利用變壓吸附程序從生質沼氣中分離高純度甲烷及二氧化碳之研究(2/2)

生質沼氣是有機廢棄物(包括都市污泥、農業廢棄物、動物排泄物及工業廢水等)經厭氧醱酵處理所產生之氣體產物，其平均成分為甲烷(60% ~ 70%)、二氧化碳(30% ~ 40%)、硫化氫(0 ~ 4000 ppm)及其他微量氣體等，然而甲烷與二氧化碳為溫室效應之主要溫室氣體，又以甲烷其全球暖化潛勢(Global warming potential, GWP)為二氧化碳之25倍，對於溫室效應的影響力不容小覷，而硫化氫氣體會與水氣產生硫酸，易造成機器損壞及管線腐蝕，因此如能分離硫化氫，並回收生質沼氣中甲烷至高純度以供後續再生能源使用，亦能同時回收二氧化碳達到溫室氣體減量之效用，可謂一舉數得。本計畫擬以初步實驗伴隨數值模擬以變壓吸附程序(pressure swing adsorption, PSA)進行生質沼氣純化技術開發，依據文獻資料找尋適當之吸附劑，利用等溫吸附曲線實驗建立吸附平衡曲線模式，此外利用突破曲線實驗結果找尋合適模擬參數，並利用模擬突破曲線實驗數據驗證以確認吸附劑各參數之準確性。因實驗室安全考量，將生質沼氣中CH4以N2取代先進行N2/ CO2雙塔PSA實驗，並建立N2/ CO2 PSA模擬程式，將模擬計算結果與實驗數據相驗證，以確認PSA模擬程式之可靠度及準確性。接著以模擬程式比較N2/ CO2與CH4/ CO2分離結果之差異，以此差異性為基礎，第二年進而設計出分離生質沼氣中H2S/ CH4/ CO2三成分多塔變壓吸附程序模擬之研究，就不同操作變因進行探討，如吸附塔塔長，進料流率，進料壓力、真空壓力以及各步驟時間等，找出最適化操作條件，達到同時分離出高純度的甲烷(> 99%)與二氧化碳(> 95%)(達美國能源部要求之CO2封存標準)，以作為未來開發實廠商業化生質沼氣純化變壓吸附程序之設計基礎。