沼氣提純凈化工藝技術研究

祁智

摘 要：沼氣中的最主要的化學成分是CH4與CO2，我們可以把CO2將混合氣中進行分離得到的一種高純度的甲烷氣被叫做生物天然氣。對于生物天然氣來說，能夠去當成石化天然氣的直接性的代替的生物性燃料。因為人類對天然氣要求的數量的快速的上升，這導致使生物天然氣技術得到了快速發展。本文章論述了沼氣和天然氣之間的差別，以及沼氣提純之后是否能去代替天然氣，描述了其沼氣提純技術的進展，就膜分離法進行了詳細的探討。通常來說對沼氣進行提純的方式方法有加壓水洗的方法、化學吸收的方法、以及膜分離的方法、變壓吸附的方法、低溫分離方法，其膜分離技術在減少提純的成本與對提純系統進行簡化，讓它變成為有著良好的發展前景的優秀技術。這篇文章對于沼氣提純工藝的快速發展可以有一定的意義，以及給廣大公眾帶來一定的參考。

關鍵詞：沼氣;工藝;提純;天然氣

中圖分類號：TE642 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0007-02

這些年以來，我國對于沼氣的提純技術的發展和有關的設備領域探索研究進行了十分多的科研方面的工作，這些工作最多的是匯聚在化學的吸收，和有關物理吸附以及提純這些方面。在此條件下。華北電力大學和中國石油大學對于天然氣有關的水合物的提純技術方面和對于甲烷的原位富集這些有關的方面開展了探索。現在，我們國家在化學吸收、變壓性吸附有關的技術方面的研究，已經去對于可進行商業化應用相關的提純技術設備開展了進一步的研究和探索。我國對于這些技術與世界上先進的國家相互比較之下，中國對于此基礎性的研究，以及對于設備的成套化模式的研究和探索這這些重要的方面還存在著十分大的技術方面的區別。中國特別是在對于大量的中等的規模類型的沼氣工程，對其中所使用的配套的提純技術設備以及技術研發是十分不充分的，而且我國對于這方面的技術同樣是大大的缺乏的。

1 沼氣和天然氣組分特性的比較

即使在化學成分方面，其沼氣以及天然氣的核心的，能夠燃燒的部分都是CH4，但是對于沼氣和天然氣來說，這兩種物質，在其化學成分的含量大小，和有關的物理性特性，對于某些方面，都會有著十分明顯的不同。所以在很多情況之下，對于沼氣來說是沒有辦法去完全的取代得天然氣位置的。我們對于這兩種物質，通過對其化學成分的組成角度開展進一步的探究，通過研究發現，這兩種物質的性質方面不容，主要的是體現在這幾個方面：（1）首先，在天然氣里的CH4的相關的化學成分含量是明顯的要比沼氣高的;（2）其中天然氣中化學物質CO2的相對含量的高低是要明顯的比沼氣要低的多的;（3）對于天然氣來說，在天然氣的化學成分里還含有著某一類高碳氫化合物。其中主要的包括丙、乙、丁、戊烷這些化學成分;（4）通常，在沼氣中含有的H2S的相對含量是明顯的要比天然氣含量上要相對來說高的。對于上述的闡述，這些性質上的不同會進一步的導致對于這兩種氣體燃料，在其材料的熱值、材料的密度和材料的華白數，這些相關的參數都會有著明顯的不同。上述的原因就是導致這些不同的原因。一般來說，其物質的華白數一樣的兩種有關的燃氣才能夠去進行替換。由于其天然氣中的華白數，對比于沼氣來說。他的華白數的數值是比沼氣要1倍大小的。所以，如果我們想要去降低這兩種物質的相對的華白數的數值。這是去進一步的實現在兩者之間進行替代的實現的有關的前提。我們只要去對沼氣中含有的CO2進行消除，之后就可以幫助沼氣里的華白數的相對數值去進一步的達到天然氣相關的標準。假設沼氣中含有的CH4總的相對性含量能夠達到95%之上的水平，也就是說對于其提純的沼氣中含有的華白數就可以去達到天然氣質量要求的標準。所以要想去把沼氣進行提純，其中的關鍵性的問題就是要去消除在沼氣里中具有的CO2，除此以外，還有著H2S。我們要去對沼氣開展提純以及生產，對于生物天然氣的提純技術，按照提純的方法和原理的不相同或。我們可以去沼氣的相關的提純方法可以去分類為這幾種有關的方法：比如使用吸附方法、吸收方法、低溫的分離方法、以及膜分離方法。

2 膜分離法提純沼氣

在沼氣提純的技術里，其中采用PSA法、加壓水洗法、和胺吸收法這些方法，因為這些辦法的技術以及設備的成熟性比較的高，因此在沼氣提純市場中占有著主要的份額，在短時間之內，對于目前的情況來說，使用別的有關技術是無法去替代他們所占據的核心地位的。我們對于新材料的使用和探索，也轉變成為了在沼氣提純技術的研究和發展的過程之中的關鍵。我們通過對于發酵工藝來展開發明和創造，可以去幫助到生物天然氣進行進一步的生產。對于如今的整體能源結構來說，是有著十分高度的復雜性和十分巨大的規模性的，其表現出了十分巨大的慣性，通常來說規劃以及搭建新的能源的基礎性設施，需要去經歷一個比較長的實踐，所以在新能源產業進行轉化和發展的經歷過程中，都可能會碰到的一個關鍵性的阻礙。使用沼氣提純加工成生物天然氣以后，能夠去完全代替天然氣，這可以去避開這一個障礙。

對于膜技術來說，是被人們當成是在21世紀的化學工業技術改造過程中，對于人類的發展十分重要的一種技術。有相關的研究人員曾經說到：假如有一個人能過真正的去理解以及明確了膜技術的應用，那么他就掌握了其化學工業的未來。對于膜分離技術來說，這種技術是一種能夠去保護壞境，以及節省能源的新型的技術。有關調查發現，目前有許多的歐美的國家在曾經的幾年中，已經有了十分多的利用膜法去進行生物天然氣制取的有關工業裝置，而且其都已經開始投入了使用。對于利用膜分離技術這一新型的技術也開始去慢慢的被行業內的有關人員所承認.對于氣體的分離膜來說，其含有模塊化以及小型化的特性。對于去進移動式沼氣的有關提純裝置的研發，能夠去把農村中十分偏僻的地方的沼氣變化為天然氣。隨后對其提純氣體通過CNG輸送到汽車的加氣站里。在通過氣體來對沼氣進行分離的，相關的膜元件一般有著這三種類型，其主要包含這螺旋狀形元件、空心纖維元件、包括封套類型的元件。但是第三種原件的堆積的相隊的密度是十分的高的，所以人們經常的去使用的元件是錢兩類的膜元件。如果我們僅僅的去使用唯一的膜組件，使用一種單一的方式，是沒有辦法去得到純度很高的CH4相對含量的高純度的沼氣的。通常還會伴隨著CH4發生流失的問題。而且流失的量是十分的大的。因此我們在實際的工程之中一般會去采用多組膜來進行整體的串聯。使用多組膜的辦法來去對沼氣進行進一步的提純。我們在對沼氣使用膜分離技術來進行提純操作時，主要的要去注意兩個重要的問題。第一是在膜分離操作時，發生的溫度降低的有關方面的相關性問題。在膜分離設備對沼氣進行提純的過程里，會伴隨著焦爾-湯姆遜這種現象的發生，最后會導致其膜的兩邊的氣體會出現明顯的溫度降低的現象。對于其溫度的明顯的下降，之后會導致氣體的相關的熱動力學系列的特性包括一些傳導物質的特點都會發生嚴重的改變，最后可能會引起膜的氣體的滲透性發生顯著的降低。另外，是有關于膜會出現增塑化這一類型的問題。如果我們讓膜一直的處于高壓環境狀態之下，那么CO2之中物質會導致膜出現增塑化這種現象，最后會使得膜的滲透系數快速性的上升、而且會導致其性能會有著十分明顯的影響。所以我們在開展有關膜的選擇之時，我們要去選擇具備著有著高選擇性和有著抗塑化的性能十分強的材料。

3 對于膜技術在沼氣提純里的重點問題

我們想要去增強膜法沼氣相關聯的提純技術，以及提升氣體分離在進行回收過程之中的效率。最后能夠去降低有關設備資金投入的費用，和減少自然能源浪費，那么我們就必須去把膜分離技術應用到沼氣的提純相關的領域。如今去使用膜法進行沼氣提純技術的應用，其關鍵性的問題，我們可以主要的去考慮這兩個方面：（1）我們在使用氣體的分離膜材料處在混合氣體的復雜條件之下，其膜對于氣體相關的選擇性，有關的滲透性以及對于氣體的長期的平穩性方面;（2）其次人們在使用膜分離工藝進行沼氣提純的過程。對于膜整體的產品方面的方案設計和相關的實際操作參數選擇方面的問題。對于沼氣的化學組成成分隨著發酵技術要求、原料質量、地點位置、季節氣候、這些方面的因素都帶有著十分明顯的波動性，而且對于氣體分離膜材料來說。它的相關的滲透系數和有關的分離系數都可能會受到混合氣體其化學成功的嚴重影響。對于沼氣來說，里面CO2含量相對來說是比較高的，可以在一定的壓力之下，會表現出有關的聚合物膜的材料發生“塑化”的現象，最后會導致其膜選擇性的性能降低。所以要想辦法去增強聚合物的膜能夠去抵抗“塑化”的有關性能也變化成了其膜材料和我們在進行膜研究生產方面的一個關鍵性目的。還有一個關于膜的重要參數，操作壓力，這個參數是在膜分離提純技術里具備十分關鍵性意義的參數。對于能夠去產生壓力的壓縮機，這個裝置是在膜分離裝置之中，對于能源的消耗來說，消耗的最多的裝置，這個裝置性能的好壞會導致整個設備運行過程的效率的好壞。因此我們在對應的工藝生產的過程之中需要去盡量的減少壓力的消耗，而且不要去使用數量十分多的壓縮機。

4 結語

我們在對于沼氣進行規模化的運營生產和進行高效的利用，這可以讓我們國家的總體性能源使用的總體結構得到進一步的優化。而且能夠使環境得到保護，以及促進社會的可持續發展。進一步的落實沼氣的規模化生產，包含了城市的污水有關處理、垃圾堆的清理、養殖場中的糞便清理、食品的加工原料的清理、對于農作物的秸稈有關方面的治理。如今在對于農村的城鎮化建設過程之中，這對于沼氣裝置的普及也有著一定的幫助作用。隨著時代的發展，對于使用膜法來進行沼氣提純，這項技術會將得到更加廣泛推廣以及應用。

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