从除湿到硅氧烷:帕克沼气净化-从沼气中去除污染物的重要性
沼气生产与利用
沼气是一个极为宝贵的能源。源自生物量，污水，植物和垃圾填埋场，它正在增加全球识别作为可再生能源的优质来源。它还通过取代煤炭，石油和常规天然气等现有化石燃料来源对全球能源混合进行了重大贡献。
沼气生产厂，厌氧消化是当微生物分解原料的在不存在氧的有机物含量，以产生原始的沼气时发生的过程。生生物气的原理成分是甲烷和二氧化碳，与其它痕量气体也存在于不同的取决于原料和消化过程的量。
沼气的特征是，所述甲烷浓度限定气体-越高甲烷含量的能量含量的气体的，较高的热能量值相当于天然气。
利用沼气生产能源的最常见方法是在燃气发动机或涡轮中燃烧，以产生热电联产（CHP）。沼气也可以升级，基本上需要去除二氧化碳，以生产生物甲烷（也称为可再生天然气），这相当于传统天然气（CNG），可以注入天然气管网或用作汽车燃料。
生沼气处理
今天的大多数消化过程产生的沼气是饱和的水蒸气，并含有不同程度的其他杂质。这些杂质可能会导致设备腐蚀、沉积和损坏，在使用沼气发电之前，应将其清除。
应与水蒸气一起去除（或还原）的气体成分包括硫化氢、卤素化合物（氯化物、氟化物）、氨、硅氧烷和挥发性有机化合物（VOCs）。沼气还含有灰尘和污垢颗粒，作为未经处理的沼气处理过程的一部分，也应将其清除。
因此，选择有效的沼气处理尤其重要，特别是对于优化电能和热能的热电联产、充分利用现有可再生能源、降低能源消耗以及将运营成本保持在最低水平。
沼气粒状预滤器和过滤器元件 |
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沼气颗粒预过滤
在厌氧消化池和垃圾填埋场产生的沼气含有泡沫、悬浮的小固体颗粒、油脂、微粒和其他污染物，必须在任何下游设备或管道工作之前通过过滤从气体中清除。如果不能清除这些杂质，可能会导致下游设备和工艺的故障。
对于所有沼气生产系统来说，安装粗颗粒过滤器（最好是25微米左右）作为所有下游设备的第一道保护线是有益的。
为原料的沼气一个设计良好的微粒过滤器应结合颗粒截留效率极低压降生产清洁，准备使用的沼气，同时最大限度地降低服务成本。另外，也迫切需要构造的材料，主要是在壳体和过滤元件，是在气体中的污染物侵蚀性抗。
沼气除湿
人们普遍认为，降低水含量有利于热电联产系统，但传统的方法，如凝结水收集器和地下管道，不能实现低露点，从而降低了排水的效益。对于单独的地下管道要有任何真正的冷却效果，长时间的管道运行是必要的，这往往是不切实际的，昂贵的，并难以维护和服务。
使用“空调”式冷水机进行沼气冷却也是很常见的，但这些设备不是为生产低温水而设计的。它们要么导致更高的气露点，要么最终超出了设计限制，从而导致更高的能耗和更短的使用寿命。
因此，必须使用冷却系统，如Parker BioEnergy系列中的冷却系统，该系统专门设计用于产生低露点，并在恶劣的环境条件下运行，如沼气应用中的冷却系统。
微粒预过滤器可防止管垢污染换热器
除湿沼气的4个大好处
对沼气进行除湿有四大好处。它将增加气体的能量含量，防止管道和系统部件的腐蚀，部分去除或降低特定气体的浓度，并符合主要燃气发动机供应商的说明。
1.增加了气体的能量含量
生沼气通常具有非常高的水蒸汽含量，相当于总气体组合物的百分之4和8之间，并降低了气体的热值（每立方米气体30和100g水之间）。干燥沼气的5露点℃下使水分含量降到1％，从而增加了约5％的甲烷含量。这反过来增加了气体的热值。
2.防止管道和系统部件腐蚀
当环境温度下降时，气体冷却，使水蒸汽在管道中冷凝。冷凝物可以与CO 2，硫化氢（H 2 S）等相结合，形成使机，气体洗涤器，管道，缓冲容器，传感器和仪器的加速腐蚀的酸性化合物。H 2 S和水的组合产生硫酸和/或离子的氢和CO 2的组合和水产生碳酸。所得到的酸性冷凝物是高度腐蚀性的，并且将导致在发动机油中的碱度的快速下降。干燥气体以低露点确保水蒸汽不会冷凝，从而防止生产这些腐蚀性酸。
3.部分去除H2S、氨、硅氧烷和其他水溶性气体
通过高效除湿，不仅可以去除水蒸气，还可以降低组分的浓度，如H2S、硅氧烷、氨和卤素化合物，每种化合物都溶解在冷凝水中。部分或完全清除这些污染物可提高整个电厂的效率，并大大降低维护成本和电厂停机时间。
4.符合主要燃气发动机供应商的技术指导
与汽油和柴油燃料，气体燃料一般不必遵守严格的质量规范。为此，热电联产发动机的制造商发布技术指导，以确保燃气的质量足够，以防止对发动机性能和使用寿命任何负面影响。
就含水量而言，所有主要发动机制造商都明确表示，燃气管道或发动机中的冷凝水是不可接受的。
安装一个冷却系统将气体干燥到低露点，将确保水蒸气不会在气体管道中凝结，这有助于满足主要气体发动机供应商的技术指导。
派克沼气除湿系统
硫化氢(H2S)的去除
沼气的脱硫有必要防止腐蚀，避免高毒性水平，减少的发动机油的频率发生变化，并防止在燃烧过程中的问题。取决于原料，H 2 S水平可以显着地变化，具有典型的浓度范围为100至3000ppm。
有各种方法可以用于沼气的脱硫，最常见的是:
1.生物氧化（生物净气器）
最简单的三个过程用途的空气直接喷射到发酵罐和/或吸收硫到洗涤液体中的生物净气器。这一过程通常用于大量移除H 2 S的。
2.化学吸附
基于H2S与氧化铁或铁盐的化学反应，该工艺可将高浓度H2S降低到较低水平，但需要实现与运营成本的平衡。
3.物理吸附
这种方法的最常见的例子是使用活性炭，其可以是未经处理的，浸渍或掺杂以提高效率。高重置成本让这个过程更适合生物系统后精脱硫或抛光。
硅氧烷和VOC去除
近年来，人们在使用含有硅氧烷的产品明显增加，大量经过浪费双方在污水处理和垃圾填埋场的产品。
由于这些场所产生的气体被用于向能源装置提供沼气，如果不进行处理，硅氧烷污染的影响将以结晶二氧化硅（石英/砂）的形式在发电发动机内的燃烧表面上形成，从而大幅增加。除了损坏的发动机部件外，受影响的发动机运行效率低下，并产生过量排放，特别是一氧化碳和单氮氧化物（NOx）。
其结果是运营成本增加，发电量减少，污染物增加。
商业上有各种技术可以从沼气中去除硅氧烷。最常见的是基于吸附的系统，使用的介质可以再生或不可再生。
对于较低浓度的硅氧烷，活性炭通常用作吸附介质。活性炭可以去除硅氧烷到非常低的水平，但这种方法由于需要花费有害媒体的频繁更换和处置运营成本高。
对于中高浓度的硅氧烷，再生系统的较高资本投资通常是合理的。再生系统可以将硅氧烷降低到较低水平，吸附介质的持续时间比碳基系统长得多。例如，帕克公司生产的PpTek BGAK硅氧烷去除系统（见图4）可保证介质寿命为5年，在此期间硅氧烷浓度将保持在10 mg/m3以下。
派克再生硅氧烷脱除系统
“升级”沼气
未经加工的沼气可以“升级”为生物甲烷，这本质上意味着它被提炼成天然气的质量，可以注入天然气网络或用作汽车燃料。要达到管道质量，必须将气体升级到正确的成分，供输气管网接受。
在升级之前，气体应经过处理(见原始沼气处理)，在填埋和污水气体应用中，应去除硅氧烷和挥发性有机化合物(见硅氧烷和挥发性有机化合物去除)。有效去除挥发性有机化合物(如柠檬烯和其他萜烯)尤其重要，因为它们可以掩盖作为安全要求添加到升级气体中的气味。
净化沼气的好处
沼气的清洗或净化涉及到复杂的过滤和分离技术的混合，但即使是最基本的装置也能受益于清洁、干燥的沼气的优点。对于发电来说，燃气发动机在资金和运营成本方面是一项重要的投资，因此在有效和高效的沼气净化方面的投资更是一个重要的考虑因素。这对于沼气升级应用来说更是如此，因为处理厂需要对污染物进行高度的保护，而且燃气网规范严格要求在注射前必须清洁、干燥。
有关更多信息，请访问www.parker.com/hzd或www.parker.com/dhfns.
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