變壓吸附提純沼氣中CH4的試驗研究.pdf

1、沼氣主要成分為甲烷(CH4)，約占總體積的55％～65％，其余主要是CO2。近年來，沼氣的工業(yè)化利用得到世界各國的普遍關(guān)注，尤其在歐洲等國，已將沼氣用做汽車燃料。但由于沼氣中含有較高的CO2，這不僅會降低沼氣的熱值，而且增加了運輸和儲存的成本，所以有效脫除沼氣中的CO2對實現(xiàn)沼氣工業(yè)化利用具有重要意義。分離沼氣中甲烷和二氧化碳的方法很多，變壓吸附法因其具有成本低、自動控制簡單、操作容易、不會對環(huán)境造成二次污染等優(yōu)點，被認為是非常有前景的

2、分離沼氣中甲烷和二氧化碳的方法。
　　 本文根據(jù)前人應(yīng)用變壓吸附分離空氣、氫氣混合物的方法，設(shè)計并制造了一套手動兩塔變壓吸附分離沼氣中甲烷和二氧化碳的試驗裝置，利用此裝置，進行了吸附劑的比選，并對比選出的吸附劑進行了工藝參數(shù)的探索。在此基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)變壓吸附工藝的循環(huán)和得到連續(xù)的產(chǎn)品氣，設(shè)計并制造了三塔自動控制變壓吸附裝置，并利用此三塔變壓吸附裝置，對所選吸附劑的工藝參數(shù)進行驗證和優(yōu)化，由此確定了所選吸附劑分離沼氣中甲烷和二氧

3、化碳的最佳工藝參數(shù)。主要研究成果包括：⑴參照前人利用變壓吸附法分離空氣、氮氣、氫氣的方法，設(shè)計并制造了一套手動兩塔變壓吸附裝置。⑵根據(jù)文獻，選擇硅膠、13X分子篩、5A分子篩三種吸附劑，對其進行不同吸附壓力下(0.1～0.8MPa)的吸附特性對比試驗，結(jié)果表明：5A分子篩在吸附壓力為0.7MPa下，獲得的甲烷濃度最高，為90.24％；13X分子篩在吸附壓力為0.74MPa下，獲得甲烷濃度次之，為75.95%；硅膠在吸附壓力為0.7MPa

4、下，獲得甲烷濃度最低，為70.48％，所以本試驗選擇5A分子篩為分離沼氣中甲烷和二氧化碳的吸附劑。⑶利用兩塔變壓吸附裝置進行試驗，測量了5A分子篩在吸附壓力為0.7MPa，流量分別為8.7L·min-1，16.5L·min-1，22.1L·min-1，27.4L·min-1，34.1L·min-1，40.6L·min-1條件下的穿透曲線。結(jié)果表明隨著流量的增大，穿透時間越來越短，獲得出口端甲烷的濃度越來越低，在流量為22.1L·min-

5、1時，連續(xù)獲得的甲烷濃度最大，平均為83.5%，穿透的極限時間為200s。⑷為了回收在吸附塔完成吸附后，吸附塔內(nèi)有效氣體的時間，測量了在不同流量下，吸附塔吸附完成后的降壓曲線，得到降壓時間超過10s后，出口端氣體中二氧化碳的濃度增高，其含量超過了原料氣中二氧化碳的濃度，此時混合氣體已不能作為回收氣體為其它塔進行充壓，會降低產(chǎn)品氣的濃度，所以得到吸附塔回收有效氣體的時間，即均壓時間，應(yīng)控制在10s內(nèi)。⑸采用抽真空的方法對所選吸附劑的再生性

6、能進行了研究。通過對不同流量下已完成吸附和降壓的吸附劑進行脫附曲線的測量，從試驗結(jié)果中可以看到在每種流量下，吸附劑均能再生完全，用真空泵經(jīng)過一段時間的抽真空，發(fā)現(xiàn)從吸附塔抽出的氣體中已不含二氧化碳，最長的抽真空的時間，即再生時間為560s，通過試驗得到，在流量22.1L·min-1時，吸附劑的再生時間為560s。⑹為了實現(xiàn)5A分子篩的工藝循環(huán)和得到連續(xù)的產(chǎn)品氣甲烷，需要讓裝置實現(xiàn)自動控制并增加吸附塔個數(shù)，因此在原有裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計并制

7、造了一套自動控制三塔變壓吸附裝置。⑺利用三塔自動控制裝置實現(xiàn)變壓吸附工藝的自動循環(huán)，需要確定吸附劑的吸附時間和均壓時間，分別測量了吸附壓力在0.7MPa下，流量為22.1L·min-1，吸附時間在170s、180s、190s、200s，均壓時間在5s、10s，降壓壓力點為0.1MPa，脫附時間在560s時，三塔變壓吸附工藝循環(huán)后得到的各塔出口端甲烷的濃度，試驗得到吸附時間在180s、均壓時間在10s時，得到的甲烷濃度最高，三塔平均為87