真空变压吸附提纯沼气中甲烷的过程模拟 Simulation on Vacuum Pressure Swing Adsorption Processes for CH4 Separation from Biogas

采用真空变压吸附工艺（VPSA）从组成为60%（V）CH4、30%（V）CO2和30%（V）N2的沼气中获得纯度大于95%的CH4，以满足车用燃料的要求。通过测定CH4、CO2及N2在13X分子筛和碳分子筛（CMS）吸附剂上的吸附性能，将提纯CH4的VPSA工艺分为两个阶段：第一阶段以13X分子筛为吸附剂，采用六床七步法以脱除CO2；第二阶段以CMS为吸附剂，采用三床六步法以脱除N2。选择数学模型分别对CH4、CO2及N2混合气在13X和CMS上的穿透曲线计算，并与实验值进行对比，以验证其可靠性。基于所选数学模型，对两段VPSA工艺进行模拟，可获得CH4纯度为99%，总回收率为65%；考察第一段工艺的操作压力及第二段工艺的吸附动力学参数对CH4纯度和回收率的影响。结果表明：吸附压力升高，脱附压力降低有利于提高CH4的纯度，但其回收率会降低；当CMS具备对CH4吸附速率较低、N2吸附速率较高的吸附特性时，可获得纯度大于99%的CH4，这对CMS吸附剂的研发有一定的指导作用。