一、沼气提纯步骤简介

沼气是多衷禅体的混合物，重要含有甲烷和二氧化碳，通常甲烷占55%～65%，二氧化碳占35~45%左右。因而，脱二氧化碳是整个沼气提纯的主题技术，直接关系到制品气的指标、收率及运行成本。在沼气脱除二氧化碳方面，瑞士、瑞典、爱尔兰、德国、法国、加拿大和澳大利亚等在这方面做了大量的钻研，获得了卓越的成就，目前在欧美国度现实出产常选取的脱碳技术重要有变压吸附（PSA）、压力水洗、化学吸收、物理吸收、膜分离和低温分离等。其中，使用最为普遍的是变压吸附（PSA）、压力水洗、化学吸收三种步骤。凭据欧洲列国2008年出产资料，选取变压吸附工艺的沼气脱碳处置厂占33%，选取水洗工艺的占32%，选取吸收法的占16%。

我国在沼气回收综合利用技术方面刚刚起步，目前已经开发出的重要是变压吸附技术和压力水洗法，化学吸收法钻研刚刚起步，膜分离法对沼气干净度要求相对较高，且成功运行的案例不多。目前国内沼气提纯民用方面的钻研很少，通常的处置工艺和设备，都存在能耗高、提纯精度低、甲烷损失大、运行成本高档问题。

脱碳是沼气提纯出产工艺中最重要的工序，通例脱碳有干法、湿法和膜分离法。干法有变压吸附法（PSA）、变温吸附法（TSA）；湿法分物理吸收法和化学吸收法，物理吸收法有高压水洗法、低温甲醇法、碳酸丙烯酯法（Fluor）等；化学吸收法中最典型的是醇胺法。

二、沼气提纯工艺介绍

2.1变压吸附法（PSA）

变压吸附脱碳工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所拥有的两个性质：一是对分歧组分的吸附能力分歧，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增长，随吸附温度的上升而降落。利用吸附剂的第一个性质，可实现对含二氧化碳源中杂质组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而组成吸附剂的吸附与再生循环，达到陆续分离提纯甲烷的主张。

变压吸附的利益：操作单一，较少的操作人员；压力选择领域宽，动力亏损低；重要设备少，资料可用碳钢造作，所有设备均可国产化；因而投资少、守护用度低；甲烷收率90%以上。

2.2高压水洗法

高压水洗法是利用二氧化碳和甲烷气体在水中的分歧溶化能力而采取的一种工艺规划。在低温下，甲烷的溶化能力很差，二氧化碳相对较高，二氧化碳被吸收后，甲烷含量能达到97%以上，被吸收的二氧化碳通过曝气开释，开释到空气中。此法适合二氧化碳含量低的工艺气体的脱除。对二氧化碳含量30%以上的工艺气体脱出，所需压力高动力亏损高，此工艺不被选取。

低温甲醇法是利用低温甲醇的良好个性除去CO2、H2S。此工艺甲烷收率高，大于97%，但低温操作对设备和管路要求高，为了收回冷量换热设备多，流程复杂，需冷冻设备。装置投资大，设备操作维建难题，此工艺不被选取。

物理吸收法脱碳提纯较有竞争力的工艺是碳丙法（Fluor）和NHD法（Selexol）。两种步骤工艺根基一样，重要是吸收剂分歧。

碳丙法和NHD法甲烷回收率均高于97%，吸收剂吸收CO2能力强、无毒、不变性好，设备较少投资较低，但操作较为复杂，亏损动力高，辅助资料重要是电和循环水。

2.3 化学吸收法

由于CO2为酸性气体，故需选用呈碱性的化学吸收液，目前典型的化学吸收液为烷基醇胺。

MDEA脱硫脱碳是醇胺法的一种，利用胺为溶剂与原料气中的酸性气产生化学反映，可同时脱除CO₂和H₂S。

该工艺选择活性甲基二乙醇胺（MDEA）水溶液作为脱除酸气（CO₂及H₂S）的溶剂。

MDEA即N-甲基二乙醇胺，分子式为CH₃-N(CH₂CH₂OH)₂，分子量119.2，沸点246~248℃，闪点260℃，凝固点-21℃，汽化潜热519.16kJ/kg，能与水和醇混溶，微溶于醚。在肯定前提下，对CO₂、H₂S等酸性气体有很强的吸收能力，并且反映热幼，解吸温度低，化学性质不变，无毒而不降解。

MDEA吸收CO₂和H₂S的重要反映如下：

2R₂CH₃N + H₂S ＝ (R₂ CH₃NH)₂S

(R₂ CH₃NH)₂S + H₂S ＝ 2R₂ CH₃NH⁺ + 2HS^-

2R₂ CH₃N + H₂O + CO₂ ＝ (R₂ CH₃NH)₂CO₃

(R₃ CH₃NH)₂CO₃ + H₂O + CO₂ ＝ 2R₂ CH₃NH⁺ + 2HCO₃^-

MDEA吸收CO₂和H₂S的反映为可逆反映，在吸收塔高压低温的前提下，上述反映的平衡向右移动，气体中的酸性气体被脱除；在再生塔低压高温的前提下，上述反映的平衡向左移动，溶剂开释出酸性气体得以再生。

该工艺脱碳压力低，操作较单一，甲烷收率高于97%，CO2去除成效好，设备少。但该工艺重要设备为不锈钢，投资较高。另表固然动力亏损低，只有物理吸收电耗的一半，但吸收剂再生必要蒸汽，电耗加蒸汽亏损成本较物理吸附高20～30%。

2.4膜分离法

气体膜的分离技术的根基道理是凭据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速度分歧，将分歧气体分子进行分离。其中，渗入速度快的气体称为“快气”，渗入速度慢的气体称为“慢气”。“快气”因其渗入得快，大部门被富集在进气口一端而有很幼一部门穿透至排气口一端；“慢气”因其渗入得慢，所以大部门穿透膜组至排气口一端而有很幼一部门被富集在进气口一端。沼气中的水、硫化氢、二氧化碳和氧气均为“快气”，而氮气、甲烷则为“慢气”。所以，膜组的这种选择性渗入吸附个性，决定了膜法沼气提纯不仅能够脱去大量二氧化碳，同时能够除去部门硫化氢和氧气杂质。

膜过滤分离技术是以选择性透过膜为分离介质，当在两侧施加某种推动力时，原料侧组分就会选择性地透过膜，从而达到分离和提纯的主张。

由于气体分离效能受膜资料、气体组成、压差、分离系数以及温度等多种成分的影响，且对原料气的清洁杜仔肯定要求，膜组件价值昂贵，因而气体膜分离法通常不单独使用，常和溶剂吸收、变压吸附、深冷分离、渗入蒸发等工艺结合使用。

三、提纯步骤对比

提纯步骤比对表

对比以上几种脱碳步骤：

1、膜分离法中由于膜比力金贵，容易受VOC、温度、含水率等气质前提影响，因而对沼气前处置要求很；但是设备装置能够集成在撬上，转运方便矫捷，合用于幼气量且远离天燃气市政管网的项目。

2、而变压吸附剂和化学吸收剂可循环使用，因而，变压吸附法和化学吸收法较膜分离技术的现实利用更广。另表变压吸附法与化学吸收法相比，没有其他药剂的参与，对设备无侵蚀性，险些无“三废”产生，不会造成新的环境传染，且常温下操作，能够省去加热或者冷却的能耗，降低运行成本。除此之表，选取变压吸附工艺的产品纯度高且可矫捷调节：如变压吸附提纯废水处置产生的沼气，产品纯度达97%以上，并可凭据工艺前提的变动在较大领域内轻易调节产品甲烷的纯度。同时，选取变压吸附工艺提纯设施规模矫捷，在较钟注幼规模的提纯项目上尤其有优势；Хê嫌糜谡悠拷洗，周边有蒸汽等能够协调处置的项目。

3、高压水洗投资稍大，操作工作量大，合用于大气量沼气提纯项目。