[发明专利]为提取甲烷而纯化生物气的方法及系统

说明书

本发明涉及一种为提取甲烷而纯化生物气的方法，在该方法中将该生物气中所含的多种组分如二氧化碳、硫化合物、以及氨气在多个不同的处理步骤中进行分离；并且涉及一种适合用于实施该方法的系统。

生物气是通过有机材料的厌氧(无氧)消化形成的并且被用作一种可再生的能源。所产生的这些气体被分类为污泥气、消化气、掩埋气以及生物气，取决于所使用的相应原料，如污泥、淤浆、粪肥、植物或动物来源的废弃材料以及生物原料。

所有上述气体此后将被称为生物气。

生物气的主要组分是甲烷和二氧化碳以及少量成分一起，包括氮气、硫化合物、氧气、氢气、以及氨气。

为了利用该生物气中含有的甲烷，因此有必要在一个多级过程中对该生物气进行处理以去除这些不想要的组分。

通常的处理步骤本质上(它们通常是单独进行的)包括除湿(水的去除)、脱硫、以及二氧化碳和氨气的去除。

脱硫的生物吸收方法(使用微生物)和化学吸收方法是已知的，其中硫化氢以不同的方式被转换为元素硫。

二氧化碳连同少量的硫化氢是通过物理或化学手段被去除，例如通过压力水洗涤、膜法、Selexol法(在高压下)、变压吸收、或者胺洗涤。

这些方法中的一些还去除了水或氨气。

以上指出的方法中大多数是能源密集型的并且造成了甲烷损失。

使用压力水洗涤和变压吸收方法出现了甲烷的相对高的损失，总计为生物气中所含甲烷的约2％至5％。此外，在已被去除的二氧化碳中所含的甲烷仅仅可以借助一种辅助燃烧系统来作为燃料使用，因为它是以如此小的浓度存在的。此外，归因于该变压吸收系统运作的方式，发生了甲烷排放方面的剧烈波动，这要求使其平滑。另外，原气体必须仅含有非常小浓度的H₂S，从而迫使对所使用的活性炭的耗时且昂贵的处置成为必需。

仅仅在将该受污染的洗涤溶液进行再生的情况下，使用一种洗涤溶液的洗涤(如胺洗涤)才是经济合理的。

从DE 10200051952B3中获知了一种由炼厂气和/或生物气生产甲烷和液体二氧化碳的方法。将原气体在一个初级阶段纯化(去除杂质，如NH₃、H₂SO₄、H₂S、SO₂以及COS)并且随后送入一个吸收柱中，在该吸收柱中在优选5至30巴的压力下使用一种含胺的洗涤溶液将该原气体中所含的二氧化碳束缚在该洗涤溶液中。所获得的纯化的气体含有按体积计约98％的甲烷并且可以直接用于其他目的。将该受污染的洗涤溶液在一个汽提柱中在压力下并且在增大的温度下(180℃至230℃)进行再生处理。

该使用压力的方法要求装置上的高水平的支出。

从WO 2008/034473A1中获知了一种从生物气中去除甲烷和二氧化碳的方法，该方法使之有可能不使用压力而去除二氧化碳并且其中得到了具有99.5％以上纯度的甲烷气。

如同所有的胺洗涤一样，为将该洗涤溶液再生而消耗了相对大量的能量，总计为0.5至0.8kWh/Nm³生物气。

本发明的目的是设计一种为提取甲烷而纯化生物气的方法，该方法具有低能耗的特征并且使甲烷含量能够增大至少10％而伴随低的甲烷损失。此外，要设计一种适合用于实施该方法的系统。

以上目的根据本发明借助权利要求1所指定的这些特征得以解决。该方法的多个有利实施方案是权利要求2至11的主题。在权利要求12中了限定一种适合用于进行该方法的系统的多项特征。这个系统的多个有利的发展是权利要求12至18的主题。

该纯化过程根据所提出的方法在至少三个纯化步骤中发生，它们相互立即连续地发生，使用了在回路中被引导的无添加剂的新鲜水。可以使用取自本地供应网的水或井水或者准备的雨水作为新鲜水。所使用的水不含添加剂。绝对不可缺少地要进行的三个纯化步骤如下：

待纯化的生物气(原气体)(起始自生物气工厂或者其他工厂，例如用于生产消化气、污泥气、或填埋气的一个工厂)在标准压力下或者在高达6巴的超压下与所送入的新鲜水逆流地流动穿过带有一个填充床的一个洗涤柱。在这个过程中，该原气体中所含的二氧化碳、硫化氢、氨气以及其他有机的水溶性物质被束缚在该新鲜水中。将具有至少65％的甲烷含量的甲烷气在该洗涤柱的头部抽出。