沼气提纯净化工艺技术研究

祁智

摘 要：沼气中的最主要的化学成分是CH4与CO2，我们可以把CO2将混合气中进行分离得到的一种高纯度的甲烷气被叫做生物天然气。对于生物天然气来说，能够去当成石化天然气的直接性的代替的生物性燃料。因为人类对天然气要求的数量的快速的上升，这导致使生物天然气技术得到了快速发展。本文章论述了沼气和天然气之间的差别，以及沼气提纯之后是否能去代替天然气，描述了其沼气提纯技术的进展，就膜分离法进行了详细的探讨。通常来说对沼气进行提纯的方式方法有加压水洗的方法、化学吸收的方法、以及膜分离的方法、变压吸附的方法、低温分离方法，其膜分离技术在减少提纯的成本与对提纯系统进行简化，让它变成为有着良好的发展前景的优秀技术。这篇文章对于沼气提纯工艺的快速发展可以有一定的意义，以及给广大公众带来一定的参考。

关键词：沼气;工艺;提纯;天然气

中图分类号：TE642 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）20-0007-02

这些年以来，我国对于沼气的提纯技术的发展和有关的设备领域探索研究进行了十分多的科研方面的工作，这些工作最多的是汇聚在化学的吸收，和有关物理吸附以及提纯这些方面。在此条件下。华北电力大学和中国石油大学对于天然气有关的水合物的提纯技术方面和对于甲烷的原位富集这些有关的方面开展了探索。现在，我们国家在化学吸收、变压性吸附有关的技术方面的研究，已经去对于可进行商业化应用相关的提纯技术设备开展了进一步的研究和探索。我国对于这些技术与世界上先进的国家相互比较之下，中国对于此基础性的研究，以及对于设备的成套化模式的研究和探索这这些重要的方面还存在着十分大的技术方面的区别。中国特别是在对于大量的中等的规模类型的沼气工程，对其中所使用的配套的提纯技术设备以及技术研发是十分不充分的，而且我国对于这方面的技术同样是大大的缺乏的。

1 沼气和天然气组分特性的比较

即使在化学成分方面，其沼气以及天然气的核心的，能够燃烧的部分都是CH4，但是对于沼气和天然气来说，这两种物质，在其化学成分的含量大小，和有关的物理性特性，对于某些方面，都会有着十分明显的不同。所以在很多情况之下，对于沼气来说是没有办法去完全的取代得天然气位置的。我们对于这两种物质，通过对其化学成分的组成角度开展进一步的探究，通过研究发现，这两种物质的性质方面不容，主要的是体现在这几个方面：（1）首先，在天然气里的CH4的相关的化学成分含量是明显的要比沼气高的;（2）其中天然气中化学物质CO2的相对含量的高低是要明显的比沼气要低的多的;（3）对于天然气来说，在天然气的化学成分里还含有着某一类高碳氢化合物。其中主要的包括丙、乙、丁、戊烷这些化学成分;（4）通常，在沼气中含有的H2S的相对含量是明显的要比天然气含量上要相对来说高的。对于上述的阐述，这些性质上的不同会进一步的导致对于这两种气体燃料，在其材料的热值、材料的密度和材料的华白数，这些相关的参数都会有着明显的不同。上述的原因就是导致这些不同的原因。一般来说，其物质的华白数一样的两种有关的燃气才能够去进行替换。由于其天然气中的华白数，对比于沼气来说。他的华白数的数值是比沼气要1倍大小的。所以，如果我们想要去降低这两种物质的相对的华白数的数值。这是去进一步的实现在两者之间进行替代的实现的有关的前提。我们只要去对沼气中含有的CO2进行消除，之后就可以帮助沼气里的华白数的相对数值去进一步的达到天然气相关的标准。假设沼气中含有的CH4总的相对性含量能够达到95%之上的水平，也就是说对于其提纯的沼气中含有的华白数就可以去达到天然气质量要求的标准。所以要想去把沼气进行提纯，其中的关键性的问题就是要去消除在沼气里中具有的CO2，除此以外，还有着H2S。我们要去对沼气开展提纯以及生产，对于生物天然气的提纯技术，按照提纯的方法和原理的不相同或。我们可以去沼气的相关的提纯方法可以去分类为这几种有关的方法：比如使用吸附方法、吸收方法、低温的分离方法、以及膜分离方法。

2 膜分离法提纯沼气

在沼气提纯的技术里，其中采用PSA法、加压水洗法、和胺吸收法这些方法，因為这些办法的技术以及设备的成熟性比较的高，因此在沼气提纯市场中占有着主要的份额，在短时间之内，对于目前的情况来说，使用别的有关技术是无法去替代他们所占据的核心地位的。我们对于新材料的使用和探索，也转变成为了在沼气提纯技术的研究和发展的过程之中的关键。我们通过对于发酵工艺来展开发明和创造，可以去帮助到生物天然气进行进一步的生产。对于如今的整体能源结构来说，是有着十分高度的复杂性和十分巨大的规模性的，其表现出了十分巨大的惯性，通常来说规划以及搭建新的能源的基础性设施，需要去经历一个比较长的实践，所以在新能源产业进行转化和发展的经历过程中，都可能会碰到的一个关键性的阻碍。使用沼气提纯加工成生物天然气以后，能够去完全代替天然气，这可以去避开这一个障碍。

对于膜技术来说，是被人们当成是在21世纪的化学工业技术改造过程中，对于人类的发展十分重要的一种技术。有相关的研究人员曾经说到：假如有一个人能过真正的去理解以及明确了膜技术的应用，那么他就掌握了其化学工业的未来。对于膜分离技术来说，这种技术是一种能够去保护坏境，以及节省能源的新型的技术。有关调查发现，目前有许多的欧美的国家在曾经的几年中，已经有了十分多的利用膜法去进行生物天然气制取的有关工业装置，而且其都已经开始投入了使用。对于利用膜分离技术这一新型的技术也开始去慢慢的被行业内的有关人员所承认.对于气体的分离膜来说，其含有模块化以及小型化的特性。对于去进移动式沼气的有关提纯装置的研发，能够去把农村中十分偏僻的地方的沼气变化为天然气。随后对其提纯气体通过CNG输送到汽车的加气站里。在通过气体来对沼气进行分离的，相关的膜元件一般有着这三种类型，其主要包含这螺旋状形元件、空心纤维元件、包括封套类型的元件。但是第三种原件的堆积的相队的密度是十分的高的，所以人们经常的去使用的元件是钱两类的膜元件。如果我们仅仅的去使用唯一的膜组件，使用一种单一的方式，是没有办法去得到纯度很高的CH4相对含量的高纯度的沼气的。通常还会伴随着CH4发生流失的问题。而且流失的量是十分的大的。因此我们在实际的工程之中一般会去采用多组膜来进行整体的串联。使用多组膜的办法来去对沼气进行进一步的提纯。我们在对沼气使用膜分离技术来进行提纯操作时，主要的要去注意两个重要的问题。第一是在膜分离操作时，发生的温度降低的有关方面的相关性问题。在膜分离设备对沼气进行提纯的过程里，会伴随着焦尔-汤姆逊这种现象的发生，最后会导致其膜的两边的气体会出现明显的温度降低的现象。对于其温度的明显的下降，之后会导致气体的相关的热动力学系列的特性包括一些传导物质的特点都会发生严重的改变，最后可能会引起膜的气体的渗透性发生显著的降低。另外，是有关于膜会出现增塑化这一类型的问题。如果我们让膜一直的处于高压环境状态之下，那么CO2之中物质会导致膜出现增塑化这种现象，最后会使得膜的渗透系数快速性的上升、而且会导致其性能会有着十分明显的影响。所以我们在开展有关膜的选择之时，我们要去选择具备着有着高选择性和有着抗塑化的性能十分强的材料。

3 对于膜技术在沼气提纯里的重点问题

我们想要去增强膜法沼气相关联的提纯技术，以及提升气体分离在进行回收过程之中的效率。最后能够去降低有关设备资金投入的费用，和减少自然能源浪费，那么我们就必须去把膜分离技术应用到沼气的提纯相关的领域。如今去使用膜法进行沼气提纯技术的应用，其关键性的问题，我们可以主要的去考虑这两个方面：（1）我们在使用气体的分离膜材料处在混合气体的复杂条件之下，其膜对于气体相关的选择性，有关的渗透性以及对于气体的长期的平稳性方面;（2）其次人们在使用膜分离工艺进行沼气提纯的过程。对于膜整体的产品方面的方案设计和相关的实际操作参数选择方面的问题。对于沼气的化学组成成分随着发酵技术要求、原料质量、地点位置、季节气候、这些方面的因素都带有着十分明显的波动性，而且对于气体分离膜材料来说。它的相关的渗透系数和有关的分离系数都可能会受到混合气体其化学成功的严重影响。对于沼气来说，里面CO2含量相对来说是比较高的，可以在一定的压力之下，会表现出有关的聚合物膜的材料发生“塑化”的现象，最后会导致其膜选择性的性能降低。所以要想办法去增强聚合物的膜能够去抵抗“塑化”的有关性能也变化成了其膜材料和我们在进行膜研究生产方面的一个关键性目的。还有一个关于膜的重要参数，操作压力，这个参数是在膜分离提纯技术里具备十分关键性意义的参数。对于能够去产生压力的压缩机，这个装置是在膜分离装置之中，对于能源的消耗来说，消耗的最多的装置，这个装置性能的好坏会导致整个设备运行过程的效率的好坏。因此我们在对应的工艺生产的过程之中需要去尽量的减少压力的消耗，而且不要去使用数量十分多的压缩机。

4 结语

我们在对于沼气进行规模化的运营生产和进行高效的利用，这可以让我们国家的总体性能源使用的总体结构得到进一步的优化。而且能够使环境得到保护，以及促进社会的可持续发展。进一步的落实沼气的规模化生产，包含了城市的污水有关处理、垃圾堆的清理、养殖场中的粪便清理、食品的加工原料的清理、对于农作物的秸稈有关方面的治理。如今在对于农村的城镇化建设过程之中，这对于沼气装置的普及也有着一定的帮助作用。随着时代的发展，对于使用膜法来进行沼气提纯，这项技术会将得到更加广泛推广以及应用。

参考文献

[1] 李玉红，马小明.沼气应用技术新方向[J].中国沼气，2006，24（4）：36-37.

[2] 陈小济，魏建勤，李强.对中国车用天然气成分及技术标准的分析研究[J].中国公路学报，2002，15（4）：109-113.

[3] 史立山.瑞典、丹麦、德国和意大利生物质能开发利用考察报告[J].阳光能源，2005（12）：53-55.

[4] 张兰英.世界首列“沼气火车”启程[J].太阳能，2005（6）：62.

[5] 中华人民共和国机械行业标准，GB18047—2000：车用压缩天然气[S].国家工业机械局，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.