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CO₂降低了沼氣的能量密度，通過去除CO₂可以提高單位體積氣體的能量值，此外，去除CO₂也可以提高沼氣品質(zhì)。如果所用的沼氣需要達(dá)到天然氣標(biāo)準(zhǔn)或者被用作汽車燃料，那么就必須對其中的CO₂進(jìn)行去除；如果只作為一般的沒有特殊要求的用途，則沒有必要脫除CO₂。

采用物理溶劑吸收CO₂，沒有形成新的化合物。其中一種方法采用甲醇作為吸收劑，其工藝特點是不會加濕原料并且再生能耗低。在再生階段，CO₂從物理溶劑中閃蒸出來，貧溶劑用泵打回吸收塔。

物理溶劑吸收法特別適合重?zé)N含量少的貧氣，這是因為甲烷在甲醇中的溶解度只是CO₂在甲醇中溶解度的40%，而丙烷在甲醇中的溶解度與CO₂的相近，因此需要一個循環(huán)系統(tǒng)以提高氣體的回收率。

物理溶劑吸收法還可采用無水碳酸丙烯脂等溶劑，但從目前的大中型沼氣工程的投資和效益來考慮，還是不適用的。

(1)水洗法
水洗法是利用CO₂和H₂S在水中溶解度與甲烷的差異，通過物理吸收過程，實現(xiàn)CO₂和H₂S與甲烷的分離。通常沼氣經(jīng)壓縮后從吸收柱底部進(jìn)入，水從頂部進(jìn)人進(jìn)行反相流動吸收。為提高CO₂在水中的溶解度，水洗工藝一般采用較高壓力，吸收了CO₂和H₂S的水可以再生循環(huán)使用，可以在吸收柱中通過減壓或者用空氣吹脫再生，增加了運行成本。

吸收過程需要大量純化工業(yè)用水，產(chǎn)生的廢水需進(jìn)行回收處理，凈化后氣體也需干燥處理，設(shè)備比較復(fù)雜。此外，當(dāng)水中的H₂S濃度比較高的時候，一般不推薦使用空氣吹脫，因為水很快又會被硫污染。如果有廢水可以利用，不推薦對水進(jìn)行再生。

(2)聚乙二醇洗滌法
聚乙二醇洗滌和水洗一樣也是一個物理吸收過程?，F(xiàn)多采用一種商品名為Selexol的溶劑，主要成分為二甲基聚乙烯乙二醇。和在水中一樣，CO₂和H₂S在Selexol溶劑中的溶解度比甲烷大，不同之處是CO₂和H₂S在Selexol溶劑中的溶解度比水中大，這樣所需Selexol的量也會減少，更加經(jīng)濟(jì)和節(jié)能。另外，水和鹵代烴(填埋場沼氣中的成分)也可以用Selexol洗滌去除。

可以使用水蒸氣或者惰性氣體(凈化后的沼氣和天然氣) 吹脫Selexol中的元素硫，但是不推薦使用空氣。

(3) 膜分離法

氣體膜分離技術(shù)的基本原理是根據(jù)混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同，從而達(dá)到分離的目的。

膜法分離主要有兩種方法：一種是膜的兩邊都是氣相的高壓氣體分離；另一種是通過液體吸收擴(kuò)散穿過膜的分子的低壓氣相-液相吸收分離。

①高壓氣相分離法
將壓縮到3.6X10⁶帕的沼氣首先通過活性炭床以去除鹵代烴和H₂S，接著通入濾床和加熱器。膜是由醋酸纖維素制成，可以用來分離像CO₂，水蒸氣和殘留的H₂S等極性分子，它有一定的選擇性，即在不同的區(qū)域吸收H₂S和CO₂，但不能分離甲烷中的N₂。

經(jīng)驗表明，膜可以持續(xù)使用三年，在使用一年半后，因為萎縮的緣故，膜的滲透性會減少30%。

②氣相-液相吸收膜分離法

氣相-液相吸收膜工藝實質(zhì)是沼氣中的H₂S和CO₂分子穿過一個多孔的疏水膜在液相中被吸收去除，從吸收膜下方進(jìn)入的氣體，其中的H₂S和CO₂分子能夠擴(kuò)散穿過膜，然后被相反方向流過的液體吸收，吸收膜在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下工作。

在25~35℃，可以非常有效地把沼氣中的H₂S濃度從2%減少到小于250ml/m3，液相的吸收劑可以用NaOH溶液。

由于氣體分離效率多受膜材料、氣體組成、壓差、分離系數(shù)以及溫度等多種因素的影響，且對原料氣的清潔度有一定要求，膜組件價格昂貴，膜分離法中使用的膜需要經(jīng)常更換，運行成本較高。因此，氣體膜分離法一般不單獨使用，常和溶劑吸收、變壓吸附、深冷分離、滲透蒸發(fā)等工藝聯(lián)合使用。

化學(xué)吸收法是利用二氧化碳和吸收液之間的化學(xué)反應(yīng)將二氧化碳從排氣中分離出來，常用的有熱鉀堿法、有機(jī)胺吸收法、石灰水溶液吸收法、氨水法等。

化學(xué)吸收法設(shè)備成本低、操作簡便、凈化效果好，但能耗較高，存在廢液處理問題，而且常用的吸收劑有機(jī)胺在一定程度上存在著毒性，不利于吸收的二氧化碳再利用。

(1)熱鉀堿吸收法
熱鉀堿法是有效去除二氧化碳的方法，特別適合低含量或不含H2S的氣體(沼氣)，其原理為利用少量有機(jī)物或大量無機(jī)物作為熱碳酸鉀法的活化劑，以去除二氧化碳。

包括二氧化碳的吸收過程和溶劑的再生反應(yīng)過程。由于兩個反應(yīng)過程互為可逆反應(yīng)，所以其吸收效率相對較低。若要提高其吸收效率則需要加大容器的體積，而且經(jīng)氣水分離出的CO₂氣體可能含有極微量對人體有害的砷化物，因此必須加以清除。清除的方法是利用KMnO₄、Na₂CO₃、分子篩及活性炭等化學(xué)或物理吸附去除。

通過以上分析，采用熱鉀堿吸收法時要增加一個過濾程序?qū)⒃撐辗椒óa(chǎn)生的有害物質(zhì)脫除。

熱鉀堿吸收法的缺點是氣體不僅被加濕，而且還被加熱，這可能引起相當(dāng)大的熱量浪費，特別是下游氣體要冷卻以分離NGL或LPG，且熱鉀堿也不是很活潑。

因此，當(dāng)產(chǎn)品要求的CO₂濃度低時就需要采用兩級吸收法以達(dá)到要求。熱鉀堿吸收法最適合從高濃度的原料氣中大量脫除CO₂，另一個好處是吸收劑成本相對低。

(2)石灰水溶液吸收法

石灰水溶液吸收法脫除沼氣中的二氧化碳，主要利用二氧化碳與氫氧化鈣水溶液生成碳酸鈣沉淀，從而去除沼氣中的二氧化碳。

這種工藝的特點是成本較低，相對來說石灰的成本也較低。所以，脫除二氧化碳的原料獲取方便，成本低。凈化產(chǎn)物是碳酸鈣和水，沒有造成二次污染。所以，采用石灰水溶液脫除沼氣中的二氧化碳是一種較為經(jīng)濟(jì)和有前途的方法。

(3) 氨水法吸收

氨水法既可以除掉CO₂，又可以除掉H₂S。其主要缺點是脫硫過程要在加壓裝置下完成，這就增加了運行成本。

(4) 有機(jī)胺吸收法

最普遍的溶劑是胺基溶劑，許多化合物都利用它來脫除酸性氣體，如一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和二異丙醇胺，它們活性強(qiáng)而不僅限于CO₂脫除。這些胺類溶劑也適合脫除其他酸性種類，如H₂S。目前主要溶劑是甲基二乙醇胺，如果其他雜質(zhì)需要脫除，可以由更具活性的二胺激活。

變壓吸附(PSA) 法用于混合氣中某種氣體的分離與精制。吸附的工藝原理是利用吸附劑對不同氣體的吸附力不同，不同氣體在吸附劑上的吸附能力差異、擴(kuò)散速率的不同(如N₂、O₂分離) 或氣體分子大小不同來實現(xiàn)選擇性吸附氣體混合物中的某種組分，使之與其他氣體得到分離。

同時，組分的吸附量受溫度、壓力影響，當(dāng)溫度升高時吸附量減小，溫度降低時吸附量增加，而當(dāng)壓力升高時吸附量增加，壓力降低時吸附量減少。

變壓吸附法沼氣提純系統(tǒng)是利用脫碳吸附劑將沼氣中的CH₄、CO₂以及N₂等氣體進(jìn)行分離，從而達(dá)到提純CH₄的目的。因氣體中某些微量組分如硫化物、氨化物、烴類氯化物在吸附劑上的吸附力都比CO₂強(qiáng)，所以對氣體的來源要求非常嚴(yán)格。比如要求待分離混合氣體含塵質(zhì)量濃度低于5毫克/米³，CO₂的體積分?jǐn)?shù)高，約為25%以上，所以變壓吸附法能耗高，成本價格偏高，設(shè)備較復(fù)雜，一般要求選擇合適的吸附劑，而且需要多臺吸附器并聯(lián)使用，以保證整個過程的連續(xù)性，并多在高壓或低壓下操作，對設(shè)備要求高。但其具有耐磨性能好，一般可以使用10年以上。

厭氧消化裝置中氣相的沼氣經(jīng)常處于水飽和狀態(tài)，沼氣會攜帶大量水分，使之具有較高的濕度。沼氣中的水分有下列不良影響: 
① 水分與沼氣中的硫化氫產(chǎn)生硫酸，腐蝕管道和設(shè)備; 

② 水分凝聚在檢查閥、安全閥、流量計等設(shè)備的膜片上影響其準(zhǔn)確性；

③ 水分能增大管路的氣流阻力，

④ 水分會降低沼氣燃燒的熱值。

因此，沼氣的輸配系統(tǒng)中應(yīng)采取脫水措施。根據(jù)沼氣用途不同，可用三種方法將沼氣中的水分去除。

冷分離法是利用壓力變化引起溫度變化，使蒸汽從氣相中冷凝的方法。常用的有2 種流程方法:

① 節(jié)流膨脹冷卻脫水法

該法一般用于高壓燃?xì)饨?jīng)過節(jié)流膨脹或低溫冷凝分離，使部分水冷凝下來。這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)但除水效果欠佳。

② 加壓后冷卻法

該法對于高、中溫沼氣為脫除部分蒸汽可進(jìn)行初步冷卻。冷卻方式有3 種，即管式間接冷卻、填料塔式直接冷卻和間直接混合冷卻。上述裝置需要冷卻源和熱交換器。

為了滿足不同脫硫劑合理量的要求，對高、中溫沼氣需要考慮適當(dāng)冷卻降溫，脫除沼氣中的部分蒸汽。為了避免沼氣在管道輸送過程中所析出的凝結(jié)水對金屬管路的腐蝕或堵塞閥門，常采用在管路的最低處安裝凝水器的方法，并將沼氣中冷凝下來的蒸汽聚積起來定期排除，以使其后的沼氣內(nèi)所含水分減少。

液體溶劑吸收法是沼氣經(jīng)過吸水性極強(qiáng)的溶液，使水分得以分離。屬于這類方法的脫水劑有氯化鈣、氧化鋰及甘醇類。

氯化鈣價格低廉，損失少，但與油類相遇時會乳化，溶液能產(chǎn)生電解腐蝕；與H₂S接觸又會發(fā)生沉淀，為此，目前該法已逐漸淘汰。

氧化鋰溶液吸水能力強(qiáng)，腐蝕性較小，不易加水分解，明顯優(yōu)于氯化鈣，但價格昂貴。

甘醇類脫水劑比其他類型脫水劑性能要優(yōu)越得多，二甘醇和三甘醇吸水性能都較強(qiáng)，因此，三甘醇使用最多，但該方法的主要缺點是初期投資較高。

固體物理吸收法根據(jù)表面力的性質(zhì)分為化學(xué)吸附(脫水后不能再生) 和物理吸附( 脫水后可再生)法。能用于沼氣脫水的有硅膠、氧化鎂、活性氧化鋁、分子篩以及復(fù)式固定干燥劑，后者綜合了多種干燥劑的優(yōu)點。

與溶液脫水比較，固體吸附脫水性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前者，能獲得露點極低的燃?xì)?；對燃?xì)鉁囟?、壓力、流量變化不敏感；設(shè)備簡單，便于操作；較少出現(xiàn)腐蝕及起泡等現(xiàn)象。

通常使用兩套裝置，當(dāng)一個工作的時候，另外一個可以再生。干燥劑的再生可以通過兩種途徑：一種是可以用一部分(3%~8%) 的高壓干燥氣體再生干燥劑，這部分氣體可以重新回流至壓縮機(jī)入口；另外一種是在常壓下，用空氣和真空泵來再生干燥劑，此法會把空氣混入沼氣中，一般不會用。此外，物理吸附法中的干燥劑的吸附和再生要交替進(jìn)行，影響了其連續(xù)性操作。