用于使用包含两个模块的膜分离单元对生物气流进行膜渗透处理的设备制造技术

本发明专利技术涉及用于使用包含两个模块的膜分离单元对生物气流进行膜渗透处理的设备。一种用于对至少包含甲烷和二氧化碳的生物气流进行膜渗透处理的设备，包括：

【技术实现步骤摘要】
用于使用包含两个模块的膜分离单元对生物气流进行膜渗透处理的设备


[0001]本专利技术涉及一种用于对至少包含甲烷和二氧化碳的生物气流进行膜渗透处理以产生富含甲烷的气流的设备。

技术介绍

[0002]生物气是有机物在无氧条件下降解(厌氧发酵)——也称为甲烷化——过程中产生的气体。这可以是自然降解——因此在沼泽地或生活垃圾填埋场中可以观察到——但生物气的产生也可以通过废弃物在专用反应器(称为甲烷化器或消化器)中的甲烷化产生。
[0003]由于其主要成分，即甲烷和二氧化碳，生物气是一种强大的温室气体；同时，它还构成可再生能源的来源，在化石燃料日益稀缺的背景下，这是相当可观的。
[0004]生物气主要含有甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，其比例可根据其获得方式而有所不同，但也含有较小比例的水、氮、硫化氢、氧和微量的其它有机化合物。
[0005]取决于已降解的有机物和所使用的技术，各组分的比例不同，但平均而言，生物气包含以干气计30％至75％的甲烷、15％至60％的CO2、0％至15％的氮、0％至5％的氧和微量化合物。
[0006]生物气以各种方式提质。经过轻微处理后，它可以在生产现场附近进行提质，以供应热、电或两者的混合(热电联产)；高二氧化碳含量降低了其热值，增加了压缩和运输成本，并且限制了将其提质到这种附近使用的经济优势。
[0007]对生物气进行更深入的净化允许其得到更广泛的应用；特别地，生物气的深度提纯使得有可能获得已经提纯到天然气规格并且可以替代天然气的生物气；这样提纯的生物气称为“生物甲烷”。因此，生物甲烷以在区域内生产的可再生部分补充天然气资源；它可以用于与化石来源的天然气完全相同的用途。它可供应天然气网络或汽车加气站；它也可以被液化以采用液化天然气(LNG)的形式储存。
[0008]特别地，根据当地情况来确定提质生物甲烷的方式：当地能源需求、提质为生物甲烷燃料的可能性、天然气分布或运输网络附近的存在。通过在特定地区经营的各方(农民、制造商、政府当局)之间产生协同效应，生物甲烷的生产有助于这些地区取得更大的能源自给自足。
[0009]在收集生物气和获得生物甲烷之间需要完成几个步骤，最终产品能够被压缩或液化。
[0010]特别地，在旨在分离二氧化碳以产生净化甲烷流的处理之前需要几个步骤。第一步骤是压缩已产生并处于大气压下的生物气，并且这种压缩可以通过传统方式使用压缩机来实现。以下步骤旨在洗脱生物气中的腐蚀性成分，即硫化氢和挥发性有机化合物(VOC)；所使用的技术通常是变压吸附(PSA)和活性炭捕集。接下来是分离二氧化碳以最终获得纯度满足其后续使用要求的可用甲烷的步骤。
[0011]二氧化碳是一种通常存在于天然气中的污染物，并且通常需要将其从天然气中去
除。视情况而定，为此使用了各种技术；其中，膜技术在CO2含量高的情况下尤其有效；因此，它被用于分离来自油烟气体或垃圾填埋气体的生物气中存在的CO2。
[0012]用于净化气体的膜气体分离工艺，无论它们使用一个还是多个膜级，都必须能够以低成本生产所需品质的气体，同时最大限度地减少希望提质的气体的损失。因此，在生物气净化的情况下，所进行的分离主要是CH4/CO2分离，该分离需要允许产生根据其用途含有超过85％的CH4、优选超过95％的CH4、更优选地超过97.5％的CH4的气体，同时最大限度地减少残余气体中的CH4损失和净化成本，后者在很大程度上与压缩膜上游的气体的设备的电力消耗相关联。
[0013]优选允许生产富含甲烷的气流的设备能够控制甲烷损失。
[0014]已知与包含两个膜级的系统相比，包含三个膜级的系统提高了甲烷产率。然而，尽管包含三个膜级的系统可以在不增加中间压缩机成本的情况下特别是提高待提质气体(在生物气的情况下为CH4)的回收程度，但由此推断，没有渗透物的中间压缩，在第三膜中就不会获得良好的分离，因此第三膜级的渗余物包含更大比例的在第三级中尚未渗透的待去除气体。这种待去除、不必要地重新压缩的气体增加了压缩机的电力消耗。因此，在生物气的情况下，在第一膜的渗透物在进入第三膜级之前没有进行中间压缩的情况下，第三膜级的渗余物将使一部分CO2再循环到压缩机的入口。因此，减少再循环CO2的这一比例将是有利的。
[0015]因此，仍然需要对用于生物气中所含的甲烷和二氧化碳的膜分离的工艺进行改进，使其能够以非常好的收率获得高纯度的甲烷，同时降低系统的运行成本。

技术实现思路

[0016]本专利技术的一个解决方案是一种用于对至少包含甲烷和二氧化碳的生物气流1进行膜渗透处理的设备，该设备包括：
[0017]‑
用于压缩生物气流1的压缩机2，
[0018]‑
包含两个模块的膜分离单元：
[0019]·
第一模块3，其能够接收压缩的生物气流并提供第一渗透物5、第二渗透物6和第三渗透物7以及第一渗余物8，
[0020]·
第二模块4，其能够接收来自第一模块的第一渗透物5并提供第四渗透物9和第二渗余物10，
[0021]‑
至少一个用于将第二渗余物10和第三渗透物7再循环到压缩机2的入口的装置11，并且
[0022]其中，每个模块都包括对二氧化碳的渗透性比对甲烷的渗透性高的至少一个膜。
[0023]注意，优选地，单个再循环装置能够实现第二渗余物10以及第二渗透物6和第三渗透物7的组合再循环。
[0024]优选地，第四渗透物9被排放到大气中或被提质以回收CO2。
附图说明
[0025]图1示出根据本专利技术的设备的一个示例。
具体实施方式
[0026]视情况而定，根据本专利技术的设备可以具有以下特征中的一个或多个：
[0027]‑
再循环装置11能够将第二渗透物6再循环到压缩机2的入口，
[0028]‑
每个模块内的膜都具有相同的选择性，
[0029]‑
至少一个模块包含具有不同选择性的膜，
[0030]‑
该设备在压缩机2的上游包括至少一个用于预净化生物气流的装置；注意，一个或多个用于预净化生物气流的装置选自用于预净化待处理的生物气的装置，其能够根据要求确保干燥、CO2减少、去除挥发性有机化合物(VOC)的全部或部分功能。
[0031]‑
该设备包括用于测量第一渗余物8的压力的装置P；
[0032]‑
该设备包括用于测量第一渗余物8中的甲烷浓度的装置C；注意，装置P和C可以检查产生的生物甲烷(第一渗余物)是否具有所需的特性；优选地，该设备还将包括用于将测定的压力和/或测定的浓度与目标压力和浓度值进行比较的装置，以及用于在测量值低于目标值的情况下将第一渗余物送回产生生物气流的甲烷化器的装置。
[0033]‑
该设备包括用于根据在第一渗余物8中测定的甲烷浓度来设定第一渗余物8的压力的装置。
[0034]‑
该设备包括用于设定第二渗余物10的压力的装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对至少包含甲烷和二氧化碳的生物气流(1)进行膜渗透处理的设备，包括：
‑
用于压缩所述生物气流(1)的压缩机(2)，
‑
包含两个模块的膜分离单元：
·
第一模块(3)，其能够接收压缩的生物气流并提供第一渗透物(5)、第二渗透物(6)和第三渗透物(7)以及第一渗余物(8)，
·
第二模块(4)，其能够接收来自所述第一模块的第一渗透物(5)并提供第四渗透物(9)和第二渗余物(10)，
‑
至少一个用于将第二渗余物(10)和第三渗透物(7)再循环到所述压缩机(2)的入口的装置(11)，并且其中，每个模块都包括对二氧化碳的渗透性比对甲烷的渗透性高的至少一个膜。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述再循环装置(11)能够将所述第二渗透物(6)再循环到所述压缩机的入口。3.根据权利要求1和2中任一项所述的设备，其特征在于，每个模块内包括的膜具有相同的选择性。4.根据权利要求1和2中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个模块包括具有不同选择性的膜。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备在所述压缩机(2)的上游包括至少一个用于预净化所述生物气流(1)的装置。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于测量所述第一渗余物(8)的压力的装置P。7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于测量所述第一渗余物(8)中的甲烷浓度的装置C。8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于根据在所述第一渗余物(8)中测定的甲烷浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：