[科普中国]-二段式吸收

压力水洗技术已成为提纯沼气的关键技术之一。

二段式吸收塔能够提高CO2吸收效果，当沼气处理量为10L·min-1，填料层高度为100cm，CO2含量小于3%时，与填料塔相比二段式吸收塔可以减少约12%的吸收液用量，并且采用110cm填料的二段式吸收塔获得最佳的提纯效果，CO2脱除率达到97.4%。

简介沼气作为一种可再生能源，主要通过垃圾填埋、商业堆肥、废水污泥厌氧发酵、动物粪便厌氧发酵、农产品行业厌氧发酵获得。其中主要含有甲烷（CH4，40%～70%）、二氧化碳（CO2，15%～60%）以及少量的硫化氢等。生物甲烷是通过对沼气进行净化和提纯处理后的高纯度甲烷气，其中CH4含量大于97%，CO2含量小于3%。生物甲烷具有清洁、可再生、高效、安全等特点，应用于车用能源、化工原料、天然气等方面。生物甲烷的有效利用不仅增加了沼气产业的盈利，而且在改善我国能源结构、缓解能源危机以及减少环境污染等方面具有积极作用。

目前，主要的沼气提纯技术有：有机胺吸收、膜分离、变压吸附以及压力水洗。其中有机胺吸收技术，虽然吸收效果较好，但是会带来较高的吸收剂再生能耗，对于装备的防腐性能提出了更高的要求。膜分离技术比较环保，操作简单，但是CH4的损失较大。变压吸附技术提纯效率较高，但是投资与操作费用较高，CH4损失较大。压力水洗技术作为一种物理吸收过程，主要是利用沼气中CO2在水中的溶解度远高于CH4，大约是CH4的25倍，从而在较高压力和较低温度下脱除沼气中的CO2。对比以上提纯技术，压力水洗技术以水作为吸收剂，相对廉价、环保，同时工艺过程稳定、可靠，提纯后的甲烷含量能达97%，可以满足我国车用压缩天然气的要求。1

二段式吸收塔强化水洗技术提纯沼气过程沼气提纯的关键是脱除其中大部分的CO2。由于CH4是易燃易爆气体，并且实验中使用的甲烷量较大，实际操作有很大的安全隐患，而CH4和氮气（N2）在水中属于难溶性气体，一般可以采用N2或空气与CO2混合来模拟沼气。

针对吸收填料塔内塔顶和塔底CO2含量的差异，首次采用二段式吸收塔来强化沼气提纯过程，即在塔底高浓度下采用填料分散吸收剂，在塔顶采用分散更好的喷雾来强化吸收。选取聚丙烯鲍尔环填料，同时将填料塔内的普通喷头更换为喷雾喷头，普通喷头由若干半径1mm的小孔构成，喷雾碰头的喷嘴直径1mm，喷雾角度为90°，喷雾的有效高度约为10cm，液体最大喷雾流量为3L·min-1，喷雾颗粒的平均直径为30～40μm。选取4种不同喷淋方式对CO2脱除。当填料层高度为100cm时，在相同液气比下喷雾吸收比普通喷淋吸收对CO2脱除效果好，喷雾吸收时，达到提纯要求所需的吸收剂用量为150L/h，普通喷淋吸收时的吸收剂用量为170L/h，与普通喷淋吸收相比，喷雾吸收减少了约12%的吸收剂用量。

吸收压力和液气比的增大、吸收温度的降低及增加填料层高度有利于CO2的脱除。在吸收压力0.8MPa，吸收温度10℃，液气比0.3时，达到最大脱除率96.7%。1

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李斌 - 副教授 - 西南大学