[科普中國]-二段式吸收

壓力水洗技術(shù)已成為提純沼氣的關(guān)鍵技術(shù)之一。

二段式吸收塔能夠提高CO2吸收效果，當(dāng)沼氣處理量為10L·min-1，填料層高度為100cm，CO2含量小于3%時(shí)，與填料塔相比二段式吸收塔可以減少約12%的吸收液用量，并且采用110cm填料的二段式吸收塔獲得最佳的提純效果，CO2脫除率達(dá)到97.4%。

簡(jiǎn)介沼氣作為一種可再生能源，主要通過垃圾填埋、商業(yè)堆肥、廢水污泥厭氧發(fā)酵、動(dòng)物糞便厭氧發(fā)酵、農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)厭氧發(fā)酵獲得。其中主要含有甲烷（CH4，40%～70%）、二氧化碳（CO2，15%～60%）以及少量的硫化氫等。生物甲烷是通過對(duì)沼氣進(jìn)行凈化和提純處理后的高純度甲烷氣，其中CH4含量大于97%，CO2含量小于3%。生物甲烷具有清潔、可再生、高效、安全等特點(diǎn)，應(yīng)用于車用能源、化工原料、天然氣等方面。生物甲烷的有效利用不僅增加了沼氣產(chǎn)業(yè)的盈利，而且在改善我國能源結(jié)構(gòu)、緩解能源危機(jī)以及減少環(huán)境污染等方面具有積極作用。

目前，主要的沼氣提純技術(shù)有：有機(jī)胺吸收、膜分離、變壓吸附以及壓力水洗。其中有機(jī)胺吸收技術(shù)，雖然吸收效果較好，但是會(huì)帶來較高的吸收劑再生能耗，對(duì)于裝備的防腐性能提出了更高的要求。膜分離技術(shù)比較環(huán)保，操作簡(jiǎn)單，但是CH4的損失較大。變壓吸附技術(shù)提純效率較高，但是投資與操作費(fèi)用較高，CH4損失較大。壓力水洗技術(shù)作為一種物理吸收過程，主要是利用沼氣中CO2在水中的溶解度遠(yuǎn)高于CH4，大約是CH4的25倍，從而在較高壓力和較低溫度下脫除沼氣中的CO2。對(duì)比以上提純技術(shù)，壓力水洗技術(shù)以水作為吸收劑，相對(duì)廉價(jià)、環(huán)保，同時(shí)工藝過程穩(wěn)定、可靠，提純后的甲烷含量能達(dá)97%，可以滿足我國車用壓縮天然氣的要求。1

二段式吸收塔強(qiáng)化水洗技術(shù)提純沼氣過程沼氣提純的關(guān)鍵是脫除其中大部分的CO2。由于CH4是易燃易爆氣體，并且實(shí)驗(yàn)中使用的甲烷量較大，實(shí)際操作有很大的安全隱患，而CH4和氮?dú)猓∟2）在水中屬于難溶性氣體，一般可以采用N2或空氣與CO2混合來模擬沼氣。

針對(duì)吸收填料塔內(nèi)塔頂和塔底CO2含量的差異，首次采用二段式吸收塔來強(qiáng)化沼氣提純過程，即在塔底高濃度下采用填料分散吸收劑，在塔頂采用分散更好的噴霧來強(qiáng)化吸收。選取聚丙烯鮑爾環(huán)填料，同時(shí)將填料塔內(nèi)的普通噴頭更換為噴霧噴頭，普通噴頭由若干半徑1mm的小孔構(gòu)成，噴霧碰頭的噴嘴直徑1mm，噴霧角度為90°，噴霧的有效高度約為10cm，液體最大噴霧流量為3L·min-1，噴霧顆粒的平均直徑為30～40μm。選取4種不同噴淋方式對(duì)CO2脫除。當(dāng)填料層高度為100cm時(shí)，在相同液氣比下噴霧吸收比普通噴淋吸收對(duì)CO2脫除效果好，噴霧吸收時(shí)，達(dá)到提純要求所需的吸收劑用量為150L/h，普通噴淋吸收時(shí)的吸收劑用量為170L/h，與普通噴淋吸收相比，噴霧吸收減少了約12%的吸收劑用量。

吸收壓力和液氣比的增大、吸收溫度的降低及增加填料層高度有利于CO2的脫除。在吸收壓力0.8MPa，吸收溫度10℃，液氣比0.3時(shí)，達(dá)到最大脫除率96.7%。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

李斌 - 副教授 - 西南大學(xué)