膜分离法沼气提纯技术项目申报书(4000Nm3d)(审计)

1、膜分离 沼气 提纯 技术 研发 项目 鉴定申 请表 （ 1-2）项目编 号：单位：元项目名称厨余垃圾厌 氧消 化项 目起止时间2013年 2月 -2014年 1 月隶属本项目主要研究人员情况姓名性别年龄专业职称在本项目中 承担 工作乔如林男34环境工程副总（技术 ）项目总负责 人男32环境工程研发经理研发薛方亮何清玉女39化学工艺研发工程师研发王晓霞女27环境工程研发工程师研发常霄静女27环境工程研发工程师研发王玉晓女27环境工程研发工程师研发房明男26生物质工程研发工程师研发张亮男27英语高级翻译配合研发国 际交 流与 合作曹亚文男28环境工程设计工程师研发和工艺 设计朱毅男29环境工程研发

2、工程师研发和工艺 设计研究开发项 目所属技术领域（注：必须严格按照所列示的技术领域填报，不得自行编制其他技术领域）电子 信息 生 物与 新医药 航 空航 天先进制造 新 材料 高技术服务业新能 源与 节能 资 源与 环境 现代农业高新技术改造传统产业 海洋项目符合规定领域该项目属于 国家 重点 支持 的 高新技术领 域 资源与环境技术 领域 第 （三）款 第3项或属于 当前 优先 发展 的高 技术 产业化重点 领域 指南 （ 2011年 度） 领 域第项规定的研发 活动 研究开发内 容简要（ 300字 以内 ）开发一种新 型沼 气提 纯技 术 膜分离处 理工 艺 。 利 用各 气 体组分在通

3、过高 分子 聚合 物 分 离膜时的溶解 扩散 速率 不同 ， 因 而在膜两侧 分压 差的 作用 下导 致其渗透通 过纤 维膜 壁的 速率 不同 而分离这一原 理分 离沼 气中 的二 氧化碳， 从而 得到 高纯 度的 甲 烷。 该工 艺技 术具 有 ： 工 艺流 程简单、转动设备少 、 开停 车方 便 、 没 有污水排放 、 不使 用化 学品 、 能耗低、 采用 集装 箱式 模块 化 设计 空间需求小、 便于 移动 和安 装且 不必建厂房，操 作简 单， 便于 扩大。具有 很大 的应 用前 景和 市场 空间。该研发项目装置规模： 4000Nm3/d。通过研发和优化沼气膜提纯技术的工艺路线及设备技

4、术参数 、 发 现并 解决 研发 过程 中 的问题， 形成 技术 研发 成果 工 艺包 ， 为 今后 具体 工程 的设 计 和市场应用提供参 考依 据。 并申 报相 关专利。研究开发活动主 要 （大中型）仪器 设备 清单名称单价数量总价折旧方法折旧年限膜组件及配 套设 备万1万年沼气在线分 析仪万1万年露点在线监 测仪万2万研究开发费 用预算当年实际投 入国家财政拨 款研究开发年 限1-2 年企业自主投 入申请加计扣除额（ =附件1-4的 37行项目开发形 式新产 品 新技术 新工艺膜分离法沼气提纯技术研发项 目立项书一、立项依据（一）国内外现状、水平和发 展趋势沼气是 一种 具有 较高 热值

5、 的可 燃气体 ，是 一种 高效 、无 污染 的生物 质能 ，可 替代 煤炭 、石 油和天 然气 等化 石燃 料，是世界 今后 解决 能源 紧缺 的一 种有效 手段 ， 沼 气工 程及 其脱 碳提纯 利用 技术 是治 理有 机废 弃物环 境污 染、 转化 有机 废 弃物为纯 净高 热值 天燃 气、 获取 绿色能 源等 可利 用物 质的 十分 有效技 术和 更为 经济 、实 用的 手段。 从我 国沼 气产 量潜 力 、利用技 术水 平、 市场 需求 和政 策导向 的发 展趋 势来 看， 沼气 利用的 产业 化将 有突 破性 进展 。 在强 调可 持续 发展 的大 背景 下，大 力推 广沼 气工

6、程与 脱碳 提纯利 用技 术显 得尤 为重 要。沼气直接 作为锅 炉燃料 或直接 发电热值 利用率 较低， 热电联 产可以提 高沼气 的热值 利用率 ，但发电 只能自 用， 根 据我国情 况，沼 气发电 电量小 、稳定性 较差难 于并网 。沼气 经过净化 提纯生 产车辆 燃料或 作为天然 气管网 调峰气 源 将有更高 附加 值。目前在 国内 沼气 提纯 升级 技术 还处于 刚刚 起步 的阶 段， 而国 外尤其 是欧 美沼 气脱 碳提 纯技 术比较 成熟 。 工 艺方 法 主要有： 变压 吸附 （ PSA）、水 洗工艺 、化 学吸 收、 有机 溶剂 物理吸 收、 膜分 离工 艺等 。变压吸 附

7、（ PSA） 工 艺： 让气 体通过 吸附 床层 ， 利用 固体 吸 附剂对 不同 气体 的吸 附能 力不 同， 让混 合气 体中 的一 种（或几种）气体的大部分被吸附在床层上，小部分流出；让混合气体中的另外一种（或几种）气体的大部分流出， 小部分被 吸附 在床 层上 ； 从 而达 到提高 出口 气体 浓度 提高 的目 的。 变 压吸 附工 艺因 硫化 氢会 在吸附 剂上 发生 不可 逆吸 附、水分破坏吸附剂结构，所以原料气需要精细预处理，而且每隔一段时间就要更换吸附剂；该工艺控制复杂、需要高 度的自动 化控 制； 操作 弹性 较小 ；二氧 化碳 浓度 高时 ，甲 烷回 收率低 ， 9097%

8、。压力水 洗工 艺 ： 以 水为 溶剂 ， 根据二 氧化 碳和 甲烷 在水 中溶 解性的 差异 来达 到气 体分 离的 目的 ， 在 低温 、 高 压下二氧化碳 比甲烷 的溶解 性更好。在吸收塔，二 氧化碳 溶解在 水中，而 甲烷在 气相浓 度增加 ，直至达 到提纯 产品标 准 后从吸收塔塔顶排出进入后续工艺，离开吸收塔的水被送到闪蒸罐，回收溶解在水中的部分甲烷后，进入解吸塔与空 气逆流接触，二氧化碳被释放出来，水得以再生，再生后的水循环回吸收塔继续吸收操作。水洗工艺，大规模项目投 资较少， 但是 需要 预先 脱硫 和后 处理干 燥工 艺； 再生 工艺 增加 能耗； 定期 会有 一定 量的 废

9、水 排放。有机溶 剂物 理吸 收： 与高 压水 洗类似 ，主 要不 同点 是二 氧化 碳被有 机溶 剂（ 如聚 乙二 醇及 其衍生 物） 物理 吸 收 ，而且二氧 化碳在 有机溶 剂中的 溶解性大 于在水 中，同 样的气 体处理量 液体流 量可以 大大降 低。有机 溶剂通 过加热 或 减压再生 。化学吸 收： 采用 胺液 （ MEAMD）EA作 为吸收剂 ， 二 氧化 碳与 液 相中的 胺发 生化 学反 应， 由于 化学反 应选 择性 很强 ，所以甲 烷损 失可 低于0.1%。 因二氧 化碳 与胺 发生 的是 化学 键合， 因此 要加 热再 生。 对于 同样的 处理 量， 化学 吸收 法工厂占

10、地 比高 压水 洗少 ； 甲烷 回 收率高99.9%； 产品 纯度高99%； 但 是吸 收剂 需要 加热 再生 ， 能 耗高 ； 有 机吸 收剂 由于 热解或热 聚合 以及 原料 中的 氧气 会加速 其解 等原 因， 有机 吸收 剂使用 一段 时间 需要 更换 ，费 用较高 。膜分离 工艺 ： 是 利用 各气 体组 分在高 分子 聚合 物中 的溶 解扩 散速率 不同 ， 因 而在 膜两 侧分 压差的 作用 下导 致其 渗 透通过纤 维膜 壁的 速率 不同 而分 离。推 动力 （膜 两侧 相应 组分 的分压 差） 、膜 面积 及膜 的分 离选择 性， 构成 了膜 分离 的三要素。 膜分 离技 术

11、在 欧洲 、日 本、美 国等 国已 有广 泛使 用， 该技术 工艺 流程 简单 、运 行费 用低， 操作 和维 护方 便。通过以 上分 析， 考虑 工艺 技术 先进、 成熟 、可 靠及 经济 性等 方面的 比较 ，膜 分离 技术 具有 系统运 行安 全稳 定性 高 、产品气 体质 量高 、原 料气 综合 利用程 度高 、排 放尾 气无 须二 次处理 要求 ，投 资处 理成 本经 济等特 点。（二）项目研究开发对本企业 、行业的推动作用面对国外 的沼气 提纯技 术的快 速发展， 促使我 们必须 加快对国内沼气膜提纯 脱碳技 术的研 究。沼气 膜提纯 脱碳 技术的先进 性和适 用性， 以及工 程的

12、投入 产出关 系必将 得到市 场的认可 ，提高 沼气利 用技术 水平，提 高沼气 系统工 程 经济效益就成为沼气工程能否得到大量推广应用 的关 键。（三）项目达到的技术水平及市场前景本项目着眼于最新的沼气膜提纯处理技术， 立 足于 最新 的理 论认识及发 现， 结合 我国 内外 沼气脱 碳提 纯处 理实 际情 况，我们提出沼气膜提纯脱碳处理技术的研究。二、研究开发内容和目标（一）项目主要内容和关键技术项目 研究 主要 内容 为 ： 开发一 种新 型沼 气提 纯技 术 膜分 离处 理工 艺 。 关 键技 术 ： 利 用各 气体 组分 在通 过高 分子聚合物 分离膜 时的溶 解扩散 速率不同 ，因

13、而 在膜两 侧分压 差的作用 下导致 其渗透 通过纤 维膜壁的 速率不 同而分 离 这一原理 分离 沼气 中的 二氧 化碳 ，从而 得到 高纯 度的 甲烷 。（二）技术创新点本项目 研究 通过 利用 各气 体组 分在高 分子 聚合 物中 的溶 解扩 散速率 不同 ， 依 照气 体渗 透通 过膜的 速率 快慢 ， 可 把气体分 成“ 快气 ”和 “慢 气” 。常见 气体 中，H2O、 H2、 He、 H2S、 CO2等 称为 “快 气” ； 而 称为“ 慢气 ”的 则有 的 CH4及其它烃 类、N2、 CO、 Ar 等。 根 据这一 原理 ，各 气体 组分 在膜 两侧分 压差 的作 用下 导致

14、其渗 透通过 纤维 膜壁 的速 率不 同而分离 ， 从 而分 离出 二氧 化碳 的达到 沼气 提纯 脱碳 的目 的。 根据分 离膜 的特 点， 原料 沼气 经脱硫-压缩-脱水干燥-过滤-加热等工 艺步骤 再进入 膜系统 ，过滤主 要是将 水滴、 油滴、 气溶胶等 截留下 来以免 对膜造 成污染。沼气膜分离脱 碳 技术工艺流 程简单 ，能耗 低，设 备维护简 单。本 研发项 目还拟 将该技术 的各工 艺单元 实现集 装箱式的 模块化 设计， 这 样整套装 置的 安装 和移 动更 方便 、无需 建厂 房和 地基 ，因 而也 更能适 应市 场需 求。（三）主要技术指标或经济指 标技术指标 ：本系 统

15、工艺 链短， 可靠性高 ，设备 组成简 单，膜 使用寿命 长，可 通过膜 组的变 化，提取 不同浓 度的 甲烷，产 品 CH4纯 度可 达95-99%， 产品 回收 率可达85%-95%。经济指 标：简洁优化合理的处理工艺，可申报专利。在 南宁 餐厨 垃圾 处理 工程 上成功 应用 ，将 沼气 提纯 升级 为高附 加值 的车 载气CNG， 使得该 工程 获得 进一 步的经济效益。年收益可增加300600万。此工艺研制成功后，将为今后本公司和全国范 围内 的餐 厨垃圾 、厨 余垃 圾厌 氧发 酵所 产沼气 的提 纯， 提供 集装箱式模块化的膜法提纯装置 。 该套装置 ： 工 艺简 单、 操作 维

16、护方 便、 能耗 低、 无废 水、 废渣排 放、 易安 装和 移动 ，将有很 大的 市场 应用 空间 。 同 时还可 开发 其他 可产 沼气 的行 业， 如养 殖业 的禽 畜粪 便发 酵 产沼气 。 该套 装置 将低 热值的沼气提纯升级为具有高附加值的车载气，将会具有很大的市场吸引力。该技术研 发成功 后，我 们可根 据不同的 沼气处 理规模 和沼气 成分设计 和生产 相应的 集装箱 式模块化 处理装 置， 可将沼气提纯为满足客户要求的高附加值燃料气和车载气，具有良好的市场开发前 景。三、研究开发方法及技术路线研究开发方法：膜法分离 沼气的 原理是 当无液 态水、无 油的压 缩沼气 沿中空 纤

17、维管内 腔流动 时，各 种气体 的分压在 中空纤 维丝 管 TOC o 1-5 h z 的高压侧 （原料 侧）与 低压侧 （渗透侧 ）所形 成的驱 动力 分压差作 用下， 溶解系 数和扩 散系数大 的气体 （如CO2）优先透 过管 壁， 其余 气体 （ CH4）相 对受 到阻 隔， 从而 达到 分离的 目的 。经脱硫、 初步脱 水的沼 气经压 缩机压缩 ，压缩 气体经 干燥、 过滤和加 热到适 宜的温 度后， 均匀进入 一级膜 分离 系统进行分离，透过膜组件的气体主要成分为二氧化碳，可直接排入大气也可进入二氧化碳回收装置，未透过膜组件的气体进入二级膜系统进行分离，由此分离出高纯度甲烷，透过二级

18、膜组件的气体回流至压缩机吸入口，再进入膜分离系统；如需回收二氧化碳，回收装置分离出高纯度二氧化碳，未透过气回流至压缩机，进入膜分离系统；高纯度的二氧化碳可通过管道汇集后收集也可排入大气，而制得的所需浓度的甲烷气可通过城市管网作为燃气使用也可通过加压后作为 汽车 燃料 使用 。技术路线：有研 究开 发基 础基础设 施条 件本研发 项目 首先 依托 和服 务于 南宁餐 厨垃 圾处 理工 程， 在广 西南宁拥有良好 的配 套环 境， 完善的 水、 电供 应和 稳 TOC o 1-5 h z 定的沼气来源。科研开发力量本项目科研由 6名硕 士以 及其 他相关 的专 业技 术人 员组 成的 科研小 组负

19、 责研 究开 发工 作。组织管理体系形成了 技术总 负责、 相目 主负 责和具 体人员 实施负 责； 同时 研发部 、设计 部、采 购部 、调 试部等 相结合 的组 织管理体 系， 为项 目的 实施 提供 科学管 理。科技合 作交 流本项目 已经与 欧美一 些技 术先 进成熟 的大型 跨国公 司进 行了 多次技 术交流 ，并达 成合 作意 向，膜 组件从 国外 进口，工 艺设 计由 我们 自主 开发 ，合作 方提 供相 应的 技术 支持 。五、研究开发项目组人员名单姓名性别出生年月学历职称（职务 ）专业乔如林男1979.10硕士研究生副总经理环境工程薛方亮男1981.10硕士研究生研发经理环境工程何清玉女1974.10硕士研究生研发工程师化学工艺王晓霞女1986.3大学本科研发工程师环境工程常霄静女1986.10硕士研究生研发工程师环境