Title of Paper:生物甲烷膜分离提纯系统的设计与优化

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Date of Publication:2014-05-15

Journal:化工学报

Included Journals:EI、PKU、ISTIC、CSCD、Scopus

Volume:65

Issue:5

Page Number:1688-1695

ISSN No.:0438-1157

Key Words:甲烷;膜;压缩天然气;有限元模型;过程设计;二氧化碳

Abstract:以厌氧发酵生物气为原料生产压缩天然气是大规模利用生物质资源的重要途径。首先，在过程模拟软件UniSim Design中基于有限元方法建立了中空纤维膜的离散数值计算模型，适合于模拟渗透切割比非常高的生物甲烷膜分离过程。以单级聚酰亚胺膜分离系统为例研究了关键操作条件--膜的进料压力对处理能力、甲烷收率及压缩天然气生产单耗的影响。目前的评估体系下，提高进料压力有利于提高处理能力和甲烷回收率，而压缩天然气生产单耗在2.70 MPa时最低，为0.46 kW·h·m-3压缩天然气。通过分析渗透气的甲烷浓度变化趋势，开发了一级二段气体膜分离系统，兼具流程简单、设备投资低、甲烷收率高、产值高的优点。以处理1000 m3·h-1生物气为例，甲烷收率达95.0%，压缩天然气产量500 m3·h-1。对应地，装置总投资为3.8×106 CNY，年运行费用及设备折旧为1.5×106CNY，年经济效益（毛利）超过2.50×106 CNY。