沼气变压吸附

1、沼气变压吸附方案1前言变压吸附（PSA ）气体分离与提纯技术成为大型化工工 业的一种生产工 艺和独立的单元操作过程，是本世纪60年代迅速发展起来的。一方面是由 于随着世界能源的短缺，各国和各行业越来越重视低品位资源的开发与利 用，以及各国对环境污染的治理要求也越来越高，使得吸附分离技术日益 受到重视；另一方面，60年代以来，吸附剂也有了重大进 展，如性能优良 的分子筛吸附剂的研制成功，活性炭吸附剂、活性氧化铝和硅胶性能的不 断改进等等，这些都为连续操作的大型吸附分离工艺奠定了技术基础。2基本工作原理变压吸附是利用吸附剂对吸附质在不同的分压下有不同的吸附容量、吸附速 度和吸附力，并且在一定压力下

2、对被分离的气体混合物的各组分有选择吸附的特 性，加压吸附除去原料气中的杂质组分，减压脱附这些杂质而使吸附剂获得再生。变压吸附过程中无化学反应，又叫物理吸附。它是由吸附质分子和吸附剂表 面分子之间的引力所引起的，此力也叫作范德华力。由于固体表面的分子与其内 部分子不同，存在剩余的表面自由力场，当气体分子碰到固体表面时，其中一部 分就被吸附，并释放出吸附热。在被吸附的分子中，只有当其热运动的动能足以 克服吸附剂引力场的位能时才能重新回到气相，所以在与气体接触的固体表面上 总是保留着许多被吸附的分子。由于分子间的引力所引起的吸附，其吸附热较低， 接近吸附质的汽化热或冷凝热，吸附和解吸速度也都较快。被

3、吸附气体也较容易 地从固体表面解吸出来，所以物理吸附是可逆的。物理吸附通常分为变温吸附和 变压吸附。在沼气净化提纯工艺中利用装在立式压力容器内的活性炭、分子筛等固体吸 附剂，对发酵产生的沼气中的各种杂质进行选择性的吸附。由于混合气体中各组 分沸点不同，根据易挥发的不易吸附，不易挥发的易被吸附的性质，将原料气通 过吸附剂床层，甲烷以外的其余组分作为杂质被吸附剂选择性地吸附，而甲烷基 本上不被吸附3工艺流程厌氧消化产生的沼气的成分是CH4： 5565%； CO2： 3038%； N2： 05%； 史：1%； O2：V0.4%； H2S : 500-2000 ppm，此外还含有一定量的水分。因此，

4、沼气必须经过脱水、提纯，达到国家规定的车用标准（表2.1）或民用天然气的 标准（表2.2）后方可使用。表2.1车用天然气标准项目技术指标高位发热量，MJ/m331.4总硫（以硫计），mg/m3200硫化氢，mg/m315二氧化碳yc2，%3.0氧气yo2，%5 5水露点，。C在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力 下，水露点不应高于-13。；当最低气温低于-8C， 水露点应比最低气温低5C注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325 kPa，20C表2.2民用天然气标准项目一类二类三类单位发热量MJ/m331.4总硫，（以硫计）mg/m3100200460硫化氢mg/m3620460

5、二氧化碳%（V/V）3.0水露点在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比环境温度低5C注：本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa,20C其流程图如下表示沼气经过鼓风机把气体吹入净化提纯设备，先经过脱硫处理，把硫化氢含量 降到规定标准，然后进入除水、除尘等工艺，防止水分和灰尘中的物质堵塞吸附 剂的空隙，并防止灰尘和水中含有的物质造成吸附剂中毒，影响吸附剂对组分的 吸收。然后经过吸附设备，罐内装有吸附剂，目前分离甲烷中二氧化碳最好的吸 附剂为天然形成的富钠斜方沸石。在低操作压力下可脱出大部分二氧化碳，再生 手段因吸附剂和吸附质的不同而采用不同的方法。主要有空气清洗，真空泵

6、抽取， 加热饱和的吸附剂等方法。采用一开一备，气体进出口分别设有气体检测探头， 当出口甲烷浓度开始降低时，表明吸附剂吸附的吸附质已经达到饱和，需要将吸 附剂再生，换另一套备用吸附罐，如果再生时间大于其吸附时间，需要多个吸附 罐循环使用。利用不同吸附剂对不同物质的吸附能力，吸附速度和吸附容量的不 同，以及吸附剂对混合气体中各种组分的吸附容量随压力而变化的物理特性。采 用自动控制阀门开关，自动实现升压吸附、降压解析的气体分离过程。另一种用于甲烷二氧化碳分离的分子筛炭织物，其性质为：形状：纤维、毡、 布或纸；比表面积：300-1000m2/g；微孔率：0.7nm以下的微孔率大于60%；孔 容积：0.

7、15-0.35ml/g。该分子筛炭织物制备方法是采用有机纤维或其织物为原 料进行炭化后用水蒸气作为活性剂，再进行活化处理，制得织物状炭分子筛。本 发明具有操作简单，具有丰富的微孔，吸、脱附快。用于甲烷二氧化碳分离过程， 所消耗的动力少，分离得到的甲烷气纯度超过96%。与沸石的比较在于此吸附剂 成本较高。1）PSA装置前增加了原料气脱硫，脱水等预处理部分，能脱除大部分硫 化氢和游离水等杂志，有效地保证了后续 PSA吸附剂的寿命，并对原料组 分的变化起缓冲作用。2）设备寿命非标设备和管段使用寿命长，约15年。3）装置操作弹性大，可达到15%110%的操作弹性。4）自动化控制水平高，气 体成分在线检

8、测，吸附塔阀门自动切换，远 程操作水平高，提高了装置运行的可靠性5运行情况PSA变压吸附法的车间消耗主要有电能消耗和水的消耗，电能消耗包括压 缩电耗、程控阀电耗、设备运行用电消耗，水的消耗为循环冷却水，循环使用， 不外排，对环境的二次污染少。根据联系厂家获得信息其运行的成本及情况如下表所示：表3沼气变压吸附设备运行情况项目数据气量300Nm3/h吸附后甲烷含量约90%甲烷收率CO2要求不大于10%情况下，甲烷收率9495%硫化氢脱除后60mg/m3电能消耗30kWh产品气温度40C净化气压力3 5KPa循环水量1t/h吸附剂更换周期20年占地面积（约）6m X 12m吸附剂再生方式真空泵抽取/大量空气清洗价格100万6存在问题从原理介绍可以看出，吸附剂对气体的选择性关键取决于气体分子的特性， 如氢气、一氧化碳和二氧化碳气体的分离，选择性很不错，收率较高，消耗也较 小，这也是目前PSA变压吸附法在制氢、水煤气、半水煤气、焦炉气分离提纯领 域应用较好的原因。但对于二氧化碳与甲烷的分离，由于吸附剂对这两种气体的 吸附能力很相近，事实上是在变压吸附行业中公认的难以经济分离的两种物质。 就是因为吸附剂对这两种气