2.1.2 二氧化碳分離技術(shù)

沼氣中的甲烷和二氧化碳的熱力學(xué)參數(shù)相差較大。甲烷是一種無色、無毒、可燃性較強(qiáng)的氣體，其臨界溫度遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，詳細(xì)的熱力學(xué)參數(shù)見附錄1。由表可見，甲烷的液化溫度超低、液化壓力高，難以液化，作為燃?xì)馐且环N清潔能源，甲烷是混合制冷劑的一種，可獲得-160℃以下的低溫；二氧化碳是一種不可燃、無色、無味的弱酸性氣體。二氧化碳的熱力學(xué)參數(shù)見附錄2，二氧化碳的液化溫度高，在壓力為7.2MPa、室溫條件下就可液化。甲烷和二氧化碳液化壓力與溫度的差異是沼氣低溫液化分離的依據(jù)。

基于天然氣的熱點(diǎn)問題——低溫液化冷能利用方法，采用低溫液化分離二氧化碳，既充分利用了沼氣液化制取生物質(zhì)LNG過程的冷能，又降低了沼氣中二氧化碳濃度。沼氣中甲烷和二氧化碳臨界壓力和臨界溫度存在較大差異，不同壓力下臨界溫度如圖2-3所示。

圖2-3　甲烷和二氧化碳臨界溫度和壓力圖

由圖2-3可見，二氧化碳與甲烷氣體臨界溫度相差較大，在相同的壓力條件下，二氧化碳?xì)怏w的臨界溫度遠(yuǎn)高于甲烷氣體的臨界溫度，當(dāng)把沼氣加壓到相同的壓力，再降低溫度，先液化出來的是二氧化碳?xì)怏w。在相同壓力下，由于二氧化碳與甲烷氣體液化溫度的差異，使溫度高于甲烷氣體液化溫度而低于二氧化碳?xì)怏w液化溫度，利用氣液分離器將兩種氣體分離。這些差異點(diǎn)是低溫液化分離沼氣中二氧化碳的理論依據(jù)。

液化系統(tǒng)能耗問題是制約沼氣液化的關(guān)鍵因素，本章從能量?平衡理論，研究解決能耗問題可行性的方法。