2% ~7%, 0~6000 mg/m3 硫 化 氢 ( H?S),以及少量N2,O2和H2。根据国家标准需要通过净化提纯工艺达到含甲烷 95% ~ 97% ,用作车用燃气,或并入天然气管网,是将沼气高热值利用、发挥更大经济价值的重要方向。沼气提纯主要工艺过程包括干燥(去除水)、脱硫(去除H2S)和脱碳(去除CO2),通常沼气在干燥脱硫处理之后,进入脱碳提纯工艺。目前,国外商业化应用的沼气提纯方法主要有高压水洗法、物理吸收法、化学吸收法、膜分离法、低温深冷法 、和变压吸附法。

表1  常见脱硫技术优缺点分析

数据来源:Olumide Wesley Awe, et al. Waste Biomass Valor (2017) 8:267?283.

表2  常见脱碳技术优缺点分析

数据来源:Olumide Wesley Awe, et al. Waste Biomass Valor (2017) 8:267?283.

重点技术及相关海外企业介绍

03生物脱硫工艺

生物脱硫工艺是20 世纪80 年代发展起来的替代传统脱硫方法的新工艺,它是在时宜的温度,湿度,pH 值,营养物和微氧条件下,利用微生物( 如氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌、脱氮硫杆菌、排硫硫杆菌、光合脱硫细菌、硫杆菌、无色硫细菌等) 的生命活动将污染物转化为对人体健康和生态环境无害的化合物。

Paques

荷兰 | 1960

THIOPAQ®生物脱硫工艺

THIOPAQ®由Paques与大学,研究机构和客户合作开发。它可以应用于含有H?S的各种沼气,并可与所有生物厌氧系统结合使用。THIOPAQ®洗脱塔中的碱性溶液可连续进行生物再生。在洗脱塔中,含有H2S的气体与洗涤水接触。在弱碱性条件(pH 8-9)下H2S能够与氢氧根离子发生化学反应。随后洗脱塔中使用的氢氧化物在生物反应器中再生。该系统实现非常高的H2S去除效率,超过99.5%。少量废液主要包含钠盐,不含硫化物,可直接排放,生产的元素硫可用作优质肥料。

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