通过净化来自非危险废物储存设施的生物气生产生物甲烷的方法和实施这种方法的设施技术

一种通过净化来自非危险废物储存设施的生物气来生产生物甲烷的方法，其涉及：‑压缩初始气流，‑将待净化的气体流引入至少一个装有能够可逆地吸附VOC的吸附剂的吸附器中，‑使离开负载有能够可逆地吸附VOC的吸附剂的吸附器的VOC贫化气流经历至少一个膜分离步骤，以便将CO2和O2与气流部分地分离，‑将膜分离步骤中的保留物引入至少一个装有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂的吸附器中，‑使离开装有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂的吸附器的CO2贫化气流在蒸馏塔中经受低温分离步骤，以便将O2和N2与气流分离，‑回收来自低温分离步骤的富含CH4的流体。本发明专利技术还涉及用于实现所述方法的设施。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过净化来自非危险废物储存设施的生物气生产生物甲烷的方法和实施这种方法的设施
本专利技术的主题是通过净化来自非危险废物储存设施(NHWSF)的生物气来生产生物甲烷的方法。它还涉及用于实施这种方法的设施。更确切地说，本专利技术涉及一种通过将至少含有甲烷、二氧化碳、大气气体(氮气和氧气)和污染物(硫化氢(H2S)和挥发性有机化合物(VOC))的气流进行膜渗透和低温蒸馏进行结合的处理方法。目的是产生富含甲烷的气流，其甲烷含量满足其使用需求，并尽可能限制甲烷(CH4)在大气中的排放的影响(强烈的温室气体)。本专利技术特别涉及净化来自非危险废物储存设施(下文称为NHWSF(非危险废物储存设施))的生物气，以生产符合注入天然气网络或局部用作车辆燃料的生物甲烷。NHWSF中存在的有机废物的厌氧消化在NHWSF的整个运行寿命期间产生大量的生物气，甚至在停止运行和关闭NHWSF几年后产生。由于其主要成分-甲烷和二氧化碳-生物气是一种强大的温室气体；与此同时，在化石燃料枯竭的背景下，它也是一种可观的可再生能源。生物气含有几种污染性化合物，必须进行净化以具有商业价值。有几种方法可以回收和净化生物气。生物气主要含有可变比例的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，这取决于获得它的方法。在来自NHWSF的生物气的情况下，气体还含有一定比例的大气气体(氮气和氧气)，和较小程度的水、硫化氢和挥发性有机化合物(VOC)。取决于降解的有机物质、所使用的技术和每种NHWSF的特定条件(气候、类型等)，生物气组分的比例不同。然而，平均而言，生物气包括基于干燥气体计30％至60％的甲烷，15％至50％的二氧化碳，0％至30％的氮气，0％至6％的氧气，0％至1％的硫化氢和每立方米几十到几千毫克的挥发性有机化合物和痕量的一些其他杂质。生物气以不同方式升级。在部分处理后，它可以在生产现场附近升级，以提供热量、电力或两者的组合(热电联产)。显著的二氧化碳含量降低了其发热量，增加了压缩和运输的成本，并限制了其开发用于附近使用的经济利益。生物气的进一步净化使其能够得到更广泛的应用。特别是，生物气的显著净化使得能够以天然气的规格获得净化的生物气并且可以替代它。以这种方式净化的生物气被称为“生物甲烷”。因此，生物甲烷增加了天然气资源，区域上产生可再生部分。它可以用于与化石燃料来源的天然气完全相同的目的。它可以提供天然气网络或车辆加油站。它也可以液化以液化天然气(LNG)的形式储存和运输。根据当地情况确定回收生物甲烷的方法：当地能源需求，开发作为生物甲烷燃料的可能性，特别是附近天然气分配或运输网络的存在。在一个地区(农民、制造商、公共机构)运作的各利益相关者之间建立协同作用，生物甲烷的生产有助于地区获得更大的能源独立性。应该指出的是，根据国家的不同，环境法规通常会对大气排放施加限制。确实有必要实施能够限制生物气中所含温室气体(CH4)和污染物(H2S和VOC)影响的技术。因此，重要的是具有高产率的CH4(根据重量相当于基于生物气中包含的CH4的量计回收的CH4的量)，并提供避免大气排放的用于H2S和VOC的处理系统。此外，另外一个问题仍然是O2的存在，O2在混合物分离过程中会在各种浓缩阶段产生爆炸性气氛。这种产生爆炸性混合物的风险使得垃圾填埋生物气特别难以以安全和经济的方式净化。文献US8221524B2描述了通过各种循环步骤将气体中的CH4富集至88％的方法。该方法包括压缩气流，然后将其通过吸附剂以除去VOC。然后将气流进行膜分离步骤，然后进行变压吸附(PSA)步骤。PSA中使用的吸附剂是CMS(碳分子筛)类型，能够除去N2和少量的O2。文献EP1979446描述了一种生物气净化方法，其包括去除H2S，压缩气体，并过滤以除去颗粒。然后将气体进行膜分离步骤以除去CO2和O2，通过PSA进行干燥然后进入各种过滤器，然后最后再次进入PSA以除去N2。气体最终被液化。文献US2004/0103782描述了一种生物气净化方法，其包括去除H2S，压缩气体，过滤气体以去除颗粒，使其经受变压吸附(PSA)步骤以去除VOC，然后进行膜分离以去除大部分CO2以及一部分O2。文献US5486227描述了用于气体混合物的净化和液化方法，其包括使流体进行变温吸附(TSA)以显著除去H2S，然后进行变压吸附(PSA)以显著除去CO2，然后最终进行低温分离以除去氮气并仅保留甲烷。文献US5964923和US5669958描述了一种气态流出物的处理方法，该方法包括使气体脱水，使气体通过交换器将其冷凝，使气体进行膜分离，然后进行低温分离。文献US2010/077796描述了一种净化方法，其包括使气流进行膜分离，在蒸馏塔中处理渗透物，然后在蒸发后将来自塔的甲烷气体与在膜分离结束时获得的保留物混合。文献US3989478和FR2917489描述了用于净化富含甲烷的流体的低温系统。在液化步骤之前，这两个系统使用PSA去除CO2。在文献US3989478中，PSA的再生通过在蒸馏塔顶部收集的富氮馏出物进行。在文献FR2917489中，PSA的再生通过在蒸馏塔底部抽取的液体甲烷进行。文献EP0772665描述了使用低温蒸馏塔分离主要由CH4、CO2和N2组成的矿井瓦斯。文献WO2013/052325A1描述了一种生产甲烷的方法，其结合使用PSA的VOC净化步骤，然后使用TSA进行CO2分离步骤，最后进行低温蒸馏步骤以使O2和N2能够被除去。所述的膜分离是能够除去CO2并从而取代TSA的膜分离。它不能除去O2，因此不能解决蒸馏塔中爆炸性的问题。文献WO2011/097162A1描述了一种含有至少三个步骤的用于生产生物甲烷的方法，其使用PSA去除VOC，使用膜去除CO2和使用TSA去除残留的CO2。TSA之后是液化装置。没有提供O2的净化，特别是因为净化的气体在液化单元中直接处理。文献FR2971331A1描述了使用低温蒸馏将大气气体与甲烷分离并因此降低与氧气存在相关的风险的可能性。所引用的文献均未解决提供生物甲烷而没有与O2相关的风险的问题，其中甲烷浓度大于95％，CO2浓度小于2.5％且甲烷产率大于85％。本专利技术提出要解决的问题是提供一种鉴于上述限制的净化生物气的方法，即一种安全、具有最佳产量的方法，产生可替代天然气的高质量生物甲烷，尊重与污染性化合物(如VOC)和具有强烈温室效应的化合物(如CH4)的破坏显著有关的环境标准。由此产生的气体可以以液体或气体形式升级，或者注入气体网络或者用于移动应用。为了解决这个问题，申请人已经结合了4种技术，分别是通过PSA净化VOC，通过膜分离的第一次CO2和O2净化步骤，通过PTSA的第二次CO2净化步骤，最后是通过低温分离的N2和O2净化步骤。更确切地说，本专利技术的主题是通过净化来自非危险废物储存设施(NHWSF)的生物气来生产生物甲烷的方法，其中：-压缩初始气流，-将待净化的气流引入至少一个吸附器，有利地是负载有能够可逆地吸附VOC的吸附剂的变压吸附器(PSA)，-离开PSA的VOC贫化的气流进行至少一次膜分离，以使CO2和O2与气流部分地分离，-将来自膜分离的保留物引入至少一个吸附器，有利地是负载有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂的变压变温吸附器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过净化来自非危险废物储存设施(NHWSF)的生物气来生产生物甲烷的方法，据此：‑压缩初始气流，‑将待净化的气流引入至少一个吸附器，所述吸附器负载有能够可逆地吸附VOC的吸附剂，‑离开负载有能够可逆地吸附VOC的吸附剂的吸附器的VOC贫化气流进行至少一次膜分离，以使CO2和O2与气流部分地分离，‑将来自膜分离的保留物引入至少一个吸附器，所述吸附器负载有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂，‑离开负载有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂的吸附器的CO2贫化气流在蒸馏塔中进行低温分离，以将O2和N2与气流分离，‑收集来自低温分离的富含CH4的流体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.24 FR 15633571.一种通过净化来自非危险废物储存设施(NHWSF)的生物气来生产生物甲烷的方法，据此：-压缩初始气流，-将待净化的气流引入至少一个吸附器，所述吸附器负载有能够可逆地吸附VOC的吸附剂，-离开负载有能够可逆地吸附VOC的吸附剂的吸附器的VOC贫化气流进行至少一次膜分离，以使CO2和O2与气流部分地分离，-将来自膜分离的保留物引入至少一个吸附器，所述吸附器负载有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂，-离开负载有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂的吸附器的CO2贫化气流在蒸馏塔中进行低温分离，以将O2和N2与气流分离，-收集来自低温分离的富含CH4的流体。2.根据权利要求1所述的方法，其中借助于来自膜分离的渗透物使PSA再生。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述膜分离能够从气流中分离超过90％的CO2和至少30％的O2。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：-离开负载有能够可逆地吸附VOC的吸附剂的吸附器的VOC贫化气流进行第一次膜分离，-借助于来自所述第一次膜分离的渗透物使负载有能够可逆地吸附VOC的吸附剂的吸附器再生，-来自第一次分离的保留物进行第二次膜分离，-来自第二次膜分离的渗透物在压缩的上游重新引入。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：-蒸发来自低温分离的富含CH4的流体，-借助于蒸发的富含CH4的气流使负载有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂的吸附器再生。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中负载有能够可逆地吸附大部分剩余CO2的吸附剂的吸附器用来自低温分离的富含N2的馏出物再生。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过来自外部源的液氮的蒸发来保持所述蒸馏塔顶部冷却。8.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：古涅·普林斯，马修·列斐伏尔，皮埃尔·布里安，尼古拉斯·佩吉特，
申请(专利权)人：瓦加能源公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR