温度摆动吸附技术优化沼气提纯：实验探索与中试验证

为解决沼气提纯中CO2、H2S和水分去除的技术难题，研究人员通过温度摆动吸附(TSA)技术，优化硅胶-活性炭-沸石分层吸附床配置，实现甲烷纯度>97%。该研究为中小型沼气工程提供了低成本、易操作的解决方案，年捕获0.157-1.57吨甲烷，助力温室气体减排。

　　

在全球能源转型背景下，沼气作为有机废弃物厌氧发酵的产物，因其可再生特性备受关注。然而，原始沼气中混杂的CO₂、H₂S和水分等杂质，不仅会腐蚀设备、降低燃烧效率，还可能导致安全隐患。传统净化技术如膜分离或胺洗工艺虽有效，但存在能耗高、操作复杂等问题，尤其不适合中小规模应用。温度摆动吸附(TSA)技术因其常温操作、模块化设计等优势，成为极具潜力的替代方案。

研究人员通过系统实验与中试验证，开发了一套基于硅胶-活性炭-沸石(2:2:1)分层吸附床的TSA系统。采用内径20mm、长度120mm的硼硅酸盐玻璃柱，在25°C和1 bar条件下，通过调节L/D比（长径比）、吸附剂配比等参数优化性能。关键技术包括：1) 多参数吸附柱动态分析；2) 吸附-解吸循环温度控制(±25°C)；3) 气相色谱在线监测；4) 中试规模放大验证。

参数化气体-固体接触系统研究
通过单变量调控法发现，当流速1L/min时，分层吸附床对CO₂和H₂S的协同捕获效率提升40%，且沸石对含硫化合物表现出特异性吸附。

中试循环测试验证
放大实验证实，优化后的系统可实现97.2%甲烷纯度，年甲烷回收量达1.57吨。硅胶优先吸附水分的特点保护了下游吸附剂，而活性炭-沸石组合显著提升CO₂/CH₄分离比。

技术经济分析
针对日产1-6m³沼气的小型设施，该方案设备成本降低35%，操作能耗仅为传统工艺的1/3，投资回收期缩短至2.5年。

这项发表于《Renewable Energy》的研究，通过Brij Kishore团队的系统工作，不仅证实了分层TSA技术的工程可行性，更开创性地提出"吸附剂功能梯度"概念——即通过材料序列优化实现杂质逐级清除。该成果为分布式沼气工程提供了兼具经济性和环境效益的解决方案，对推动农村能源转型具有重要意义。研究还指出，未来可通过开发复合吸附剂进一步提升系统紧凑性，这为后续研究指明了方向。