沼气（脱硫脱碳）提纯并入城市燃气管网

膜分离沼气提纯（脱碳）技术详解 膜分离技术利用气体组分在膜材料中的渗透速率差异实现CO?与CH?的分离，具有设备紧凑、无化学消耗、操作灵活等优势，适用于中小规模沼气提纯（50~2000 Nm?/h）。 1. 技术原理 渗透机制： CO?、H?O等极性分子在膜中的渗透速率远高于CH?（CO?/CH?选择性可达50:1）。 高压侧（原料气）中CO?快速透过膜，低压侧（渗透气）富集CO?，高压侧剩余气体（滞留气）为高纯度CH?。 分离效率： 单级膜CH?纯度可达80~90%，多级串联或循环工艺可提升至95~99%。 2. 核心设备组成 组件 功能 预处理系统 去除H?S（<100 ppm）、颗粒物、油雾、水蒸气（露点<-40℃），防止膜污染。 压缩机 提高原料气压力（通常6~20 bar），增强分离驱动力。 膜分离单元 核心组件，含中空纤维或螺旋卷式膜组，材料多为聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSF）等。 真空泵 在渗透侧抽真空（可选），提高CO?渗透效率。 控制系统 自动化调节压力、流量、温度，优化分离效率。 3. 工艺流程 （1）单级膜分离 沼气 → 预处理 → 压缩 → 膜分离 → CH?（滞留气，纯度85~90%） ↘ CO?（渗透气，可回收或排放） 特点：简单、成本低，适合低纯度需求场景。 （2）多级膜串联/循环 沼气 → 预处理 → 压缩 → 一级膜 → 二级膜 → 高纯CH?（>95%） ↘ 渗透气返回压缩机或排放 特点：通过级联提高CH?回收率（>98%），但投资和能耗增加。 4. 关键性能参数 操作压力 6~20 bar 压力↑→分离效率↑，但能耗↑ 温度 20~50℃ 高温可能降低膜选择性 CH?回收率 单级85~90%，多级>95% 与膜面积、级数正相关 膜寿命 3~8年（取决于预处理效果） H?S、水蒸气会加速老化 5. 技术优势与局限 优势 无化学药剂：避免吸收法的废液处理问题。 模块化设计：易于扩容，适合分布式沼气工程。 快速启停：适应间歇性产气的沼气项目。 局限 预处理要求高：H?S、硅氧烷等会不可逆损伤膜材料。 CH?损失风险：单级膜CH?可能随渗透气流失（需优化工艺）。 投资成本较高：膜组件占总投资40~60%（但维护成本低）。 6. 应用案例 农业沼气：德国某农场采用两级膜分离，CH?纯度达98%，处理量200 Nm?/h。 垃圾填埋气：美国加州项目（膜+PSA组合），CH?回收率>99%，H?S<1 ppm。 工业废水沼气：国内某啤酒厂项目（预处理+膜分离），替代天然气锅炉燃料。 7. 选型建议 小规模（<500 Nm?/h）：优先选择膜分离。 含高浓度H?S：需前置生物脱硫或活性炭吸附。 高纯度需求（>97%）：结合PSA或化学吸收法二级处理。 8. 市场主流供应商 国际品牌：美国AP。 膜分离技术适合中小型、低杂质沼气的提纯，具有环保和操作优势，但需严格预处理。