沼气的提纯技术中，膜分离法和PSA（变压吸附）是两种常用的方法，它们在原理、适用场景和优缺点上存在显著差异。以下是两者的对比分析：
1. 工作原理
- 膜分离法
- 利用气体组分通过高分子膜的渗透速率差异（如CO₂、H₂O比CH₄更快透过膜）实现分离。
- 通常需要多级膜组件串联以提高甲烷纯度。
- PSA（变压吸附）
- 通过吸附剂（如活性炭、分子筛）在高压下选择性吸附杂质（CO₂、N₂、H₂O等），甲烷作为产品气排出；降压时脱附杂质再生吸附剂。
- 需周期性切换吸附塔，工艺更复杂。
2. 适用场景
- 膜分离法
- 适合中小规模（如100~50000Nm³/h）、沼气中CH₄浓度较高（>50%）的场景。
- 对CO₂去除效果好，但对N₂分离效果较差（需配合其他技术）。
- PSA
- 适合大规模（>10000 Nm³/h）、杂质复杂（含CO₂、N₂、O₂等）的沼气。
- 可通过吸附剂组合灵活调整，适应不同杂质，提纯CH₄纯度更高（可达97%~99%）。
3. 关键性能对比
参数 | 膜分离法 | PSA |
甲烷回收率 | 90%~95% | 85%~93%（部分CH₄随脱附气损失） |
产品气纯度 | 90%~96%（受N₂限制） | 95%~99% |
能耗 | 较低（无移动部件，电耗低） | 较高（压缩气体和真空泵能耗） |
抗波动性 | 较差（流量/成分波动影响大） | 较强（可调节吸附周期） |
维护成本 | 低（膜寿命5~8年） | 较高（吸附剂更换、阀门磨损） |
4. 优缺点总结
- 膜分离法的优势
- 结构简单、占地面积小、启动快。
- 无化学消耗，适合连续运行。
- 膜分离法的局限
- 对原料气预处理要求高（需除H₂S、颗粒物等，避免膜污染）。
- N₂难以分离，限制最终纯度。
- PSA的优势
- 纯度高，适应复杂成分（如含N₂的沼气）。
- 工艺成熟，可靠性高。
- PSA的局限
5. 选择建议
- 优先选膜分离：中小规模、CO₂为主杂质、追求低成本和简单运维。
- 优先选PSA：大规模、高纯度需求（如车用CNG）、沼气含N₂或O₂等复杂成分。
- 组合工艺：对高纯度且含N₂的沼气，可结合膜法（先脱CO₂）和PSA（后脱N₂）。
6. 其他技术补充
- 水洗法/化学吸收：适合高CO₂沼气，但可能产生废水。
- 深冷分离：适合超大规规模，但能耗极高。
