一种小型沼气净化与提纯装置的设计

2020-08-03华东阳常明亮

中国沼气 2020年3期

华东阳，王勇，常明亮

(西安石油大学石油工程学院，西安 710065)

我国自上世纪80年代以来开始大力推广农村沼气池的建设，旨在为农民提供清洁能源的同时处理农业废物[1]。沼气的主要成分为CH4,CO2,H2S[2-3]，如果沼气使用前未经过净化(脱除H2S)与提纯(脱除CO2)，不仅会降低沼气热值，影响燃烧；H2S和燃烧过程中产生的SO2也会对人体、灶具以及生态环境造成严重危害[4-6]。

本研究充分考虑农村用户需求，参考膜分离技术在石油化工领域的成熟经验，设计出一种小型沼气净化与提纯装置，已被国家知识产权局授予实用新型专利(专利号：201822136281.X)，并通过Aspen HYSYS软件验证本装置同时脱除H2S与CO2的可行性。

1 装置简介

1.1 膜分离技术简介

膜分离技术是当混合物与分离膜表面接触时，基于膜材料的选择透过性，实现不同种类分子分离的技术[11-12]。目前，该技术已被广泛应用于国外沼气化工领域[13]以及国内石油化工领域[14]。描述膜材料分离性能的参数主要为渗透系数和选择系数[15-16]。其中，渗透系数Pa是表征某组分a透过膜难易程度的物理量，见式(1)。Pa值越大，表示组分a越容易透过膜。

(1)

式中：P为渗透系数，GPU；q是渗透气的体积流量，cm3·s-1；l是膜厚度，cm；A是膜面积，cm2；p2是高压侧压力，Pa；p1是低压侧压力，Pa。

分离系数表征气体a相对于气体b通过膜的难易程度，以a、b两种气体的渗透系数之比表示，见式(2)。

(2)

式中：αa/b是气体组分a相对于组分b的分离系数，无因次；Pa是气体a的渗透系数，GPU；Pb是气体b的渗透系数，GPU。