沼气中二氧化碳的捕集工艺分析开题报告

1. 研究目的与意义

气候变化已经成为人们面临的最严峻、最深远的挑战之一，温室效应的增速大大超过了地球生态警戒线。温室气体排放控制成为哥本哈根本出路。导致大气中二氧化碳浓度大幅度上升的主要原因是化石燃料的大量利用，打破了自然界原有的平衡。要控制大气中二氧化碳的浓度，一方面需要增强碳吸收能力，主要措施包括保护热带雨林、植树造林等。另一方面更重要的要控制碳的排放。节约能源，采用低碳能源、捕集与封存CO₂，是减少CO₂排放的主要途径。

沼气是一种清洁的可再生能源，也是可持续发展目标中重点扶持的能源。其主要成分是二氧化碳和甲烷，其中甲烷是主要的可燃气体，若要将沼气能源化、资源化综合利用，将其中的二氧化碳捕集下来是第一个重要步骤。

2. 国内外研究现状分析

沼气是一种重要的可再生能源，主要包含甲烷和二氧化碳，对沼气中的二氧化碳进行分离回收，也是减少二氧化碳的重要途径。目前国内外工业上二氧化碳的回收方法主要有吸收法、吸附法、低温分馏法和膜分离法。

吸收法可分为物理吸收法和化学吸收法。物理吸收法是是在加压下用有机溶剂对酸性气体进行吸收来分离脱除酸气成分，并不发生化学反应。其主要优点有：①吸收剂在高压及低温下单位溶剂吸收co₂量多，吸收剂循环量少；②溶剂再生比较容易，只要减压闪蒸或用惰性气体气提即可达到再生效果，再生热耗低；③溶剂选择性好，无腐蚀，性能稳定。化学吸收法使原料气和化学溶剂在吸收塔内发生化学反应，co₂被吸收到溶剂中成为富液，富液进入脱析塔加热分解出co₂从而达到分离回收co₂的目的。其主要优点是吸收速度快、净化度高，co₂回收率高，吸收压力对吸收能力影响不大。其缺点为：①再生热耗大；②溶剂与其他气体（如o₂、so₂）发生不可逆的化学反应，生成难以分解的产物，从而影响吸收剂的吸收效率；③由于吸收剂多为碱性溶液，对吸收塔、再生塔及相应管线造成腐蚀。

吸附法是利用固态吸附剂对原料混合气中的co₂的选择性可逆吸附作用来分离回收co₂。按照改变的条件，主要有变温吸附法（tsa） 和变压吸附法（psa）。吸附法主要依靠范德华力将co₂吸附在吸附体的表面，吸附能力决定于吸附体的表面积以及操作的压(温)差，吸附前需将原料气中的sox及h₂o 除去，避免这些气体使吸附剂中毒，这种方法需要大量的吸附体，一般效率较低、投资较高。

3. 研究的基本内容与计划

本次毕业论文主要是在基本了解国内外二氧化碳分离技术的基础上，研究分析变压吸附技术（psa）分离二氧化碳及其应用前景。变压吸附技术的原理是基于压力和循环条件让沼气通过吸附柱，因吸附平衡及对速率行为影响效果存在差异来进行快速的吸附脱附循环，从而达到气体分离和吸附剂循环使用的目的。沼气中主要含有ch₄和co₂ ，目前用于分离这种分离体系的吸附剂是5a分子筛，理论研究模型为ldf模型。变压吸附分离技术已逐渐应用于h₂/ch₄、ch₄/n₂、co₂/ch₄及co/ch₄的分离，其应用前景十分乐观。

到三月底完成沼气中co₂收集的基本工艺设计，进行类比综合。

到四月上旬完成论文，并对工艺查漏补缺并完善。

4. 研究创新点

变压吸附技术目前已得到广泛应用，它可以用来分离两种或两种以上气体。沼气中不仅含有甲烷和二氧化碳，还含有少量氮、氢及硫化氢等。变压吸附技术投资少，运行费用低，操作简单，环境污染少。

此外，变压吸附技术目前又得到了新的发展：在保证产品纯度的同时提高产品回收率，并降低生产单位产品所需能量的消耗，提高吸附剂的利用率；采用同一种装置，同时生产多种产品的PSA新技术。