沼氣提純凈化工藝技術(shù)研究

祁智

摘 要：沼氣中的最主要的化學(xué)成分是CH4與CO2，我們可以把CO2將混合氣中進(jìn)行分離得到的一種高純度的甲烷氣被叫做生物天然氣。對(duì)于生物天然氣來(lái)說(shuō)，能夠去當(dāng)成石化天然氣的直接性的代替的生物性燃料。因?yàn)槿祟悓?duì)天然氣要求的數(shù)量的快速的上升，這導(dǎo)致使生物天然氣技術(shù)得到了快速發(fā)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(shù)的進(jìn)展，就膜分離法進(jìn)行了詳細(xì)的探討。通常來(lái)說(shuō)對(duì)沼氣進(jìn)行提純的方式方法有加壓水洗的方法、化學(xué)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(shù)在減少提純的成本與對(duì)提純系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，讓它變成為有著良好的發(fā)展前景的優(yōu)秀技術(shù)。這篇文章對(duì)于沼氣提純工藝的快速發(fā)展可以有一定的意義，以及給廣大公眾帶來(lái)一定的參考。

關(guān)鍵詞：沼氣;工藝;提純;天然氣

中圖分類號(hào)：TE642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）20-0007-02

這些年以來(lái)，我國(guó)對(duì)于沼氣的提純技術(shù)的發(fā)展和有關(guān)的設(shè)備領(lǐng)域探索研究進(jìn)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(xué)的吸收，和有關(guān)物理吸附以及提純這些方面。在此條件下。華北電力大學(xué)和中國(guó)石油大學(xué)對(duì)于天然氣有關(guān)的水合物的提純技術(shù)方面和對(duì)于甲烷的原位富集這些有關(guān)的方面開(kāi)展了探索。現(xiàn)在，我們國(guó)家在化學(xué)吸收、變壓性吸附有關(guān)的技術(shù)方面的研究，已經(jīng)去對(duì)于可進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用相關(guān)的提純技術(shù)設(shè)備開(kāi)展了進(jìn)一步的研究和探索。我國(guó)對(duì)于這些技術(shù)與世界上先進(jìn)的國(guó)家相互比較之下，中國(guó)對(duì)于此基礎(chǔ)性的研究，以及對(duì)于設(shè)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(shù)方面的區(qū)別。中國(guó)特別是在對(duì)于大量的中等的規(guī)模類型的沼氣工程，對(duì)其中所使用的配套的提純技術(shù)設(shè)備以及技術(shù)研發(fā)是十分不充分的，而且我國(guó)對(duì)于這方面的技術(shù)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(xué)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(duì)于沼氣和天然氣來(lái)說(shuō)，這兩種物質(zhì)，在其化學(xué)成分的含量大小，和有關(guān)的物理性特性，對(duì)于某些方面，都會(huì)有著十分明顯的不同。所以在很多情況之下，對(duì)于沼氣來(lái)說(shuō)是沒(méi)有辦法去完全的取代得天然氣位置的。我們對(duì)于這兩種物質(zhì)，通過(guò)對(duì)其化學(xué)成分的組成角度開(kāi)展進(jìn)一步的探究，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這兩種物質(zhì)的性質(zhì)方面不容，主要的是體現(xiàn)在這幾個(gè)方面：（1）首先，在天然氣里的CH4的相關(guān)的化學(xué)成分含量是明顯的要比沼氣高的;（2）其中天然氣中化學(xué)物質(zhì)CO2的相對(duì)含量的高低是要明顯的比沼氣要低的多的;（3）對(duì)于天然氣來(lái)說(shuō)，在天然氣的化學(xué)成分里還含有著某一類高碳?xì)浠衔铩Ｆ渲兄饕陌ū⒁摇⒍　⑽焱檫@些化學(xué)成分;（4）通常，在沼氣中含有的H2S的相對(duì)含量是明顯的要比天然氣含量上要相對(duì)來(lái)說(shuō)高的。對(duì)于上述的闡述，這些性質(zhì)上的不同會(huì)進(jìn)一步的導(dǎo)致對(duì)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(shù)，這些相關(guān)的參數(shù)都會(huì)有著明顯的不同。上述的原因就是導(dǎo)致這些不同的原因。一般來(lái)說(shuō)，其物質(zhì)的華白數(shù)一樣的兩種有關(guān)的燃?xì)獠拍軌蛉ミM(jìn)行替換。由于其天然氣中的華白數(shù)，對(duì)比于沼氣來(lái)說(shuō)。他的華白數(shù)的數(shù)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(zhì)的相對(duì)的華白數(shù)的數(shù)值。這是去進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)在兩者之間進(jìn)行替代的實(shí)現(xiàn)的有關(guān)的前提。我們只要去對(duì)沼氣中含有的CO2進(jìn)行消除，之后就可以幫助沼氣里的華白數(shù)的相對(duì)數(shù)值去進(jìn)一步的達(dá)到天然氣相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)沼氣中含有的CH4總的相對(duì)性含量能夠達(dá)到95%之上的水平，也就是說(shuō)對(duì)于其提純的沼氣中含有的華白數(shù)就可以去達(dá)到天然氣質(zhì)量要求的標(biāo)準(zhǔn)。所以要想去把沼氣進(jìn)行提純，其中的關(guān)鍵性的問(wèn)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(duì)沼氣開(kāi)展提純以及生產(chǎn)，對(duì)于生物天然氣的提純技術(shù)，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(guān)的提純方法可以去分類為這幾種有關(guān)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(shù)里，其中采用PSA法、加壓水洗法、和胺吸收法這些方法，因?yàn)檫@些辦法的技術(shù)以及設(shè)備的成熟性比較的高，因此在沼氣提純市場(chǎng)中占有著主要的份額，在短時(shí)間之內(nèi)，對(duì)于目前的情況來(lái)說(shuō)，使用別的有關(guān)技術(shù)是無(wú)法去替代他們所占據(jù)的核心地位的。我們對(duì)于新材料的使用和探索，也轉(zhuǎn)變成為了在沼氣提純技術(shù)的研究和發(fā)展的過(guò)程之中的關(guān)鍵。我們通過(guò)對(duì)于發(fā)酵工藝來(lái)展開(kāi)發(fā)明和創(chuàng)造，可以去幫助到生物天然氣進(jìn)行進(jìn)一步的生產(chǎn)。對(duì)于如今的整體能源結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，是有著十分高度的復(fù)雜性和十分巨大的規(guī)模性的，其表現(xiàn)出了十分巨大的慣性，通常來(lái)說(shuō)規(guī)劃以及搭建新的能源的基礎(chǔ)性設(shè)施，需要去經(jīng)歷一個(gè)比較長(zhǎng)的實(shí)踐，所以在新能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)化和發(fā)展的經(jīng)歷過(guò)程中，都可能會(huì)碰到的一個(gè)關(guān)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(kāi)這一個(gè)障礙。

對(duì)于膜技術(shù)來(lái)說(shuō)，是被人們當(dāng)成是在21世紀(jì)的化學(xué)工業(yè)技術(shù)改造過(guò)程中，對(duì)于人類的發(fā)展十分重要的一種技術(shù)。有相關(guān)的研究人員曾經(jīng)說(shuō)到：假如有一個(gè)人能過(guò)真正的去理解以及明確了膜技術(shù)的應(yīng)用，那么他就掌握了其化學(xué)工業(yè)的未來(lái)。對(duì)于膜分離技術(shù)來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)是一種能夠去保護(hù)壞境，以及節(jié)省能源的新型的技術(shù)。有關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前有許多的歐美的國(guó)家在曾經(jīng)的幾年中，已經(jīng)有了十分多的利用膜法去進(jìn)行生物天然氣制取的有關(guān)工業(yè)裝置，而且其都已經(jīng)開(kāi)始投入了使用。對(duì)于利用膜分離技術(shù)這一新型的技術(shù)也開(kāi)始去慢慢的被行業(yè)內(nèi)的有關(guān)人員所承認(rèn).對(duì)于氣體的分離膜來(lái)說(shuō)，其含有模塊化以及小型化的特性。對(duì)于去進(jìn)移動(dòng)式沼氣的有關(guān)提純裝置的研發(fā)，能夠去把農(nóng)村中十分偏僻的地方的沼氣變化為天然氣。隨后對(duì)其提純氣體通過(guò)CNG輸送到汽車的加氣站里。在通過(guò)氣體來(lái)對(duì)沼氣進(jìn)行分離的，相關(guān)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(duì)的密度是十分的高的，所以人們經(jīng)常的去使用的元件是錢(qián)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(méi)有辦法去得到純度很高的CH4相對(duì)含量的高純度的沼氣的。通常還會(huì)伴隨著CH4發(fā)生流失的問(wèn)題。而且流失的量是十分的大的。因此我們?cè)趯?shí)際的工程之中一般會(huì)去采用多組膜來(lái)進(jìn)行整體的串聯(lián)。使用多組膜的辦法來(lái)去對(duì)沼氣進(jìn)行進(jìn)一步的提純。我們?cè)趯?duì)沼氣使用膜分離技術(shù)來(lái)進(jìn)行提純操作時(shí)，主要的要去注意兩個(gè)重要的問(wèn)題。第一是在膜分離操作時(shí)，發(fā)生的溫度降低的有關(guān)方面的相關(guān)性問(wèn)題。在膜分離設(shè)備對(duì)沼氣進(jìn)行提純的過(guò)程里，會(huì)伴隨著焦?fàn)?湯姆遜這種現(xiàn)象的發(fā)生，最后會(huì)導(dǎo)致其膜的兩邊的氣體會(huì)出現(xiàn)明顯的溫度降低的現(xiàn)象。對(duì)于其溫度的明顯的下降，之后會(huì)導(dǎo)致氣體的相關(guān)的熱動(dòng)力學(xué)系列的特性包括一些傳導(dǎo)物質(zhì)的特點(diǎn)都會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的改變，最后可能會(huì)引起膜的氣體的滲透性發(fā)生顯著的降低。另外，是有關(guān)于膜會(huì)出現(xiàn)增塑化這一類型的問(wèn)題。如果我們讓膜一直的處于高壓環(huán)境狀態(tài)之下，那么CO2之中物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致膜出現(xiàn)增塑化這種現(xiàn)象，最后會(huì)使得膜的滲透系數(shù)快速性的上升、而且會(huì)導(dǎo)致其性能會(huì)有著十分明顯的影響。所以我們?cè)陂_(kāi)展有關(guān)膜的選擇之時(shí)，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(qiáng)的材料。

3 對(duì)于膜技術(shù)在沼氣提純里的重點(diǎn)問(wèn)題

我們想要去增強(qiáng)膜法沼氣相關(guān)聯(lián)的提純技術(shù)，以及提升氣體分離在進(jìn)行回收過(guò)程之中的效率。最后能夠去降低有關(guān)設(shè)備資金投入的費(fèi)用，和減少自然能源浪費(fèi)，那么我們就必須去把膜分離技術(shù)應(yīng)用到沼氣的提純相關(guān)的領(lǐng)域。如今去使用膜法進(jìn)行沼氣提純技術(shù)的應(yīng)用，其關(guān)鍵性的問(wèn)題，我們可以主要的去考慮這兩個(gè)方面：（1）我們?cè)谑褂脷怏w的分離膜材料處在混合氣體的復(fù)雜條件之下，其膜對(duì)于氣體相關(guān)的選擇性，有關(guān)的滲透性以及對(duì)于氣體的長(zhǎng)期的平穩(wěn)性方面;（2）其次人們?cè)谑褂媚し蛛x工藝進(jìn)行沼氣提純的過(guò)程。對(duì)于膜整體的產(chǎn)品方面的方案設(shè)計(jì)和相關(guān)的實(shí)際操作參數(shù)選擇方面的問(wèn)題。對(duì)于沼氣的化學(xué)組成成分隨著發(fā)酵技術(shù)要求、原料質(zhì)量、地點(diǎn)位置、季節(jié)氣候、這些方面的因素都帶有著十分明顯的波動(dòng)性，而且對(duì)于氣體分離膜材料來(lái)說(shuō)。它的相關(guān)的滲透系數(shù)和有關(guān)的分離系數(shù)都可能會(huì)受到混合氣體其化學(xué)成功的嚴(yán)重影響。對(duì)于沼氣來(lái)說(shuō)，里面CO2含量相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較高的，可以在一定的壓力之下，會(huì)表現(xiàn)出有關(guān)的聚合物膜的材料發(fā)生“塑化”的現(xiàn)象，最后會(huì)導(dǎo)致其膜選擇性的性能降低。所以要想辦法去增強(qiáng)聚合物的膜能夠去抵抗“塑化”的有關(guān)性能也變化成了其膜材料和我們?cè)谶M(jìn)行膜研究生產(chǎn)方面的一個(gè)關(guān)鍵性目的。還有一個(gè)關(guān)于膜的重要參數(shù)，操作壓力，這個(gè)參數(shù)是在膜分離提純技術(shù)里具備十分關(guān)鍵性意義的參數(shù)。對(duì)于能夠去產(chǎn)生壓力的壓縮機(jī)，這個(gè)裝置是在膜分離裝置之中，對(duì)于能源的消耗來(lái)說(shuō)，消耗的最多的裝置，這個(gè)裝置性能的好壞會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的效率的好壞。因此我們?cè)趯?duì)應(yīng)的工藝生產(chǎn)的過(guò)程之中需要去盡量的減少壓力的消耗，而且不要去使用數(shù)量十分多的壓縮機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

我們?cè)趯?duì)于沼氣進(jìn)行規(guī)模化的運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)和進(jìn)行高效的利用，這可以讓我們國(guó)家的總體性能源使用的總體結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的優(yōu)化。而且能夠使環(huán)境得到保護(hù)，以及促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。進(jìn)一步的落實(shí)沼氣的規(guī)模化生產(chǎn)，包含了城市的污水有關(guān)處理、垃圾堆的清理、養(yǎng)殖場(chǎng)中的糞便清理、食品的加工原料的清理、對(duì)于農(nóng)作物的秸稈有關(guān)方面的治理。如今在對(duì)于農(nóng)村的城鎮(zhèn)化建設(shè)過(guò)程之中，這對(duì)于沼氣裝置的普及也有著一定的幫助作用。隨著時(shí)代的發(fā)展，對(duì)于使用膜法來(lái)進(jìn)行沼氣提純，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)將得到更加廣泛推廣以及應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李玉紅，馬小明.沼氣應(yīng)用技術(shù)新方向[J].中國(guó)沼氣，2006，24（4）：36-37.

[2] 陳小濟(jì)，魏建勤，李強(qiáng).對(duì)中國(guó)車用天然氣成分及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的分析研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2002，15（4）：109-113.

[3] 史立山.瑞典、丹麥、德國(guó)和意大利生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)利用考察報(bào)告[J].陽(yáng)光能源，2005（12）：53-55.

[4] 張?zhí)m英.世界首列“沼氣火車”啟程[J].太陽(yáng)能，2005（6）：62.

[5] 中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，GB18047—2000：車用壓縮天然氣[S].國(guó)家工業(yè)機(jī)械局，2004：3.

[4] PattersonT，EstevesS，Dinsdale，etal.An evaluation of the policy and techno-economic factors affecting the potential for biogas upgrading for transport fuel use in the UK[J].Energy Policy，2011，39（3）：1806-1816.