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高效、低耗的CO2吸收技术是沼气提纯工艺开发的热点和趋势,其中乙醇胺(MEA)吸收法是目前采用最为广泛的沼气提纯方法。本文利用数值模拟与实验手段相结合的方法,系统研究了 MEA溶液吸收沼气中高浓度CO2的性能、填料塔中CO2吸收过程的动力学和传质性能。在此基础上,采用Aspen Plus对MEA提纯沼气循环工艺进行了优化。实验研究了MEA浓度对吸收性能、解吸温度对解吸性能的影响,探讨了填料吸收塔中进气流量和CO2浓度、吸收液流量、吸收温度、吸收压力等参数对吸收性能的影响。增加MEA浓度,有助于提高CO2的吸收速率,但吸收富液的CO2负荷减小;增加解吸温度,有助于提高CO2的解吸速率,吸收CO2至饱和的MEA溶液最优解吸温度为105℃;在填料吸收塔中,各参数影响的显著性顺序为吸收液流量>进气流量>吸收温度>CO2浓度>吸收压力。提出了通过检测逆流填料吸收塔内CO2浓度沿塔高的变化规律、实验测量填料塔内CO2吸收过程的有效比表面积以及类比法求得物理扩散系数和亨利系数等特性参量,分析确定MEA吸收CO2过程的总体积传质系数、八田数、增强因子等传质动力学参数的方法。通过传质动力学分析得出MEA吸收CO2的传质性能随反应条件的变化规律为:增加吸收剂浓度,有利于提高CO2吸收过程的传质性能;进气流量和CO2体积分数增加,传质性能降低;随吸收温度的增加,吸收过程的传质性能先提高后降低。建立了 MEA溶液吸收沼气中高浓度CO2的传质模型,得到了填料塔内CO2的浓度分布,该模型可较好的预测填料塔中MEA吸收沼气中高浓度CO2的传质过程。同时,建立了基于二级反应动力学方程的增强因子的数学模型,结果表明,MEA溶液吸收高浓度CO2的增强因子小于八田数,反应过程可用二级不可逆反应动力学方程描述。搭建了MEA吸收CO2循环工艺的实验装置,对工艺参数对提纯过程中CO2脱除率和再生能耗的影响进行了考察。结果表明:1)在MEA吸收CO2的循环工艺中,适当增加吸收塔进液温度,有助于在实现高CO2脱除率的同时,降低循环工艺的解吸能耗,进液温度最优值为50℃;2)C02脱除率随吸收液流量增加先增大后减小,流量最优值为30L/h,解吸能耗随吸收液流量的增加而减小,在满足CO2脱除率要求的同时,应适当降低吸收液流量,以提高装置的经济效益;3)吸收压力对CO2脱除率及解吸能耗的影响不大;4)解吸塔最优加热温度设定值为17O℃,对应塔釜内溶液温度为111.3℃;5)CO2脱除率随解吸压力的增加先增大后减小,解吸总能耗逐渐增大后趋于稳定,单位CO2解吸能耗先减小后增大,实验装置的最优解吸压力为34kPa。在此基础上,基于Aspen Plus对沼气提纯循环工艺进行仿真优化,开发了吸收塔再循环和解吸塔分配流等沼气提纯新工艺。再循环工艺可在提高CO2脱除率至98.5%的同时,降低单位CO2的解吸能耗3.9%,最低能耗可达3.69GJ/t。分配流工艺可获得高CH4浓度的产品气,CO2脱除率可达99.9%,同时可使解吸能耗降低4.95%。论文研究成果可为沼气提纯工艺开发和优化提供理论和技术参考。