Сравнение метода химического поглощения и метода мембранного адсорбции с изменением давления PSA
Thread Content
1. Основные принципы метода химического поглощения: при наличии катализатора используется раствор для поглощения; благодаря реакции нейтрализации кислот и оснований удается поглощать такие кислые вещества, как углекислый газ и сероводород, содержащиеся в биогазе. Кроме того, этот метод позволяет поглощать такие газы, которые легко растворяются в воде, например аммиак. Газ, в котором находятся различные примеси, проходит через систему самоочистки раствора и систему восстановления газа; в результате из него удаляются все примеси, а газ может снова использоваться. Раствор таким образом может быть использован повторно. В восстановленном газе содержится 95% углекислого газа, который можно дальше очистить для продажи в качестве продукта. Для производства пара, необходимого в производственных целях, этот метод требует использования примерно 5% биогаза. Метод трансформативной адсорбции PSA: при этом методе газ проходит через слой адсорбента. Благодаря различной способности адсорбента к адсорбции разных газов, большая часть одного (или нескольких) газов из смеси адсорбируется на слое адсорбента, а небольшая часть выходит наружу ； Пусть большая часть другого (или нескольких) газов, входящих в смешанный газ, выйдет наружу, а небольшая часть останется адсорбированной на слое ； Таким образом достигается цель повышения концентрации газа на выходе. Этот метод подходит в тех случаях, когда способность адсорбента адсорбировать отдельные компоненты газа, которые необходимо разделить, сильно различается. Это зависит от степени различия в таких свойствах отделяемых компонентов, как молекулярная масса и размер молекул. Чем больше это различие, тем проще осуществить разделение, тем ниже будут затраты на его выполнение, а выход продукта — тем выше. Напротив, чем меньше разница, тем сложнее произвести разделение, стоимость разделения увеличивается, а выход продукта снижается.
2. Селективное сравнение: метод химического поглощения обладает высокой селективностью при разделении углекислого газа и метана. Раствор быстро реагирует с кислыми газами, такими как углекислый газ, но не реагирует с метаном. При очистке биогаза также необходимо устранить все остальные кислотные вещества. Поэтому метод химического поглощения особенно подходит для очистки метана из биогаза в промышленных условиях. Метод PSA с использованием адсорбции под изменяющимся давлением: как следует из описания принципа действия, селективность адсорбента по отношению к газам во многом зависит от свойств молекул газа. При разделении таких газов, как водород, монооксид углерода и углекислый газ, селективность остается высокой, выход продукта большой, а расход ресурсов минимальный. Именно поэтому метод PSA с использованием адсорбции под изменяющимся давлением находит широкое применение в производстве водорода, а также при очистке газов, получаемых в процессах производства водяного и полуводяного газа, а также газов, получаемых при производстве кокса. Однако при разделении углекислого газа и метана существует сложность: способность адсорбента к адсорбции этих двух газов очень близка, поэтому на практике это считаются двумя веществами, которые трудно экономически эффективно разделить в промышленности адсорбции под давлением. Это происходит из-за плохой селективности адсорбента к этим двум газам
3. Сравнение выходов: Метод химического поглощения: благодаря высокой селективности метода химического поглощения при разделении углекислого газа и метана, раствор быстро реагирует с кислыми газами, такими как углекислый газ, почти не реагируя с метаном. Это и обеспечивает высокий уровень выхода. Почти весь метан восстанавливается. Метод трансформативной адсорбции PSA: из описания принципа работы видно, что селективность адсорбента к газам во многом зависит от свойств молекул газа. При разделении углекислого газа и метана, поскольку способность адсорбента к адсорбции этих двух газов схожа, для повышения концентрации одного из газов приходится идти на значительное снижение выхода другого газа. С учетом современных технологий, чтобы достичь концентрации метана в готовом продукте 95%, удельный выход остается ниже 50%.
4. Сравнение концентраций продуктов. Метод химического поглощения: при этом методе концентрация газа на выходе определяется на основе давления пара над поверхностью раствора. Следовательно, при восстановлении раствора путем соответствующей корректировки количества углекислого газа, оставшегося в растворе, можно регулировать давление паров углекислого газа на поверхности раствора во время процесса поглощения, тем самым достигая цели изменения концентрации углекислого газа. Если в биогазе отсутствуют инертные газы, такие как азот и кислород, концентрация метана может достигать 99%. Метод трансформативной адсорбции PSA: как уже упоминалось ранее, для разделения углекислого газа и метана применяется этот метод. Однако поскольку способность адсорбента к поглощению этих двух газов схожа, для повышения концентрации одного из газов приходится жертвовать выходом другого газа. С учетом современных технологий, чтобы достичь концентрации метана в готовом продукте 95%, удельный выход уже составляет менее 50%. Для достижения уровня выше 98% в настоящее время технологически практически невозможно.
5. Сравнение расходов (предполагается, что в обоих случаях газ хранится в баллонах под давлением 20 МПа при 95% концентрации). Метод химического поглощения: основные затраты при использовании этого метода связаны с энергопотреблением на компрессию, энергопотреблением циркуляционных насосов, небольшим количеством воды, необходимой для пополнения запасов, а также с потреблением пара. Метод трансформационной адсорбции PSA: основные затраты при использовании этого метода также связаны с энергопотреблением на компрессию, энергопотреблением программируемых клапанов, а также с небольшим количеством воды, необходимой для пополнения запасов. На первый взгляд кажется, что при использовании метода PSA не требуется пар. Однако на самом деле для метода химического поглощения также требуется пар; его можно получить путем снижения выхода биогаза на 5%. Таким образом, выход метана может составлять 94–95%, тогда как при использовании метода адсорбции под давлением PSA выход составляет всего около 45%. Из-за различий в выходе газа энергозатраты на сжатие одинакового объема сжатого природного газа сильно различаются. При использовании метода PSA для достижения уровня производства, характерного для метода химической адсорбции, необходимо сжимать газ в 2–3 раза больше, причем образуется большое количество отходящих газов. С точки зрения инвестиций, при одинаковом объеме инвестиций стоимость применения метода химического поглощения составляет менее трети от стоимости использования метода PSA с изменением давления. При сравнении расходов обоих методов оказывается, что при химическом поглощении он составляет от одной пятой до одной трети от расходов при методе PSA с изменением давления.
6. Степень комплексного использования сырья. Метод химического поглощения: как следует из предыдущего описания, метод химического поглощения обладает высокой селективностью при разделении углекислого газа и метана. Благодаря этому достигается высокий процент извлечения метана; в восстановленном газе отсутствует метан, а чистота углекислого газа довольно высока. Это позволяет его дальнейшую переработку с получением чистого углекислого газа для продажи. Таким образом, метод химического поглощения и разделения для очистки биогаза позволяет использовать практически всю сырьевую газовую смесь. Метод трансформативной адсорбции PSA: для разделения углекислого газа и метана, поскольку способность адсорбента к адсорбции этих двух газов весьма схожа, для повышения концентрации одного из газов часто приходится идти на значительное снижение выхода другого газа. Как уже упоминалось, чтобы концентрация метана в готовом продукте достигла 95%, выход продукта уже составляет менее 50%. Для достижения уровня выше 98% в настоящее время технологически практически невозможно. В таком случае, для производства бутылочного природного газа с содержанием метана 95% 75% от общего объема исходного газа будет выбрасываться в виде отходов. В этих отходах также присутствует большое количество метана, из-за чего чистота углекислого газа снижается, и он теряет ценность для переработки. Поэтому при разделении метана и углекислого газа нецелесообразно использовать метод псевдосферической адсорбции, поскольку он сопровождается высокими затратами, низким выходом продукта, низким качеством и низкой эффективностью.