新型沼气变压吸附提纯工艺研究

【摘要】：随着新能源开发和利用不断展开,沼气作为一种高燃烧效率、低污染的生物质能源,不仅满足我国日益增长的能源需求,而且对环境保护有重要意义。变压吸附提纯工艺具有操作简便、能耗低和低污染的优点,但是仍存在着吸附剂吸附效率低,工序参数选择难、产气纯度变化波动大等问题,因此选择和开发高效吸附剂,优化吸附塔结构,调整变压吸附工序,是提高变压吸附工作效率的关键因素。本文以从变压吸附提纯气体为目的,以沼气中脱除含硫化合物、CO2和N2为研究背景,分别测试常用活性炭和分子筛对沼气的吸附效果,并测试出最佳的工艺参数。在传统吸附塔的基础上优化塔底结构和对塔板进行设计,计算出集气罐容积,并对变压吸附过程进行模拟计算,最终利用本文的研究基础进行变压吸附工艺的工艺设计。 通过比较常用活性炭和比表面积为3325m2/g的活性炭对CO2/N2/CH4的吸附效果,同时通过Langmuir吸附等温方程进行关联,采用同样的方法测定几种沸石分子筛对混合气的分离效果,确定了变压吸附工艺选用的吸附剂为高比表面积活性炭和13X分子筛,操作条件为35℃、0.5Mpa,两种吸附剂的解析时间分别为200s和250s。 对传统变压吸附塔的塔内结构进行调整,并在塔底加入复合式挡板调节气流分布情况,塔内运行压力为-0.05-0.9Mpa压力,完成一个完整变压吸附工序时间为540s。采用adsim软件对塔高为3.2m,直径2.1m吸附塔的变压吸附过程进行模拟,根据产气流量设计体积为614.24L的储气罐。在此基础上,规划设计了新型沼气变压吸附工艺厂区布置图纸。 采用该工艺对沼气进行变压吸附处理,得到最终产气中甲烷纯度为99.32%,回收率为92.12%,较国内外高出7个百分点。固定成本为808.2万元,第二年开始实现500万盈利,经济效益显著。 【关键词】：沼气 变压吸附 活性炭 吸附塔优化
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S216.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 沼气净化工艺简介9-12
• 1.1.1 国内外沼气净化工艺9-10
• 1.1.2 沼气净化工艺存在问题10-12
• 1.2 变压吸附气体提纯工艺研究进展12-20
• 1.2.1 变压吸附工艺关键技术12-16
• 1.2.2 沼气变压吸附工艺研究进展16-20
• 1.2.3 沼气变压吸附工艺中存在的问题20
• 1.3 研究内容与目标20-22
• 1.3.1 研究意义20
• 1.3.2 研究内容20-21
• 1.3.3 研究目标21-22
• 第二章 沼气变压吸附分离中吸附剂性能测试及比选22-44
• 2.1 吸附剂性能测试指标与方法22-26
• 2.2 吸附剂性能测试设备及步骤26-28
• 2.3 吸附剂测试结果讨论28-43
• 2.3.1 活性炭吸附性能分析28-35
• 2.3.2 分子筛吸附性能分析35-41
• 2.3.3 相关吸附剂解吸性能分析41-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 新型沼气变压吸附工艺开发及优化44-65
• 3.1 基本工艺流程简介44
• 3.2 变压吸附工艺流程设计及优化44-57
• 3.2.1 预处理工艺流程设计及优化45-46
• 3.2.2 变压吸附脱碳工艺设计及优化46-57
• 3.3 工艺运行结果分析57-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第四章 新型沼气变压吸附工艺系统设计及分析65-75
• 4.1 方案背景与意义65
• 4.2 方案技术方案设计65-66
• 4.3 关键设备选型66-68
• 4.3.1 关键设备主要参数及报价66-67
• 4.3.2 关键设备及安放位置说明67-68
• 4.4 方案财务评价及风险分析68-74
• 4.4.1 建设投资估算68-69
• 4.4.2 工艺价值计算方法69
• 4.4.3 财务分析69-74
• 4.5 本章小结74-75
• 第五章 结论与展望75-77
• 5.1 结论75-76
• 5.2 展望76-77
• 参考文献77-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84-85
• 附件85

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