-
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
电解槽氧气存储系统用于间歇运行条件下的沼气原位生物脱硫经济性评估
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年09月09日 来源：Journal of Cleaner Production 10
编辑推荐：
为解决间歇性运行电解槽在沼气脱硫中氧气供应不连续的问题，研究人员开展了电解槽氧气存储系统的经济性评估研究。通过对比不同脱硫工艺的成本，发现当电解槽年运行时间达8000小时且H2S浓度超过1680 ppmv时，氧气存储系统具有经济可行性，为沼气-PtG（Power-to-Gas）系统优化提供了关键数据支持。
随着可再生能源占比提升，电力系统需要长期储能解决方案。Power-to-Gas（PtG）技术通过电解水制氢并将CO2转化为甲烷（CH4），成为重要选择。沼气作为PtG的碳源具有成本优势，但其中含有的硫化氢（H2S）会腐蚀设备并影响后续催化甲烷化过程。传统空气注入脱硫会引入氮气（N2）稀释沼气，而电解槽副产氧气（O2）可避免该问题。然而，电解槽间歇运行特性导致O2供应不连续，亟需经济可行的解决方案。
研究人员采用技术经济分析方法，建立包含沼气厂、电解槽和氧气存储系统的数学模型，模拟了200 Nm3/h规模的两种典型沼气厂（玉米青贮型和牛粪型，H2S浓度分别为250 ppmv和2500 ppmv）。通过动态仿真评估了6,000-8,000小时/年不同运行工况，并与变压吸附（PSA）、铁盐沉淀等传统工艺进行成本对比。关键参数包括氧气需求计算（基于Ohnmacht模型）、设备容量优化（迭代成本最小化）和全生命周期成本分析（采用年金法）。
2.1 整体工艺与系统边界
研究设定沼气厂连续运行（8,760 h/a），电解槽参与电力现货市场模拟间歇运行。通过ADM1-R3模型扩展硫酸盐还原模块，精确计算H2S生成量，确定氧气需求为0.296-2.96 Nm3/h（对应80%脱硫效率）。
3.3 电解槽-氧气存储系统
压缩存储系统包含两级往复式压缩机（最大压力12 bar）、干燥单元和储罐（7.5-62 m3）。模拟显示，8,000 FLH工况下储罐体积可减少88%，但需维持4.3 kW压缩机功率以确保连续供氧。
5.1 经济评估
牛粪沼气厂脱硫成本是玉米青贮厂的5-9倍。氧气存储系统在8,000 FLH和H2S>1,680 ppmv时成本为2.82 ct�/Nm3，接近PSA（成本差4%）。但液体氧缓冲方案成本最低（2.41 ct�/Nm3），主要由于免除压缩能耗。
5.2 敏感性分析
储罐成本降低25%或采用无压缩机的碱性电解槽时，氧气存储系统可具备经济竞争力。活性炭消耗占总运行成本的73%-78%，而残余O2导致的CH4产量损失增加0.4 ct�/Nm3成本。
该研究首次量化评估了间歇性运行对沼气脱硫经济性的影响，为PtG系统设计提供关键决策依据。结果表明，在高H2S浓度场景下，氧气存储系统可作为PSA的替代方案，而液体氧缓冲仍是当前最优解。未来需结合电解槽最小负载运行策略，进一步优化系统整体能效。
生物通微信公众号
知名企业招聘
