利用膜吸收技术分离沼气中CO2.pdf

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1、第28卷第11期农业工程学报1962012年6月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．28No．1lJun．2012利用膜吸收技术分离沼气中C02晏水平，陈竞翱，艾平，王媛媛，张衍林(华中农业大学工学院，武汉430070)摘要：为了综合沼气C02化学吸收法和膜分离法技术的优点，采用疏水性聚丙烯中空纤维膜接触器作为反应器，以净化气中CH4体积分数、系统C02传质速率和能耗因子为丰要指标，研究了常压F乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和兰乙醇胺(TEA)吸收剂对模拟

2、沼气的C02分离性能。结果表明，膜C02吸收技术叮应用于沼气C02分离，当采用MEA作为吸收剂，且沼气流量为120L／11时，净化气中CH4体积分数可达97．8％，而沼气流量为300L，Il时，系统C02传质速率达到最高，为18．03mol／(m2．h)，且吸收剂的C02分离性能排序为：MEA>DEA>TEA>H20。能耗因子分析结果表明，0．175～0．20mol／mol为较优的MEA贫液C02负荷，DEA的气液比可选择16．7L／L。膜C02吸收系统的经济性分析结果显示，膜吸收系统具有较低的C02分离成本，且当沼气工程规模由l000m3／d增

3、加到12000m3／d时，膜C02吸收系统的单位沼气C02分离成本将F降78．6％，达到O．50元／m3。该文研究结果呵对沼气的高效提纯提供参考。关键词：沼气，提纯，经济性分析，吸收剂，C02，中空纤维膜doi：10．3969／j．issn．10026819．2012．11．032中图分类号：S216．4文献标志码：A文章编号：10026819(2012)一11—0196—09晏水平，陈竞翱．艾平，等．利用膜吸收技术分离沼气中C02Ⅲ．农业工程学报．2012，28(11)：196--204．YallShuiping，ChenJing’ao，AiP

4、ing，eta1．C02removalfrombiogasbyusingmembraneabsorptiontechnology[J[．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(11)：196--204．(inChinesewithEnglishabstract)0引言据美国能源信息管理局2010年预测，到2035年，天然气在能源利用中的比例将大幅增加Ⅲ。但如何保证天然气的可持续和稳定供应已成为各国高度关注的焦点。

5、随着产业沼气的快速发展，基于沼气获得的生物天然气可在一定程度上缓解天然气的短缺【2。3j。同时，生物天然气是可再生能源，可实现C02的近零排放。厌氧发酵所产生的沼气要应用于工业生产，如作为车载燃料，其CH。体积分数应高于95％[41。冈此，必须对沼气进行提纯净化，尤其是大幅降低C02的浓度。沼气中CO：的脱除技术主要有高压水洗、变压吸附、物理吸收、化学吸收、膜分离和低温液化等技术1孓81。其中，膜分离技术具有占地小、易线性放大、操作柔性好和运行成本较低等优势，但其性能受制于膜对C02的选择性，且CH4损失大[5-6,91，而化学吸收法技术具有C0

6、2脱除效率高、CH。损失低和操作简单等优点，但投资高、能耗大【5】，因此结合2种技术而形成的膜C02吸收法技术将会融合2种技术的优点，有助十解决上述2种技术存在的缺点。目前膜吸收法技术在烟气C02脱除与天然气C02分离等领域研究较多【l叫4】，但在沼气提纯方面研究较岁”1。收稿H期：2011-09．16修订日期：2011-11．10项目基金：国家自然科学基金(51006044)：中央高校基本科研业务费号项资金资助(2011PY007)：华【fJ农业大学新教师基金(2009BQ011)作者简介：晏水平(1980一)，男(汉族)，湖北洪湖人。副教授，

7、博七，中国农业工程学会会员(E041700007M)。手要从事沼气高值化利片j和C02捕集技术研究。武汉华中农业大学L学院B306，430070。Email：yamhp(．孚mail．hzau．edu．∞．因此，本文以常见疏水性聚丙烯(polypropylene，PP)中空纤维膜接触器为C02吸收装置，以蒸馏水、乙醇胺(monoethanolamine，MEA)、二乙醇胺(diethanolamine，DEA)和三乙醇胺(triethanolamine，TEA)为吸收剂，研究了膜吸收法技术分离沼气中C02的可行性，并对气、液相关键操作参数的影响进

8、行了分析。1材料和方法1．1试验材料研究中，选择了蒸馏水和MEA、DEA、TEA作为C02吸收剂。MEA和TEA购置于天津博迪化工股份有