變壓吸附提純沼氣中CH4的試驗(yàn)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(huì)降低沼氣的熱值，而且增加了運(yùn)輸和儲(chǔ)存的成本，所以有效脫除沼氣中的CO2對(duì)實(shí)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(dòng)控制簡單、操作容易、不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)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(jì)并制造了一套手動(dòng)兩塔變壓吸附分離沼氣中甲烷和二氧化碳的試驗(yàn)裝置，利用此裝置，進(jìn)行了吸附劑的比選，并對(duì)比選出的吸附劑進(jìn)行了工藝參數(shù)的探索。在此基礎(chǔ)上，為了實(shí)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(jì)并制造了三塔自動(dòng)控制變壓吸附裝置，并利用此三塔變壓吸附裝置，對(duì)所選吸附劑的工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)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?dú)?、氫氣的方法，設(shè)計(jì)并制造了一套手動(dòng)兩塔變壓吸附裝置。⑵根據(jù)文獻(xiàn)，選擇硅膠、13X分子篩、5A分子篩三種吸附劑，對(duì)其進(jìn)行不同吸附壓力下(0.1～0.8MPa)的吸附特性對(duì)比試驗(yàn)，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(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)，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(shí)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(shí)，連續(xù)獲得的甲烷濃度最大，平均為83.5%，穿透的極限時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)混合氣體已不能作為回收氣體為其它塔進(jìn)行充壓，會(huì)降低產(chǎn)品氣的濃度，所以得到吸附塔回收有效氣體的時(shí)間，即均壓時(shí)間，應(yīng)控制在10s內(nèi)。⑸采用抽真空的方法對(duì)所選吸附劑的再生性

6、能進(jìn)行了研究。通過對(duì)不同流量下已完成吸附和降壓的吸附劑進(jìn)行脫附曲線的測量，從試驗(yàn)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(shí)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(shí)間，即再生時(shí)間為560s，通過試驗(yàn)得到，在流量22.1L·min-1時(shí)，吸附劑的再生時(shí)間為560s。⑹為了實(shí)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制并增加吸附塔個(gè)數(shù)，因此在原有裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制

7、造了一套自動(dòng)控制三塔變壓吸附裝置。⑺利用三塔自動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)變壓吸附工藝的自動(dòng)循環(huán)，需要確定吸附劑的吸附時(shí)間和均壓時(shí)間，分別測量了吸附壓力在0.7MPa下，流量為22.1L·min-1，吸附時(shí)間在170s、180s、190s、200s，均壓時(shí)間在5s、10s，降壓壓力點(diǎn)為0.1MPa，脫附時(shí)間在560s時(shí)，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(yàn)得到吸附時(shí)間在180s、均壓時(shí)間在10s時(shí)，得到的甲烷濃度最高，三塔平均為87