生物气装置和生物气处理制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种生物气装置(10)，该装置包括发酵罐(12)、生物气处理单元(16)和热机(19)。生物气处理单元(16)包括气体分离单元(32)和压缩单元(33)，用于将来自发酵罐(12)的未加工的生物气(26)分离成两股气流，其中第一气流包含相对于未加工的生物气(26)的组成富含生物甲烷的产品气体(28)，第二气流包含相对于未加工的生物气(26)的组成富含二氧化碳且生物甲烷浓度小于20％的残余气体(30)。热机(19)产生用于运行压缩单元(33)的能量(39)。(19)产生用于运行压缩单元(33)的能量(39)。(19)产生用于运行压缩单元(33)的能量(39)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物气装置和生物气处理
[0001]本专利技术涉及权利要求1所述的具有发酵罐和生物气处理装置的生物气装置，以及权利要求15所述的由未加工的生物气获得生物甲烷的方法。
[0002]术语生物气通常是指主要为生物甲烷和二氧化碳的混合物，它们是在缺氧的情况下通过有机物质发酵形成的。此外，从废物填埋场或污水处理装置的污水处理塔释放出来的气体也可以称为生物气。因此，生物气装置是由有机基质生产生物气的装置。起初，生物气已经用于局部供热机组以产生电能和热能，而产生的部分热能可进一步用于生物气生产过程。
[0003]如果是在远离生物气来源的地方需要生物气，则需要将生物气加工成生物甲烷，并将其送入供气网或存储设施。为此，已经开发了生物气处理装置，用于将生物气分离成其成分，主要是生物甲烷和二氧化碳。目的是获得基本上纯的生物甲烷气流，该气流随后被送入供气网或可用于例如移动性产业中。
[0004]纯化未加工的生物气以获得生物甲烷的几种方法已成功地用于实践。已知方法包括水洗、有机擦洗(例如使用胺基溶剂)、变压吸附(PSA)和基于薄膜的气体渗透方法。
[0005]变压吸附法包括在高压下将生物气送入充满吸附剂的固态床反应器。生物气混合物中所谓的“重成分”被吸附剂吸附，所谓的“轻成分”可以在床层出口以浓缩形式回收。如果吸附床饱和，部分重成分也会从吸附床逸出。一旦发生这种情况，则使用阀门切换工艺，使得用于轻成分的出口关闭，用于重成分的单独的第二出口打开。这个开关伴随着压力降低。在这种降低的压力下，重吸收成分从床层解吸，可以在第二出口回收。两种可交替加载和卸载的吸附剂允许连续运行。如果使用低于大气压的压力，则该方法也被称为VSA(真空摆动吸附)。如果压力部分高于大气压，部分低于大气压，则该方法称为VPSA(真空变压吸附)。除了施加的压力和与其相关的必要预防措施外，所有这些方法基本相同。
[0006]基于薄膜的气体渗透方法包括借助薄膜从生物气中分离二氧化碳。为此，对未加工的生物气进行预清洁，并将其压缩至通常为10至30巴的压力。在这个压力下，二氧化碳可以很容易地通过将渗透侧和保留侧分开的薄膜渗透。未加工的生物气的其它成分，特别是生物甲烷，不能轻易地通过薄膜渗透，因此二氧化碳(“残余气体”)可在渗透侧被收集(即作为“透过物”)，而所需的清洁的生物甲烷作为“产品气体”提供在保留侧(即作为“保留物”)，其处于原始压缩的压力下并准备好被送入供气网。如果使用多层薄膜，则它们通常包括溶剂选择性无孔聚合物膜、微孔载体薄膜和可渗透的绒织物。无机气体分离薄膜(例如基于沸石)可用来替代基于聚合物膜的薄膜。无论薄膜类型如何，通常使用阶梯式薄膜系统以获得足够高纯度的生物甲烷和二氧化碳气流。
[0007]WO 2012/000727 A1公开了分离气体混合物的三步方法和装置。所述方法和装置由原料流分离阶段和保留物分离阶段组成，其中两个阶段均为薄膜分离阶段。将第一保留物流加热至高于进料流温度的温度，之后将其引入保留物分离阶段，在保留物分离阶段中使用的薄膜的总容量高于在进料流分离阶段中使用的薄膜的总容量。所述方法和装置能够以较低的再循环流量提供相对高纯度的渗透气和保留气。这种方法在实践中经常被使用，并在过去已被授权给许多供应商。
[0008]目前生物气处理方法的一个问题是需要大量的能量。例如，上述的擦洗法需要大量的热能，而变压吸附法和基于薄膜的分离法对未加工的生物气的压缩有很高的能量需求。到目前为止，所需的压缩能量通常只由电机提供，这导致了高昂的生产成本。由于对生物甲烷和CO2的纯度以及其中污染物的最大容许量的要求不断提高，通常需要多步骤分离和清洁系统。但是，每个清洁步骤都会增加清洁过程的总能耗。
[0009]除了所需的纯度或大或小的生物甲烷的产品气体外，未加工的生物气还包含作为副产品(残余气体)获得的可变量的二氧化碳。到目前为止，这种二氧化碳气体流被认为价值不大，通常被释放到环境中。鉴于气候变化，减少CO2排放的新途径成为人们关注的焦点。一个实例是使用所述生物质衍生的CO2作为生产或能量转换过程的原料。
[0010]因此，本专利技术要解决的问题是提供一种生物气装置，所述装置包括用于生产生物气的生物气生产设施和用于将未加工的生物气分离成生物甲烷和二氧化碳的生物气处理装置，由此生物气装置具有改进的能量和经济平衡，同时满足通过分离未加工的生物气获得的气流纯度方面的要求。
[0011]权利要求1所述的生物气装置和具有权利要求14所述特征的方法解决了该问题。优选的实施方式是从属权利要求的主题。
[0012]本专利技术的生物气装置包括：
[0013]‑
发酵罐(或“消化池”)，其用于从有机生物材料(或“生物质”)，特别是有机废物生产未加工的生物气，
[0014]‑
生物气处理装置，和
[0015]‑
热机。
[0016]发酵罐能够将生物质转化为未加工的生物气，并且通常包含能够消化有机生物材料的微生物。发酵罐可以是指定的技术单元(如装置)或设施(如废物处理场)。生物材料的消化或“发酵”产生含有生物甲烷的未加工的生物气。
[0017]为了将发酵罐产生的未加工的生物气中的生物甲烷与其它生物气成分，特别是二氧化碳(CO2)分离，生物气处理装置包括将未加工的生物气至少分为第一气流和第二气流的分离单元。第一气流由相对于未加工的生物气的组成富含生物甲烷的产品气体组成，第二气流由相对于未加工的生物气的组成富含二氧化碳且生物甲烷浓度小于20％的残余气体组成。生物气处理装置可包括至少一个分离步骤。因此，至少一个残余气体流可以是从不同分离步骤获得的不同中间残余气体流的混合物。
[0018]气流的分离可通过使用本申请引言部分中提及的已知方法之一来实现，特别是通过薄膜分离或变压吸附。由于这些分离方法通常需要压缩待分离的未加工的生物气，因此生物气处理装置包括可执行此任务的压缩单元。
[0019]热机是生物气装置的一部分，提供有用于燃烧的燃烧气体以产生热能。例如，热机可以是气体活塞发动机或微型燃气轮机。热机可以连接至废气处理单元。向所述废气处理单元提供废气以进行处理(通常用于清洁)。热机优选还包括至少一个热交换器以利用所述热能。
[0020]本专利技术的一个关键方面是通过燃烧气体的燃烧产生的能量用于运行压缩单元。
[0021]因此，本专利技术的生物气装置允许燃烧气体的燃烧产生的能量用于生物气装置的运行，特别是用于运行气体分离单元的压缩单元。这大大降低了生物气装置的运行成本。热机
产生的热能也可以转移至发酵罐，从而降低生物气装置的运行成本。
[0022]热机和压缩单元通常机械连接，优选通过刚性联轴器。
[0023]从热机到压缩装置的能量传递可以是直接的(例如通过刚性或可变联轴器)或间接的(例如通过中间的能量转换器或存储器)。因此，压缩单元的运行需要较少的外部产生的能量(即生物气装置外产生的电能或燃料)，这可以降低生物甲烷的总生产成本。
[0024]在本专利技术的特别优选的实施方式中，至少一部分残余气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.生物气装置(10)，所述装置包括：
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发酵罐(12)，所述发酵罐用于从生物质(21)生产未加工的生物气(26)，
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热机(19)，所述热机提供有用于燃烧的燃烧气体以便产生机械能和/或热能(39)，
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生物气处理装置(16)，所述处理装置包括压缩单元(33)和气体分离单元(32)，用于将未加工的生物气(26)分离成第一气流和第二气流，其中所述第一气流由相对于所述未加工的生物气(26)的组成富含生物甲烷的产品气体(28)组成，并且所述第二气流由包含小于20％的生物甲烷且相对于所述未加工的生物气(26)的组成富含二氧化碳的残余气体(30)组成，
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和废气处理单元(18)，向所述废气处理单元提供废气以进行处理，其中由所述热机(19)中的燃烧气体产生的能量(39)的至少一部分用于运行所述压缩单元(33)。2.如权利要求1所述的生物气装置，其中所述燃烧气体和废气中的至少一种包含残余气体(30)的至少一部分(30a,30b)。3.如权利要求1或2所述的生物气装置，其中所述残余气体的生物甲烷浓度小于15％，优选小于10％，更优选小于5％，更优选为0.1％至3％。4.如权利要求1至3中一项所述的生物气装置，其中所述燃烧气体包括可变量的天然气(36)和/或所述发酵罐(12)的未加工的生物气(26)和/或产品气体(28)。5.如权利要求1至4中一项所述的生物气装置，其中所述废气包括来自所述热机(19)的废气(31)。6.如权利要求1至5中一项所述的生物气装置，其中所述燃烧气体和废气中的至少一种由来自所述生物气装置(10)的气体组成。7.如权利要求1至6中一项所述的生物气装置，其中所述废气处理单元(18)是催化气体处理单元。8.如权利要求1至7中一项所述的生物气装置，其中所述热机(19)和所述压缩单元(33)通过刚性联轴器机械连接。9.如权利要求1至8中一项所述的生物气装置，其中所述气体分离单元(32)包括简化薄膜分离装置(34)，优选具有最多两个分离步骤，优选仅具有一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：日立造船爱诺瓦公司，
类型：发明
国别省市：