膜分離技術利用氣體組分在膜材料中的滲透速率差異實現CO?與CH?的高效分離，具有設備緊湊、無化學消耗、操作靈活等優勢，適用于中小規模沼氣提純（50~2000 Nm3/h）。膜分離沼氣提純設備技術特點

1. 技術原理

滲透機制：

CO?、H?O等極性

分子在膜中的滲透速率遠高于CH?（CO?/CH?選擇性可達50:1）。

高壓側（原料氣）中CO?快速透過膜，低壓側（滲透氣）富集CO?，高壓側剩余氣體（滯留氣）為高純度CH?。

分離效率：

單級膜CH?純度可達80~90%，多級串聯或循環工藝可提升至95~99%。

2. 核心設備組成

組件

功能

預處理系統 去除H?S（<100 ppm）、顆粒物、油霧、水蒸氣（露點<-40℃），防止膜污染。

壓縮機 提高原料氣壓力（通常6~20 bar），增強分離驅動力。

膜分離單元 核心組件，含中空纖維或螺旋卷式膜組，材料多為聚酰亞胺（PI）、聚砜（PSF）等。

真空泵 在滲透側抽真空（可選），提高CO?滲透效率。

控制系統 自動化調節壓力、流量、溫度，優化分離效率。

3. 工藝流程

（1）單級膜分離

沼氣 → 預處理 → 壓縮 → 膜分離 → CH?（滯留氣，純度85~90%）
↘ CO?（滲透氣，可回收或排放）

特點：簡單、成本低，適合低純度需求場景。

（2）多級膜串聯/循環

沼氣 → 預處理 → 壓縮 → 一級膜 → 二級膜 → 高純CH?（>95%）
↘ 滲透氣返回壓縮機或排放

特點：通過級聯提高CH?回收率（>98%），但投資和能耗增加。

4. 關鍵性能參數

操作壓力 6~20 bar 壓力↑→分離效率↑，但能耗↑

溫度 20~50℃ 高溫可能降低膜選擇性

CH?回收率 單級85~90%，多級>95% 與膜面積、級數正相關

膜壽命 3~8年（取決于預處理效果） H?S、水蒸氣會加速老化

5. 技術優勢與局限

優勢

無化學藥劑：避免吸收法的廢液處理問題。

模塊化設計：易于擴容，適合分布式沼氣工程。

快速啟停：適應間歇性產氣的沼氣項目。

局限

預處理要求高：H?S、硅氧烷等會不可逆損傷膜材料。

CH?損失風險：單級膜CH?可能隨滲透氣流失（需優化工藝）。

投資成本較高：膜組件占總投資40~60%（但維護成本低）。

6. 應用案例

農業沼氣：德國某農場采用兩級膜分離，CH?純度達98%，處理量200 Nm3/h。

垃圾填埋氣：美國加州項目（膜+PSA組合），CH?回收率>99%，H?S<1 ppm。

工業廢水沼氣：國內某啤酒廠項目（預處理+膜分離），替代天然氣鍋爐燃料。

7. 選型建議

小規模（<500 Nm3/h）：優先選擇膜分離。

含高濃度H?S：需前置生物脫硫或活性炭吸附。

高純度需求（>97%）：結合PSA或化學吸收法二級處理。

8. 市場主流供應商

國際品牌：美國AP。

膜分離技術適合中小型、低雜質沼氣的提純，具有環保和操作優勢，但需嚴格預處理。膜分離沼氣提純設備技術特點