2.1.2 二氧化碳分离技术

沼气中的甲烷和二氧化碳的热力学参数相差较大。甲烷是一种无色、无毒、可燃性较强的气体，其临界温度远低于环境温度，详细的热力学参数见附录1。由表可见，甲烷的液化温度超低、液化压力高，难以液化，作为燃气是一种清洁能源，甲烷是混合制冷剂的一种，可获得-160℃以下的低温；二氧化碳是一种不可燃、无色、无味的弱酸性气体。二氧化碳的热力学参数见附录2，二氧化碳的液化温度高，在压力为7.2MPa、室温条件下就可液化。甲烷和二氧化碳液化压力与温度的差异是沼气低温液化分离的依据。

基于天然气的热点问题——低温液化冷能利用方法，采用低温液化分离二氧化碳，既充分利用了沼气液化制取生物质LNG过程的冷能，又降低了沼气中二氧化碳浓度。沼气中甲烷和二氧化碳临界压力和临界温度存在较大差异，不同压力下临界温度如图2-3所示。

图2-3　甲烷和二氧化碳临界温度和压力图

由图2-3可见，二氧化碳与甲烷气体临界温度相差较大，在相同的压力条件下，二氧化碳气体的临界温度远高于甲烷气体的临界温度，当把沼气加压到相同的压力，再降低温度，先液化出来的是二氧化碳气体。在相同压力下，由于二氧化碳与甲烷气体液化温度的差异，使温度高于甲烷气体液化温度而低于二氧化碳气体液化温度，利用气液分离器将两种气体分离。这些差异点是低温液化分离沼气中二氧化碳的理论依据。

液化系统能耗问题是制约沼气液化的关键因素，本章从能量㶲平衡理论，研究解决能耗问题可行性的方法。