【摘 要】
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沼气作为一种绿色可再生的能源,因其中CO2含量高而难以广泛利用,造成资源浪费和环境污染。水合物法气体分离技术,具有操作简单、无污染等特点,可用于脱除沼气中的CO2。利用水合物法进行沼气脱碳的研究对于沼气的开发利用具有重要意义。本文探讨了利用水合物法、吸收法、膜分离法进行沼气脱碳的能量消耗,并根据不同技术的优缺点进行工艺耦合,并以能耗指数（ECI）为评价指标进行了优化。本文选择广州某垃圾填埋厂的填埋
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沼气作为一种绿色可再生的能源,因其中CO2含量高而难以广泛利用,造成资源浪费和环境污染。水合物法气体分离技术,具有操作简单、无污染等特点,可用于脱除沼气中的CO2。利用水合物法进行沼气脱碳的研究对于沼气的开发利用具有重要意义。本文探讨了利用水合物法、吸收法、膜分离法进行沼气脱碳的能量消耗,并根据不同技术的优缺点进行工艺耦合,并以能耗指数（ECI）为评价指标进行了优化。本文选择广州某垃圾填埋厂的填埋沼气（67mol%CH4/33mol%CO2）为研究对象,沼气规模为1100×10~4 Nm~3/年。利用Aspen进行水合物法沼气脱碳工艺的模拟。结果表明,利用水合物法进行沼气脱碳,压缩单元能耗占工艺总能耗的83.37%;通过回收产品气中的能量来降低整体能耗。能量回收后,整体工艺能耗降低至281.98 k W,CH4回收能耗降至0.31 k Wh/kg CH4,ECI值为11.08。利用醇胺吸收法进行沼气脱碳,结果表明,再生塔再沸器和气体压缩单元能耗分别占据总能耗的74.05%、24.90%。将压缩后的高温原料气用于预热甲基二乙醇胺（MDEA）富液。能量回收优化后整体吸收工艺能耗降低至820.51 k W,CH4回收能耗降至0.77 k Wh/kg CH4,ECI值为22.06;利用膜分离法进行沼气脱碳,该处理量下一级、二级和三级的最优膜面积分别为12000 m~2、2000m~2、4000m~2。气体压缩单元能耗占工艺总能耗的98.76%,工艺总能耗为253.21 k W,CH4回收能耗为0.24 k Wh/kg CH4,ECI值为7.16。根据以上结果,构建了水合物-吸收耦合、水合物-膜分离耦合沼气脱碳工艺,并对耦合工艺进行了能耗分析。结果表明,耦合工艺可以有效提高水合分离工艺的气体回收率和产品气浓度。与单吸收工艺相比,耦合工艺中的水合分离单元降低了气体吸收量,吸收液再生能耗降低了88.91%;与膜分离工艺相比,水合物-膜分离耦合降低了膜分离单元的气体负荷,膜面积从18000降至6900 m~2。优化后水合物-吸收耦合工艺能耗为346.88 k W,CH4回收能耗为0.37 k Wh/kg CH4,ECI值为10.76;水合物-膜分离耦合工艺能耗为309.56 k W,CH4回收能耗为0.34 k Wh/kg CH4,ECI值为10.65。本文研究结果表明,水合物分离工艺与其他分离工艺的耦合可实现更高效、低耗、低成本的沼气脱碳。
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