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CO_2_CH_4分离膜技术在沼气提纯中的应用研究进展_邹雪娜

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我国沼气提纯技术及生物天然气产业发展情况

我国沼气提纯技术及生物天然气产业发展情况

我国沼气提纯技术及生物天然气产业发展情况摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，生态文明建设、调整能源结构和低碳发展是我国当前和未来时代的特征，生物天然气因具有生态、环保和能源的三重属性，得到广泛的关注。

生物天然气是以农林废弃物和畜禽粪便为原料发酵后经提纯制取的天然气。

2015年国家发布农村沼气工程转型升级工作方案，标志着沼气大规模开发利用时代的到来，提倡高品位的生物天然气，倡导用现代技术手段建设规模化、商业化的大型生物天然气项目。

文章重点从我国生物天然气在国家政策、工艺装备和发展模式方面进行探讨，并提出行业未来发展的建议。

关键词：沼气提纯技术；生物天然气；产业发展引言随着我国现代化进程的推进，能源需求不断增加，能源消费仍以传统煤燃料为主。

但是大量的煤炭的使用会造成粉尘污染，破坏生态。

因此国家发改委在《能源发展“十三五”规划》中明确提出，“十三五”期间增加对天然气的使用，到2020年天然气消费比重力争达到10%。

但是我国天然气市场储存已无法满足其需求，造成天然气的对外依存度不断提高。

因此，可替代天然气的可再生能源的研究与开发受到了越来越多的关注。

尤其是将废弃生物质高效转化为生物天然气，具有保护环境和节能减排的多重意义。

沼气作为优质清洁能源，是对生物质能的高效益利用。

中国的沼气最早应用于20世纪20年代，用于农村家庭的炊事，经过近百年的发展，由幼稚走向成熟，当下正面临高速发展时期。

通过大量研究者的共同研究，发现并利用沼气的良好防爆性能，可以将沼气提纯到97%以上，从而达到车用燃气的标准，是目前沼气应用比较热门的方向。

沼气经过提纯后，热值更高，浓度为97%的甲烷气体可以满足天然气的供应要求，从而能够并入天然气管网。

因此，沼气在中国政府支持下正在逐渐发展成为可以替代传统化石燃料的清洁能源。

1沼气提纯技术1.1水洗法水洗法是一种物理方法，利用CO2和CH4在水中溶解度不同，通过物理吸收，实现CO2和CH4分离。

变压吸附技术在沼气提纯中的应用问题研究

变压吸附技术在沼气提纯中的应用问题研究

变压吸附技术在沼气提纯中的应用问题研究作者：李磊来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第03期摘要：我国现在经济发展迅速，但是在现在的经济发展形势下，对于资源的需求量在不断上涨，受到现在资源问题的制约，为了经济社会的长远发展，我们必须进行清洁能源的开发。

沼气资源是现在社会中极为重要的一种清洁资源，在社会中的利用技术也已经成熟，是现在经济发展中应该重点关注的能源，变压吸附技术能够进行沼气资源的提纯，有利于对于沼气资源的更好开发。

关键词：变压吸附技术；沼气提纯；应用；研究沼气资源在现在我国进行绿色经济转型发展的当下社会中具有重要意义，所以现在对于沼气提纯技术的发展更加重视，变压吸附在沼气提纯工作中能够起到显著的作用优势，是现在进行沼气提纯技术发展中的先进技术，对于这一技术的应用我们还要不断的进行探索，追求变压吸附技术在现在的提纯沼气工作中的更加便利更加高效的使用。

1 沼气应用目前在我国的发展状况分析我国经济发展经历了很长一段时间的野蛮发展，对于自然资源的消耗相当严重，现在我国经济的发展已经受到了日益消耗的资源的制约，现在为了保障经济社会的长远可持续发展，对于清洁资源的大量开发，已经成为现在经济发展中应该重点考虑的。

沼气资源属于清洁资源，对于沼气资源的使用在我国社会也已经有了一段时间，沼气资源利用中不会产生太多的废物污染，对于自然环境的破坏较少。

但是我国目前受制于技术等因素的影响，所以对于沼气资源的利用更多的是低品位利用阶段，对于这一方面的开发是在必行[1]。

2 沼气提纯方面目前的主要方法探究2.1 化学吸收方式提纯化学吸收法，主要依靠的是二氧化碳与洗手液进行化学反应，进行二氧化碳中有效成分的分离处理，化学吸收提纯沼气的方式，能够高效的进行，同时具有成本低、操作简便等优势。

化学方式进行沼气提纯能够得到比较纯净的沼气资源，但由于吸收液一般具有毒性，参与化学反应后，产生的废液存在污染风险，进行回收处理的工作难度较大，所以化学吸收方式进行沼气提纯存在有先天的劣势。

国标-》新型CO_,2__CH_,4_分离膜的气体渗透性能

国标-》新型CO_,2__CH_,4_分离膜的气体渗透性能

新型 C O 2/CH 4 分离膜的气体渗透性能沈江南 1，裘俊红 1，吴礼光 2，高从堦 2（1 浙江工业大学化材学院，杭州，310014 ； 2 国家液体分离膜工程技术研究中心， 杭州 310012）摘要：采用自由基聚合的方法，合成了含有叔胺基和羧基两种能与 CO 2 起可逆络合反应的载 体的甲基丙烯酸二甲氨基乙酯-丙烯酸共聚物 p o ly （DM AE MA -AA ），并将该共聚物为活性层， 超滤膜作为支撑体制得复合膜，用于测试 CO 2/CH 4 的渗透性能。

结果表明：所制得的共聚物 po ly （D M AEMA -AA ）复合膜表现出较好的 C O 2 渗透性和 CO 2/CH 4 渗透选择性。

如在在进料压力-73 为 1140Pa ，299K 下，poly （DM-AA ）复合膜 CO 2 的渗透速率可达 6.12×10 cm (STP)/cm 2.s.Pa ，CH 4 的渗透速率为 3 2-92.4×10 cm (STP)/cm .s.Pa ， CO 2/CH 4 的渗透选择性达到253.1。

并探讨了 C O 2 在共聚物复合膜中的促进传递机理。

关键词：甲基丙烯酸二甲氨基乙酯；丙烯酸；气体渗透；CO 2；CH 4 1 前 言天然气中脱除酸性气体是石油化学工业中的重要问题之一。

膜法脱除酸性气体由于高 效、节能和环境良好而优于传统方法。

但常规的高分子膜由于受到“Reb eson 上限”的限制 很难同时满足高通量和高选择性[1]。

固载促进传递膜内含有的活性基团（或载体）能与 CO 2 进行可逆反应，因而能优先吸附，促进 C O 2 的传递，受到各国学者的重视，近年来研究十分活跃[2-4]。

B l eha 等[5]研究了聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯复合膜分离 He /N 和 O /N 混合气体。

2 2 2 在水溶性的高分子膜内引入多种活性载体能提高 C O 2 在膜内的传递。

膜分离技术在沼气提纯中的应用

膜分离技术在沼气提纯中的应用

膜分离技术在沼气提纯中的应用
刘明龙;乔如林;余能
【期刊名称】《山东化工》
【年(卷),期】2024(53)9
【摘要】餐厨垃圾是一种生物质废弃物,可通过微生物分解作用,转化为可再利用的沼气。

沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳,其中二氧化碳含量约占20%~40%,这使得沼气的能量密度较低,限制了其应用。

主要研究膜分离技术提纯沼气制天然气,通过优化工艺设计,解决了沼气膜分离过程中膜系统温降、膜塑化、膜污染的问题。

分析了膜分离工艺的主要控制参数压力、温度对产品气、排放气的影响,研究发现,适宜的进气压力1.35 MPa,温度25~30℃,可达到最佳的综合分离效果。

研究可为膜分离技术提纯沼气的装置设计和工艺运行提供技术参考。

【总页数】4页(P282-284)
【作者】刘明龙;乔如林;余能
【作者单位】德州蓝德再生资源有限公司;深高蓝德环保科技集团股份有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TQ028.8;X705
【相关文献】
1.CO2/CH4分离膜技术在沼气提纯中的应用研究进展
2.沼气提纯中变压吸附技术的应用分析
3.变压吸附技术在沼气提纯中的应用
4.浅谈膜分离技术在石油炼化循环氢提纯中的应用
5.超滤膜分离技术在头孢菌素C提纯中的应用
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酸性气体CO_2的膜分离技术研究进展

酸性气体CO_2的膜分离技术研究进展

[ 摘 要 ] 气体膜分离法正发展成为分离酸性气体的一项重要技术 。介绍了其基本原理 ,国内 外开发的新型膜材料及性能的研究进展 ,指出了发展前景 。 [ 关键词 ] 气体分离膜 ;膜材料 ;酸性气体 ;CO2 [ 中图分类号 ] TQ 02818 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100520310 (2006) 0220023204
但是 ,基于这种原理的二氧化碳膜分离装置并 不适用于脱除所有混合气体中的 CO2 ,如 CO2ΠH2Π CO 混合气 。因此 ,近年来人们发展了一种选择性 渗透 酸 性 气 体 的 促 进 运 输 膜 (facilitated transport membrane) 。促进运输膜的分离原理是基于酸性气 体和膜发生可逆反应 ,而 H2 和 CH4 等气体不和膜 反应 ,仅能基于溶解 - 扩散机理渗透 ,并且此类气 体的渗透性很低 。下面我们对促进运输膜的发展 情况作一介绍 。
[ 收稿日期 ] 2006 - 02 - 16 [ 作者简介 ] 陶凤云 (1970 —) ,女 ,北京市人 ,北京联合大学生物化学工程学院讲师 ,主要研究方向为生物化工 、天然产 物生物活性 。
24
北京联合大学学报 (自然科学版)
2006 年 6 月
数高达1 500 。如果在液膜中加入催化剂 ,如亚砷酸 钠 , 则 CO2ΠO2 的 分 离 系 数 可 增 加 至 4 100[18] 。 HCO3- ΠCO23 - 高分子固化液膜分离 CO2 技术可以除 去载人飞船密封舱中 1 %～95 % 的 CO2 ,已被成功 地应用于空间技术 。但由于水分的蒸发 ,高分子固 定化液膜的分离性能会发生变化 , 并且固定化液 膜在高压下的稳定性较差 ,因此这方面的改进仍在 继续 。
有研究者采用离子交换膜分离低分压 CO2ΠN2Π O2 混合标准气体中 CO2 气体 ,以离子交换膜为基 础 ,进行预处理和化学改性 ,研究不同预处理条件 、 化学改性方法及低压电场的电压对离子交换膜的 CO2 分离效率的影响[27] 。以聚丙烯中空纤维膜研 究了气体膜从空气中脱除 CO2 的技术 ,探讨不同操

氨水活化活性炭用于CH_4和CO_2的分离研究

氨水活化活性炭用于CH_4和CO_2的分离研究

（3）
式中：KA 和 KB 分别为不同组分在吸附平衡状态
下的亨利定律常数。
2 结果与讨论
2.1 结构特征
·1744·
图 1 展示了 ACN-0，ACN-1，ACN-2，ACN-3 在-196 ℃下的 N2 吸附等温线。 从图 1 可以看出， 所有活性炭的吸附等温线都符合Ⅰ型等温线，表 明活性炭材料的主要孔隙为微孔。 表 1 列出了活 性炭的孔径结构参数，从表 1 可以看出，4 组样品 的比表面积和平均孔径等结构参数相差很小，因 此，可以用于比较表面化学性质等其他因素对活 性炭吸附特性的影响。
献， 结合能 398.2~398.5 ev 对应于吡啶态氮官能 团 结 构 [17]， 而 结 合 能 400.0~401.0 ev 对 应 于 胺 或 腈态氮官能团[18]。 这一结果表明，纯水活化活性炭 的氮表面官能团有一种主要的组成成分，为胺和 腈态氮官能团，而氨水活化活性炭的氮表面官能 团有两个主要组成，为胺、腈态氮官能团和吡啶 态氮官能团。 表 4 列出了活性炭的 N1s 图谱拟合 数据，可以看出随着氨水浓度的增加，胺和腈态 氮官能团的相对含量呈降低趋势，而吡啶态氮官 能团的相对含量呈增加趋势。
第 33 卷 第 11 期 2015 年 11 月
可再生能源
Renewable Energy Resources
Vol.33 No.11 Nov. 2015
氨 水 活 化 活 性 炭 用 于 CH4 和 CO2 的 分离研究
许海朋 1，2， 张晓东 1，2， 金付强 1，2， 张 杰 1，2， 李 岩 1，2 （1.山东省科学院 能源研究所， 山东 济南 250014； 2.山东省生物质气化技术重点实验室， 山东 济南 250014）
1.4 傅里叶转换红外光谱 （Fourier Transform in-

膜技术在分离沼气中二氧化碳的应用


第３ ４卷
第 ３期
０ ． ２ ６ Ｔ ｒ ｉｍ 。分离纯度 （ 体积分数 ） 要求 高于 ９ ５ ％ 以上后 ， 运行成本则增加很快。
另外 ， 若 要求 的 Ｃ Ｈ 回 收率 低 于 ９ ５ ％， 则 分 离 成本 呈 下 降 趋 势 。大 于 ９ ５ ％， 分离成本 显著增加。 因此 ， 在确定 Ｃ Ｈ 回 收 率 和 纯 度 时 ， 要 进 行 系 统 的
第３ ４卷 第 ３期 ２ ０ １ ４年 ３月
煤 气 与 热 力
ＧＡＳ ＆ ＨＥＡＴ
Ｖ０ ｌ ＿ ３ ４ Ｎｏ ． ３ Ｍａ ｒ ．２ ０１ ４
・
燃气气源与加工利用 ・
膜 技 术 在 分 离 沼气 中二 氧 化碳 的应 用
罗 东晓 ２
（ １ ． 新 奥能 源控 股有 限公 司 ，河 北 廊坊 ０ ６ ５ ０ ０ １ ；２ ． 中 山大学 ，广 东 广 州 ５ １ ０ ２ ７ ５ ）
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ８— ２ ６ ； 修 回 日期 ： ２ ０ １ ４— ０ ２— ０ ８
・
Ｂ ０１ －
Ｗ Ｗ Ｗ ． ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｈ ｅ ａ ｔ ． ｃ ｏ ｆ ｌ
罗东晓： 膜 技 术在 分 离沼 气 中二 氧 化 碳 的应 用
２ ０ １ １ ， ３ １ （ ３） ： ２ １—２ ３ ．
技术经济分析 ， 综合考虑多种因素。
６ 结语
Ｓ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃａ ｒ ｂｏ ｎ Ｄｉ ｏ ｘ ｉ ｄｅ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｂｉ ｏ ｇ ａ ｓ
Ｌ ＵＯ Ｄｏ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ ｏ
膜作为一种新技术应用于分离沼气 中的 Ｃ Ｏ ， ／ Ｃ Ｈ ， 与传统方法相 比较 ， 具有 占地面积 小、 工艺简 单、 操作方便、 运行成本低的显 著优势 ， 特别适合 中 小 规模 的生 物燃 气工 程项 目。

基于膜分离的沼气及烟气CO_(2)捕集技术应用进展

基于膜分离的沼气及烟气CO_(2)捕集技术应用进展银登国;周志斌;魏静;马玉磊;秦子康;邓敏;吴元明;杜文韬;代忠德【期刊名称】《能源环境保护》【年(卷),期】2024(38)3【摘要】在实现“碳达峰、碳中和”目标过程中,碳捕集技术成为当下研究热点之一。

目前,碳捕集技术主要包括吸收法、吸附法、膜分离法等。

在众多碳捕集技术中,膜分离法利用气体分子在膜内渗透速率的差异实现分离,具有节能、高效、操作方便且无二次污染等优势,是近些年发展迅速的CO_(2)捕集技术。

在过去的几十年里,虽然在文献中有许多种不同的碳捕集膜材料被报道,其CO_(2)分离性能远超Robeson上限,但只有少数膜材料被应用于工业过程中,或正在向工业应用方向发展。

事实上,许多膜的研究在实验室规模下进行,测试膜面积较小,且对于膜分离法的实际应用报告较少。

结合工业CO_(2)分离/捕集过程,介绍了商业膜和经过中试规模测试的膜的应用,分析了膜分离技术用于沼气脱碳和烟气碳捕集的试验进展及工程应用案例,并针对当前存在的问题,提出对未来基于膜分离法的工业碳捕集的发展方向的建议。

【总页数】9页(P43-51)【作者】银登国;周志斌;魏静;马玉磊;秦子康;邓敏;吴元明;杜文韬;代忠德【作者单位】四川大学建筑与环境学院;东方电气集团东方锅炉股份有限公司;中石化南京化工研究院有限公司;国家烟气脱硫工程技术研究中心;四川省碳中和技术创新中心;四川大学碳中和未来技术学院【正文语种】中文【中图分类】X505;X51【相关文献】1.烟气胺法CO_(2)捕集技术进展与未来发展趋势2.应用于烟气中CO_(2)捕集的固体吸附材料研究进展3.利用膜分离技术捕集燃烧后烟气CO_(2)的工艺研究及应用现状4.烟气CO_(2)捕集分离技术研究进展5.CO_(2)捕集膜分离的Pebax基材料研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

CO_2_CH_4分离膜技术在沼气提纯中的应用研究进展

２］ 与其它几种分离方法相 市场份额已 经 升 至 ５％ ［ ．
生 ．
物天然气可以混入 现 有 的 天 然 气 管 网 ， 降低对石化 石化天然气的价格近年来不断攀升 ， 所 能源的依赖 ． 以沼气提纯后能源利用效率和经济价值都大幅度提 高． 美国 、 德国 、 瑞典 和 瑞 士 等 欧 美 国 家 在 生 物 天 然 气的 生 产 和 利 用 领 域 近 年 来 已 经 取 得 显 著 进 展 瑞典计划到 ２ ． ０ ６ ０年时用生物天然气完全取 代石化天然气 ， 成为 世 界 上 第 一 个 完 全 使 用 可 再 生
－１ ０
／Ｂ ＰＣＯ ａ ｒ ｒ ｅ ｒ ２ ６． ３ ５． ６ １ ０． ０ １． ４ ５ ７ ５． ８ ４． ２ ２ ７ ０ ０
／ α Ｃ Ｏ ２ ＣＨ ４
／℃ Ｔｇ １ ８ ７ １ ９ ０ ３ １ ３ １ ９ ９ ２ １ ０ １ ５ ０ －１ ２ ３
］ １ ４－１ ７ 深冷分离法以及膜分离法 ［ 变压吸附 法 、 水 法、 ．
然气不仅可以降低 汽 车 尾 气 排 放 造 成 的 空 气 污 染 ， 而且温室气体的净排放量减少 ７ ５％ ～２ ０ ０％
［ ５， ８］
洗法和化学吸收法 由 于 设 备 和 技 术 工 艺 比 较 成 熟 ， 在沼气提纯领域的市场份额超 过 ９ 气体分离膜 ０％． 技术最近几年中发展迅速 ， 目前 ， 在沼气提纯领域的
［ ２， ７］ ［ ］ ５， ９－１ １
比， 气体分离膜技术的优势包括设备紧凑 ， 占地面积 小； 处理规模可大 可 小 ； 操 作 简 单 灵 活， 可连续也可 以间断运行 ； 维修 保 养 容 易 ； 不 使 用 化 学 试 剂 和 水； 不会造成环境污染 等 ． 因此气体分离膜法被认为是 未来大中型沼气工程中制备生物天然气的一种非常 有潜力的技术 ． ／ 过去 ３ ０ 年中关于 Ｃ Ｏ ＣＨ４ 分离膜国内外有很 ２

离子液体吸收CO_2及其在沼气净化中的应用研究进展

化工中间体
Ｃｈ ｍｉａ ｎ ｅ ｍｅ ａｅ ｅ ｃ ｌＩ ｔｒ ｄｉｔ ２１ ０ ０年第 ｌ 期 ２
赣
论
离子液体 吸收 Ｃ 及 其在沼气净化 中的应用研 究进展 Ｏ２
孔 庆 华 １ 王 莉 李 天成 李 十 中 ， ２
ｔ
赵 斌
（ ． 华 大学 核 能 与 新 能 源 技术 研 究 院 北 京 １０ ８ ２ １清 ００ ４；．曲阜 师 范 大 学 山 东 曲阜 ２ ３ ６ ） ７ １５
类 的 研 究 报 道 相 对 较 少 。影 响 常 规 离 子 液 体 吸 收
Ｃ 性 能 的 因 素 主 要 有 压 力 、 子 结 构 、 度 、 Ｏ 离 温 粘 度等 。 很 多 研 究 表 明 ． 子 液 体 在 不 同温 度 范 围 内 离 吸 收 Ｃ 的溶 解 度 随 压 力 增 大 而 增 高 【 ６ 但 平 衡 Ｏ １， １ 压 达 到 一 定 数 值 时 Ｃ ， 摩 尔 浓 度 不 再 有 明 显 变 Ｏ 的 化 Ｊｎ ｉ ｒ Ｌ ［］ 究 了 阴 离 子 对 离 子 液 体 溶 解 ｅ ｎｆ １ 研 ｅ ６
很 多 离 子 液 体 对 Ｃ 的 吸 收 远 高 于 其 他 气 Ｏ
体 ， 常 规 离 子 液 体 外 ， 能 化 离 子 液 体 、 体 聚 除 功 单
合物 离子液体 、 多元 混 合 离 子 液 体 、 子 液 体 溶 液 离
以及 吸 收器 设 计 等 是 目前 离 子 液 体 用 于 气 体 分 离 的 主 要 研 究 内容
摘 要 ： 文 综 述 了 近 年 来 离 子 液 体 用 于 Ｃ 收 及 用 于 Ｃ ＃ Ｈ 体 系 选 择 性 吸 收 的研 究 状 况 并 对 离 子 液体 在 沼气 除 杂净 化 中 本 Ｏ 吸 Ｏ Ｃ，
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／ Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ２ Ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｏ ｌ ｍ ｅ ｒ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｃ Ｏ ＣＨ４ ｓ ｅ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｙ ｐ ２ 聚合物 醋酸纤维素 Ｃ Ａ 聚砜 Ｐ Ｓ Ｆ （ ） 聚酰亚胺 Ｐ Ｉ Ｍ ａ ｔ ｒ ｉ ｍ ｉ ｄ ５ ２ １ ８ ） 聚醚酰亚胺 Ｐ Ｅ Ｉ（ Ｕ ｌ ｔ ｅ ｍ １ ０ ０ ０ 聚苯醚 Ｐ Ｐ Ｏ 聚碳酸酯 Ｐ Ｃ 聚二甲基硅氧烷 Ｐ ＤＭ Ｓ １Ｂ ａ ｒ ｒ ｅ ｒ ＝１ ０ 注：
邹雪娜１，褚立强１＊ ，徐徜徉２
（ １．天津科技大学 材料科学与化学工程学院 ，天津 ３ ０ ０ ４ ５ ７； ） ２．天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司 ，大连 １ １ ６ ０ ２ ３ 摘要 ：生物天然气 （ 是近年来新兴的一种 可 再 生 清 洁 能 源 ． 制备生物天然气的核心是去 Ｂ ＮＧ） ／ 除沼气中的二氧化 碳 ． Ｃ Ｏ ＣＨ４ 分 离 膜 技 术 被 认 为 是 未 来 沼 气 提 纯 领 域 最 有 潜 力 的 一 项 技 ２ ／ ／ 术． 本文对 Ｃ 包括 Ｃ Ｏ ＣＨ４ 分离膜技术 在 沼 气 提 纯 中 的 应 用 研 究 和 发 展 现 状 进 行 综 述 ， Ｏ ２ ２ 膜法沼气提纯工艺过程的设计 ； 欧美膜法沼气提纯工业化装置的 ＣＨ４ 分离膜材料的最新发展 ； ； 近况等 最后对膜法沼气提纯技术的主要困难及未来发展方向进行分析与讨论 ． 关键词 ：气体分离膜 ；沼气提纯 ；生物天然气 ；聚合物膜 （ ） 中图分类号 ： ＴＱ ０ ２ ８． ８ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ ８ ９ ２ ４ ２ ０ １ ４ ０ ５ ０ １ ２ ５ ０ ８ － － － 近年来世界各 为了应对能源 短 缺 和 环 境 恶 化 ， 国都大力 推 动 可 再 生 能 源 和 清 洁 能 源 的 开 发 与 利 用． 沼气是有机生物质经过厌氧发酵生成的 ， 是一种 沼气经过净化提纯后可以 宝贵的可再生清洁 能 源 ． 与 石 化 天 然 气 相 媲 美 ，被 称 为 生 物 天 然 气 （ 生物天然气可以压缩成车用燃料 Ｂ ＮＧ） ． （ ， 相对 汽 油 和 柴 油 等 化 石 能 源 ， 使用生物天 Ｃ ＮＧ）
· １ ２ ６·
膜 科 学 与 技 术
第３ ４卷
２－２ ３ 促进传递膜和膜吸收器２ 按所用的膜材料 ， 可分 ． １ ９］ 无 机 膜 和 聚 合 物 无 机 复 合 膜［ 膜吸 为聚合物膜 、 ．
２ ０， ２ ７］ （ 和聚二甲基硅氧烷 （ 等［ 表 ２ 是各 Ｐ Ｃ） Ｐ ＤＭＳ） ． ／ 种常用聚合物 膜 的 Ｃ Ｏ Ｏ ２渗 透 系 数 和 Ｃ ２ ＣＨ ４分离
［ ］ １－７
是沼气 、 管网天然气 以 及 车 用 燃 气 的 主 要 气 体 成 分 情况 ． 不仅降低了沼气 的 热 值 Ｃ Ｏ ２ 在沼气中含量高 ， 和燃烧势 ， 而且对 天 然 气 管 道 具 有 腐 蚀 作 用 ． 因 此， 实现沼气中 Ｃ Ｏ ２ 与 ＣＨ ４的分离是将沼气转化成生 ／ 物天然气的关键 ． 沼气提纯领域常用的 Ｃ Ｏ ＣＨ４ 分 ２ 、 水 洗 法、 化学吸收 离技术包括变压吸附法（ Ｐ Ｓ Ａ）
－ ＜４
－ ＜３
１ 沼气提纯用气体分离膜材料
／ 研究比较多 的 用 于 Ｃ Ｏ ＣＨ４ 分 离 的 聚 合 物 膜 ２ 、 ） 、 材料有醋酸 纤 维 素 （ 聚酰亚胺（ 聚醚酰亚 Ｃ Ａ） Ｐ Ｉ ） 、 、 、 胺（ 聚砜（ 聚苯醚（ 聚碳酸酯 Ｐ Ｅ Ｉ Ｐ Ｓ Ｆ） Ｐ Ｐ Ｏ）
［０， ２ ７， ３ １］ ／ 表 ２ 常用 Ｃ Ｏ ＣＨ４ 分离膜材料的技术参数 ２ ２
［ ２ ４］
聚 二 甲 基 硅 氧 烷 在 室 温 下 是 橡 胶 态， 系数 ． Ｃ Ｏ ２和 但由于 Ｃ ＣＨ４ 通过 Ｐ ＤＭＳ 的渗透系 数 都 很 高 ， Ｏ ２在 因此 Ｐ Ｐ ＤＭＳ 中溶解性比 ＣＨ４ 高 ， ＤＭＳ 也具有一定 除了 Ｐ 其它聚合物在室温 的分离效果 ． ＤＭＳ 之 外 ， 时都 处 于 玻 璃 态 ． ２ ０世纪８ ０年代对醋酸纤维素 （ 的研 究 较 多 ， 但是 Ｃ Ａ） Ｃ Ａ 具 有 一 定 的 分 离 系 数， ／ 其渗透系数较低 ． Ｃ Ａ 在分离 Ｃ Ｏ ＣＨ４ 时 的 主 要 问 ２
］ １ ８－２ １ ， 多研究 ［ 也在天 然 气 纯 化 、 石油开采 Ｃ Ｏ ２回收
能源的国家 ． 中国也 开 始 研 究 生 物 天 然 气 的 大 规 模 生产及高效利用 ． 沼气的成分随 原 料 和 发 酵 方 式 而 有 所 差 异 ， 主 ， 要成分是 甲 烷 （ 和二氧化碳（ 以及少量 ＣＨ４ ） Ｃ Ｏ ２） 硫 化 氢、 小分子烷烃和硅氧烷 的水蒸气 、
－６ ２ ０×１ ０ ＜１ －６ ０ ＜４×１
体积分数／％ 车用燃气 ７ ＞９ ＜２
－６ ０×１ ０ ＜４ －６ ０ ＜５×１
时具有一定的应用价值 ． 聚酰亚胺 Ｐ Ｉ是近年来研究
［９， ］ ２ ９－３ ０ ／ 最多的 Ｃ 除了实验室 Ｏ ＣＨ４ 分 离 膜 材 料 １ ． ２
， （ 合成的各种结构 的 Ｐ 人们经常对商品化的 Ｐ 如 Ｉ Ｉ ） 进行改性处理 ． 表 ３ 是各种商品化和实验 Ｍ ａ ｔ ｒ ｉ ｍ ｉ ｄ 室合成的不同结构聚酰亚胺的 Ｃ Ｏ ２ 渗透系数 Ｐ Ｃ Ｏ ２与 分离系 数 α 由于测量方法和测量条件的差 ／ ． Ｃ Ｏ ２ ＣＨ ４ 异， 测量结 果 会 有 一 定 的 波 动 ． 聚酰亚胺的热稳定 化学稳 定 性 、 机 械 性 能、 成 膜 性 能 等 都 很 好， 其 性、 ／ Ｃ Ｏ Ｏ ＣＨ４ 分 离 系 数 均 优 于 其 它 膜 材 ２渗 透 性 和 Ｃ ２ 料． 近年来沼气提纯 工 业 化 装 置 中 使 用 最 多 的 也 是 （ ） Ｐ Ｉ 中空纤维膜 ．
但需要使用水或化 收器的分离效率和 回 收 率 很 高 ， 学试剂作为吸附剂 ， 可能对环境造成二次污染 ． 膜吸 收器中聚合物长期 与 化 学 吸 附 剂 接 触 ， 使用寿命有 也影响膜吸收器的长期使用性能 ． 促进传递膜在 限， 处理高浓度的 Ｃ 会发生 “ 饱和 ” 现象 ， 丧失分离 Ｏ ２时 ， 效果 ． 对于使用液体为传递介质的促进传递膜 ， 传递 介质的流失也是该 技 术 面 临 的 一 个 主 要 困 难 ． 无机 可用于苛刻环境下 膜具有高分离性能 和 热 稳 定 性 ， 的气体分离 ， 不过无 机 膜 分 离 组 件 的 制 备 工 艺 过 于 复杂 ， 造价太高 ／ 目前已经商业化的 Ｃ ． Ｏ ＣＨ４ 分 ２ 离膜主要是聚合物 膜 ， 因此本文将就聚合物分离膜
２］ 与其它几种分离方法相 市场份额已 经 升 至 ５％ ［ ．
生 ．
物天然气可以混入 现 有 的 天 然 气 管 网 ， 降低对石化 石化天然气的价格近年来不断攀升 ， 所 能源的依赖 ． 以沼气提纯后能源利用效率和经济价值都大幅度提 高． 美国 、 德国 、 瑞典 和 瑞 士 等 欧 美 国 家 在 生 物 天 然 气的 生 产 和 利 用 领 域 近 年 来 已 经 取 得 显 著 进 展 瑞典计划到 ２ ． ０ ６ ０年时用生物天然气完全取 代石化天然气 ， 成为 世 界 上 第 一 个 完 全 使 用 可 再 生
］ １ ４－１ ７ 深冷分离法以及膜分离法 ［ 变压吸附 法 、 水 法、 ．
然气不仅可以降低 汽 车 尾 气 排 放 造 成 的 空 气 污 染 ， 而且温室气体的净排放量减少 ７ ５％ ～２ ０ ０％
［ ５， ８］
洗法和化学吸收法 由 于 设 备 和 技 术 工 艺 比 较 成 熟 ， 在沼气提纯领域的市场份额超 过 ９ 气体分离膜 ０％． 技术最近几年中发展迅速 ， 目前 ， 在沼气提纯领域的
第３ ４卷 第５期 ２ ０ １ ４年１ ０月

膜 科 学 与 技 术 ＭＥＭＢ Ｒ ＡＮ Ｅ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ ＡＮ Ｄ Ｔ Ｅ ＣＨＮＯ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ５ Ｏ ｃ ｔ ． ２ ０ １ ４
／ Ｃ Ｏ Ｃ Ｈ ２ ４分离膜技术在沼气提纯中的应用研究进展
５ （ ） ， 在Ｃ 高达 ３ ４ｂ ａ ｒ １ｂ ａ ｒ ＝ １×１ ０ Ｐ ａ Ｏ ２分 压 较 高
在沼气提纯中的应 用 研 究 和 发 展 现 状 进 行 综 述 ， 包 ／ 括Ｃ Ｏ ＣＨ４ 分离膜 材 料 的 最 新 进 展 以 及 膜 法 沼 气 ２ 提纯工艺过程的设 计 等 ． 最后对本领域目前存在的 对未来的发展方向提出展望 ． 困难和问题进行分析 ， 表 １ 沼气 、 管网天然气和车用燃气的
［ １ ２， １ ３］
和垃圾填埋 气 处 理 等 领 域 实 现 工 业 化 应 用 ． 按照分
［ ］ １ １ ／ 、 离机理， Ｃ Ｏ Ｃ Ｈ ２ ４分离膜可以分为气体分离膜
表１ ．
；修改稿收到日期 ： 收稿日期 ： ２ ０ １ ３ １ １ ２ ５ ２ ０ １ ３ １ ２ １ ９ － － － － ） 基金项目 ：教育部新世纪优秀人才支持计划 （ Ｎ Ｃ Ｅ Ｔ １ ２ １ ０ ６ ４ － － ， ： 第一作者简介 ：邹雪娜 （ 女， 大连市人 ， 从事高分子复合材 料 和 膜 分 离 技 术 研 究 ． １ ９ ７ ９ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｃ ｈ ｕ ｌ ｉ ｉ ａ ｎ －） ＊通讯作者， ｑ ｇ＠ ｔ ｕ ｓ ｔ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
－１ ０
／Ｂ ＰＣＯ ａ ｒ ｒ ｅ ｒ ２ ６． ３ ５． ６ １ ０． ０ １． ４ ５ ７ ５． ８ ４． ２ ２ ７ ０ ０
／ α Ｃ Ｏ ２ ＣＨ ４
／℃ Ｔｇ １ ８ ７ １ ９ ０ ３ １ ３ １ ９ ９ ２ １ ０ １ ５ ０ －１ ２ ３
１ ２， １ ３， ２ ５， ２ ６］ 主要气体成分及含量 ［
， Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂ ｉ ｏ ａ ｓ ｒ ｉ ｄ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ａ ｓ ｙ ｐ ｐ ｇ ｇ ｇ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｆ ｕ ｅ ｌ Ｃ ＮＧ ａ ｎ ｄ 气体成分 ＣＨ４ Ｃ Ｏ ２ Ｈ２Ｏ Ｈ２Ｓ 小分子烷烃 Ｏ Ｈ２ Ｎ ２， ２， 沼气 ４ ５～７ ５ ２ ５～５ ５ ２～７ ＜２ ＜２ ＜３ 管网天然气 ５ ＞９ ＜２