[發(fā)明專利]通過(guò)吸附單元和膜分離單元的組合處理包含VOC和二氧化碳的甲烷料流

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010566872.X
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN112107963A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: F·巴勞德;J-M·沙雷爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司
• 主分類號(hào): B01D53/047
• 分類號(hào): B01D53/047;B01D53/22;C10L3/10
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 張蓉珺;林柏楠

用于處理至少包含甲烷、二氧化碳和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的進(jìn)料氣體料流(1)以產(chǎn)生富含甲烷的氣體料流的設(shè)備，其沿進(jìn)料氣體料流的循環(huán)方向包括：a)至少一個(gè)壓縮機(jī)(2)，其可將進(jìn)料氣體料流的壓力提高到8?15表壓巴的壓力，b)至少一個(gè)吸附單元，其包括至少三個(gè)吸附器A1、A2和A3，其各自遵循具有相移的壓力循環(huán)，并且含有可除去至少一部分VOC的吸附劑，c)至少一個(gè)膜分離單元(6)，其可接收離開吸附器的氣體料流(5)并產(chǎn)生富含二氧化碳的滲透物(8)和富含甲烷的截留物(7)，d)用于測(cè)量進(jìn)入膜分離單元的氣體料流壓力的裝置和/或用于測(cè)量該同一料流中的甲烷濃度的裝置和/或用于測(cè)量各吸附器中的壓力的裝置，e)用于將所獲得的測(cè)量值與目標(biāo)值進(jìn)行比較的裝置，和f)用于調(diào)節(jié)進(jìn)料氣體料流流量的裝置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于處理至少包含甲烷、二氧化碳和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的進(jìn)料氣體料流以產(chǎn)生富含甲烷的氣體料流的設(shè)備和方法。

特別地，本發(fā)明涉及沼氣的凈化，以便根據(jù)注入天然氣網(wǎng)絡(luò)的規(guī)格產(chǎn)生沼氣。

背景技術(shù)

沼氣(Biogas)是在不存在氧氣的情況下分解有機(jī)物質(zhì)(厭氧發(fā)酵，也稱為甲烷化)期間產(chǎn)生的氣體。這可為自然分解(因此在沼澤地或家庭廢物填埋場(chǎng)中觀察到)，但是沼氣的產(chǎn)生也可由廢棄物在稱為甲烷化器或消化器的專用反應(yīng)器中的甲烷化產(chǎn)生。

由于其主要成分—甲烷和二氧化碳，沼氣是強(qiáng)力溫室氣體；同時(shí)，其也構(gòu)成可再生能源，這在化石燃料日益稀缺的情況下是值得重視的。

沼氣主要包含甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)，其比例可根據(jù)其獲得方式而變化，但還包含較小比例的痕量形式的水、氮?dú)狻⒘蚧瘹洹⒀鯕夂推渌袡C(jī)化合物。

取決于已分解的有機(jī)物和所用的技術(shù)，組分的比例不同，但平均起來(lái)，沼氣包含30-75％的甲烷、15-60％的CO₂、0-15％的氮?dú)狻?-5％的氧氣和痕量化合物，基于干氣。

沼氣以多種方式經(jīng)濟(jì)地利用。在溫和處理后，其可在生產(chǎn)場(chǎng)所附近開發(fā)以供應(yīng)熱、電或二者的混合物(熱電聯(lián)供)；高二氧化碳含量降低其熱值，增加壓縮和運(yùn)輸成本，并限制將其經(jīng)濟(jì)地用于該用途周邊的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

沼氣的更強(qiáng)力凈化允許其更廣泛地使用；特別地，沼氣的強(qiáng)力凈化使得可以獲得已經(jīng)凈化至天然氣規(guī)格并且可以替代天然氣的沼氣；由此凈化的沼氣稱為“生物甲烷”。因此，生物甲烷用可再生部分補(bǔ)充了地域內(nèi)采出的天然氣資源；其可用于與化石來(lái)源的天然氣完全相同的用途。可將其供入天然氣網(wǎng)絡(luò)或汽車加注站；也可將其以液化天然氣(LNG)等的形式儲(chǔ)存。

經(jīng)濟(jì)利用生物甲烷的方式根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r確定：特別地，當(dāng)?shù)氐哪芰啃枨螅?jīng)濟(jì)地將其用作生物甲烷燃料的可能性，是否接近天然氣分配或運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)在給定地域中操作的各方(農(nóng)民、生產(chǎn)商、公共當(dāng)局)之間產(chǎn)生協(xié)同作用，生物甲烷的生產(chǎn)有助于該地域獲得更大的能源自主性。

在收集沼氣和獲得生物甲烷(能夠被壓縮或液化的最終產(chǎn)物)之間需要完成若干步驟。

特別地，在目的是分離二氧化碳以產(chǎn)生凈化甲烷料流的處理之前，需要若干步驟。第一步驟包括壓縮在大氣壓下產(chǎn)生和運(yùn)輸?shù)恼託猓辉搲嚎s通常可使用潤(rùn)滑的螺桿壓縮機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。后續(xù)步驟的目的是脫除沼氣中的腐蝕性組分，即硫化氫和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)；所用的技術(shù)通常是變壓吸附(PSA)和活性炭捕集。隨后的步驟包括分離二氧化碳，從而最終獲得具有其隨后應(yīng)用所需純度的可用甲烷。

二氧化碳是通常存在于天然氣中的污染物，并且通常需要將其從天然氣中除去。為此，根據(jù)情況使用不同的技術(shù)；其中，當(dāng)CO₂含量高時(shí)，膜技術(shù)表現(xiàn)特別好；因此，其對(duì)于分離存在于沼氣中(特別是填埋氣中)的CO₂特別有效。