在能源危机与环境污染的双重背景下,世界各国都意识到发展可再生能源是一个必然的选择。在可再生能源中,沼气是一种重要的生物质能源,沼气经净化提纯后,其中的甲烷浓度达到90%以上就可得到生物甲烷,实现天然气的替代。目前,主要的沼气提纯方法有PSA法、水洗法、化学吸收法、有机溶解吸收法、膜分离法,而且已经实现了商业上的应用。通过几种提纯方法的对比发现水洗法的优势明显。本文通过沼气水洗机理的研究,发现了沼气水洗提纯的三大主要影响因素:温度、气水比、压力。通过沼气常压雾化水洗试验得到了温度、气水比对沼气提纯效果的具体影响,为了得到压力对沼气水洗的影响,对沼气常压水洗提纯系统进行了改造,提出了间歇式沼气压力水洗提纯系统,并设计了水洗控制系统。沼气水洗提纯原理主要包括两个方面,一是CH4、CO2在水中的溶解度差异,相同条件下CO2在水中的溶解度是CH4的30倍左右;二是CO2在水中的传质。通过分析得出,温度、压力主要是通过溶解度对沼气水洗效果产生影响,气水比通过对气液传质的影响对水洗效果产生影响。同时本文还分析了水的振动、水位高度以及水体的酸碱度对沼气提纯的影响。为了得到温度、气水比对沼气水洗效果的影响,本文开展了沼气常压雾化水洗提纯试验,通过对比试验,得到了温度、气水比对沼气水洗效果的影响,温度对沼气水洗效果的影响十分明显,在试验中,水温为3.5℃时,沼气水洗后其中的CH4浓度升高值为8个百分点,而当水温为22℃以后,水溶解CO2的能力大大下降,CH4浓度升高值仅为4个百分点左右。在一定的温度下,气水比有一个最佳值,当气水比在达到最佳值后继续增大时,水洗效果开始降低。由于沼气常压雾化水洗提纯效果有限,同时也为了得到压力对沼气水洗提纯的影响,所以对沼气常压系统进行了改造,提出了间歇式沼气压力水洗提纯方案及水洗流程;确定了主要设备的参数;对压力管道进行了设计;改进了气雾化器;设计了水雾化器。根据沼气压力水洗提纯系统的工艺流程要求,本文提出了两种水洗控制方案,并对方案进行了对比与选择,确定了采用单片机进行控制的方案;使用Proteus绘制了测控系统硬件原理图,使用C语言编写了控制程序,并对控制系统进行了测试,验证了测控方案可行性。针对所设计的沼气压力水洗提纯系统,提出了试验所要获得的参数;提出了试验方案;并且详细罗列了试验步骤。本文对沼气水洗提纯做出了详细研究,得到了不同温度、压力下CO2、CH4在水中的溶解度;通过沼气常压雾化水洗提纯试验,得到了温度、气水比对沼气水洗提纯效果以及该套系统的工艺参数,该系统处理量为5~16m3/h,可直接应用于生产实际中;同时本文针对沼气常压雾化水洗的缺点,提出了间歇式沼气水洗系统,与连续式水洗提纯相比,对设备的要求较低,设计压力为0.7Mpa,设计处理量为100m3/h。本文提出的沼气气雾化水洗法及间歇式沼气压力水洗提纯法可为沼气水洗提纯提供范例及新的思路,为国内研究沼气水洗的科研人员提供参考。