1.沼氣提純技術(shù)——水洗法
2.三益能環(huán)是做什么的？
3.沼氣提純中膜分離技術(shù)的介紹
4.沼氣如何輸送
5.沼氣提純技術(shù)——變壓吸附（PSA）

沼氣提純技術(shù)——水洗法

       在生物天然氣領(lǐng)域，三種主要的沼氣提純技術(shù)——水洗法、PSA法和膜分離法——各有其獨(dú)特的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)。今天，我們將深入探討其中的水洗法，它憑借其原理、工藝以及在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用案例，展示了其在凈化沼氣過(guò)程中的重要角色。</

       水洗法的核心原理在于利用CO2和CH4在水中的溶解度差異。CO2在水中的溶解度約為CH4的倍，通過(guò)物理吸收實(shí)現(xiàn)兩者分離。在理想條件下，當(dāng)氣水比達(dá)到最佳值后，繼續(xù)增大氣水比會(huì)減弱分離效果。水洗過(guò)程中，沼氣通過(guò)底部氣體彌散裝置分散成小氣泡，均勻分布于水中，上升時(shí)溶解其中的雜質(zhì)氣體如H2S。在加壓條件下，沼氣進(jìn)入水洗塔，CO2和H2S溶于水，然后通過(guò)閃蒸塔和解吸塔進(jìn)行氣體的再分離和再生處理。</

       水洗法的優(yōu)點(diǎn)顯著：</

處理能力強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低。</

效率高，單個(gè)洗滌塔可將CH4濃度提純到%以上，損失率低。</

經(jīng)濟(jì)性好，水作為吸收劑成本低廉，尤其在無(wú)需再生處理時(shí)。</

能去除原料氣中的雜質(zhì)氣體，如H2S、氨和VOC，簡(jiǎn)化了硫化物處理流程。</

無(wú)需使用化學(xué)品，環(huán)保友好。</

       然而，水洗法也存在一些挑戰(zhàn)：</

生物膜在洗滌塔填料表面生長(zhǎng)可能導(dǎo)致堵塞，需定期清洗或殺菌。</

需在脫CO2前處理H2S以防止設(shè)備腐蝕。</

提純后的氣體需干燥處理，避免水分影響。</

廢氣體需通過(guò)蓄熱式熱氧化技術(shù)進(jìn)行處理，處理過(guò)程中可能產(chǎn)生廢水。</

解析塔中的空氣處理可能導(dǎo)致產(chǎn)品氣中氧氣含量增加。</

廢水處理是必不可少的環(huán)節(jié)，確保環(huán)境安全。</

低溫水洗是關(guān)鍵，工藝水需保持在7℃以下，需冷水機(jī)組維持。</

工藝水pH值需要穩(wěn)定，需定期調(diào)整。</

吸收塔中的泡沫問(wèn)題需要消泡劑解決。</

       總的來(lái)說(shuō)，水洗法憑借其高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的特點(diǎn)，已在我國(guó)生物天然氣產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要地位，但同時(shí)也需注意相應(yīng)的維護(hù)和廢水處理問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)最佳的提純效果和可持續(xù)發(fā)展。</

三益能環(huán)是做什么的？

       三益能環(huán)是一家有機(jī)廢棄物資源化設(shè)備制造商，公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為利用沼氣制備生物燃?xì)猓饕a(chǎn)品包括沼氣提純?cè)O(shè)備、膜堆肥設(shè)備以及水處理設(shè)備等，同時(shí)公司還提供市政污泥處置、高濃度有機(jī)廢水資源化處置、沼氣提純等系統(tǒng)解決方案。

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沼氣提純中膜分離技術(shù)的介紹

       第一章 緒論

       膜分離法是世紀(jì)年代新出現(xiàn)的氣體分離技術(shù)。其核心在于借助高分子膜表面的吸附能力和膜內(nèi)氣體溶解、擴(kuò)散差異，通過(guò)滲透速率的差別實(shí)現(xiàn)氣體分離。相較于傳統(tǒng)分離方式，膜分離法具有高效、體積小、能耗低、管理便捷等優(yōu)勢(shì)。瑞士在年使用美國(guó)Prism膜分離器對(duì)垃圾填埋氣進(jìn)行提純，處理量達(dá) m3/h，CH4含量提升至%。膜分離法通常用于CO2和H2S的分離，常用材料有醋酸纖維素膜、聚酰胺膜、聚砜膜、聚醚砜膜等。醋酸纖維素膜對(duì)CO2和H2S的滲透速率分別是CH4的倍和倍。膜分離法還結(jié)合氣相-液相吸收膜分離工藝，利用膜的多孔性在液相中吸收去除沼氣中的CO2和H2S。通過(guò)優(yōu)化材料，如溴磺化聚環(huán)氧丙烷、聚酰亞胺膜等，膜分離法可有效去除天然氣中的CO2，并提高CH4的純度。目前，膜分離法主要集中在高效低成本膜材料的研發(fā)，雖然在能耗、設(shè)備設(shè)計(jì)、純度回收等方面具有優(yōu)勢(shì)，但由于價(jià)格、甲烷損失和雜質(zhì)對(duì)膜的影響，工業(yè)應(yīng)用較少。整體而言，膜分離法在沼氣提純中的應(yīng)用展現(xiàn)出高效、選擇性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但在多步驟操作下仍面臨高純度獲取的挑戰(zhàn)。

       第二章 膜分離的原理

       膜分離技術(shù)以氣體分壓差為推動(dòng)力，通過(guò)混合氣體中各組分在膜中的滲透速率差異實(shí)現(xiàn)分離。氣體滲透速率受氣膜系統(tǒng)溶解系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)控制。膜分離法具有高效率、體積小、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，并適用于無(wú)機(jī)膜、高分子聚合物膜、有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化膜、MOFs材料等多種膜材料的應(yīng)用。

       在沼氣提純中，膜分離法顯示出顯著優(yōu)勢(shì)，能耗低、選擇性好、組件易于設(shè)計(jì)，成本更低。CH4回收率可達(dá)%以上，CO2可獲得純度。膜分離的主要挑戰(zhàn)在于需要多步驟操作才能達(dá)到高純度。

       第三章 膜分離法工藝流程

       一級(jí)膜分離工藝通過(guò)壓縮機(jī)增壓，冷卻原料氣，實(shí)現(xiàn)初步分離，得到滲余氣和滲透氣。其中，滲余氣不含H2S，滲透氣中CH4含量減少。為保證CH4高回收率，滲透氣需進(jìn)行二級(jí)分離。二級(jí)膜分離工藝優(yōu)化后，CH4回收率可達(dá).6%，CO2脫除率.5%，H2S脫除率為%。

       第四章 膜分離法的應(yīng)用

       高性能中空纖維沼氣分離膜及膜法沼氣提純制壓縮天然氣工藝已取得顯著成果。以%CH4、.7%CO2、0.3%O2、1%N2的垃圾填埋場(chǎng)沼氣為例，通過(guò)2級(jí)膜處理，甲烷濃度可達(dá)到.4%，CO2、O2、N2含量分別降低至1.%、0.%、0.%。投資預(yù)算及效益分析顯示，產(chǎn)沼氣Mm3/h的垃圾填埋場(chǎng)采用膜法制備壓縮天然氣（CNG）具有顯著經(jīng)濟(jì)效益。

       贏創(chuàng)SEPURAN? Green氣體分離膜技術(shù)助力生產(chǎn)生物液化天然氣。該技術(shù)采用高性能聚合物纖維膜，具有抗壓性和耐溫性。與傳統(tǒng)沼氣提純工藝相比，贏創(chuàng)技術(shù)能源消耗相對(duì)較少，無(wú)需輔助材料或化學(xué)品，且不會(huì)產(chǎn)生廢物。在德國(guó)居斯特羅的生物液化天然氣生產(chǎn)中，EnviTec Biogas AG采用了贏創(chuàng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了沼氣高效提純。該技術(shù)的高效性及環(huán)保性使其成為生物液化天然氣生產(chǎn)的理想選擇。

沼氣如何輸送

       沼氣輸送主要采用以下幾種方式：

管道輸送：

有壓管道：沼氣可以通過(guò)加壓后，通過(guò)有壓管道進(jìn)行長(zhǎng)距離或短距離的輸送。這種方式適用于大型沼氣工程，能夠確保沼氣的穩(wěn)定供應(yīng)。無(wú)壓管道：在無(wú)特別壓力需求的情況下，沼氣也可以通過(guò)無(wú)壓管道進(jìn)行輸送。這種方式相對(duì)簡(jiǎn)單，但輸送距離和效率可能受到限制。

提純后運(yùn)輸：

沼氣提純主要是去除其中的二氧化碳、硫化氫和水氣等雜質(zhì)，提高氣體質(zhì)量。提純后的沼氣更適合用于發(fā)電、汽車燃料等高端用途。提純后的沼氣可以通過(guò)氣袋或壓縮后用鋼瓶進(jìn)行運(yùn)輸，便于長(zhǎng)途或特殊環(huán)境下的使用。

沼氣罐收集與輸送：

沼氣池通常設(shè)計(jì)為一個(gè)大大的圓罐子，沼氣在罐子內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生后，會(huì)上升到罐子的上層。通過(guò)沼氣管道，沼氣可以從罐子頂部的出口被收集并輸送到需要的地方。這種方式適用于小型或家庭式沼氣系統(tǒng)。

防腐措施：

由于沼氣具有一定的腐蝕性，因此在輸送過(guò)程中需要采取防腐措施，如使用抗腐蝕的塑料管道等，以確保輸送系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

       在使用沼氣時(shí)，務(wù)必掌握相關(guān)的可燃?xì)怏w知識(shí)，確保安全使用，避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

沼氣提純技術(shù)——變壓吸附（PSA）

       吸附法利用吸附劑對(duì)不同氣體吸附能力、速度和量的差異實(shí)現(xiàn)分離。在加壓條件下，CO2被吸附劑吸收，而CH4則順利通過(guò)。降低壓力后，吸附的CO2釋放，吸附劑再生，實(shí)現(xiàn)CO2和CH4分離。溫度、壓力和吸附劑影響分離效果：溫度升高吸附量減少，壓力升高吸附量增加。H2S會(huì)永久性中毒吸附劑，H2O則降低吸附效果。需在PSA前脫除H2S和H2O。PSA工藝包括吸附、放空、沖洗、均壓和沖壓，流程圖見(jiàn)圖1。為了連續(xù)運(yùn)行，通常采用多個(gè)塔交替工作。典型的PSA裝置有4個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的吸附塔，通過(guò)增加塔數(shù)和優(yōu)化流量提升分離效率與能效，但需考慮操作復(fù)雜性和投資成本。

       圖1 變壓吸附法工藝流程示意圖

       PSA工藝步驟：原料氣進(jìn)入吸附塔，壓力下吸附，產(chǎn)品氣輸出至緩沖罐。完成吸附后降壓放空，解析吸附劑，再生。沖洗床層徹底再生。完成吸附的塔與完成沖洗的塔進(jìn)行均壓，回收產(chǎn)品氣。用產(chǎn)品氣對(duì)床層進(jìn)行沖壓，充至吸附壓力，準(zhǔn)備下一輪吸附。

       吸附材料關(guān)鍵，吸附劑性能決定最終效果。常用材料包括活性炭、分子篩、硅膠和氧化鋁。表1列出了吸附劑性能比較。在沼氣提純中，需考慮CO2分離性能和再生性能。分子篩在分離氮?dú)庵斜憩F(xiàn)突出，活性炭適合大量脫碳工藝。

       當(dāng)前，活性炭和分子篩為主的碳基吸附劑在沼氣提純研究中廣泛應(yīng)用。新型吸附材料，如有序介孔材料、胺改性吸附劑和金屬框架物（MOFs）對(duì)CO2具有高選擇性，應(yīng)用前景廣闊。MOFs被認(rèn)為在CO2分離方面最具潛力。

       PSA優(yōu)勢(shì)：原理簡(jiǎn)單，吸附劑可重復(fù)利用，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)；結(jié)構(gòu)緊湊；常溫運(yùn)行；產(chǎn)品氣干燥；能去除原料氣中的O2和N2；耐受雜質(zhì)，適合成分復(fù)雜的發(fā)酵項(xiàng)目；每小時(shí)處理量范圍大；提純后產(chǎn)品氣甲烷含量高。

       PSA劣勢(shì)：工藝成本較高，選擇吸附劑需平衡產(chǎn)氣純度和成本；吸附劑孔洞易堵塞；過(guò)程控制復(fù)雜，參數(shù)設(shè)定困難；操作難度大，為間歇運(yùn)行；需預(yù)處理和精脫硫去除H2S和液態(tài)水，否則影響提純效果；吸附塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化較低，傳統(tǒng)分離塔結(jié)構(gòu)存在效率問(wèn)題；甲烷損失較多。