[发明专利]用于从含有甲烷、二氧化碳和硫化氢的气体混合物分离甲烷的装置和方法

说明书

在用于从含有甲烷、二氧化碳和硫化氢的气体混合物分离甲烷的装置中，该装置包含气体压缩机、压缩机下游的两个或三个膜分离级，和设置在膜分离级上游的硫化氢吸附器，该硫化氢吸附器包含具有用氧气氧化硫化氢的催化活性的活性炭床，通过将来自第二膜分离级的渗透物再循环到硫化氢吸附器上游的点，可以调节氧气含量和相对湿度以优化硫化氢吸附器的吸附容量，所述第二膜分离级接收第一膜分离级的渗余物。

技术领域

本发明涉及一种用于从含有甲烷、二氧化碳和硫化氢的气体混合物分离甲烷的装置和方法，其提高了活性炭对硫化氢的去除。

背景技术

厌氧发酵产生的气体混合物，例如来自厌氧消化器的生物气或填埋气体，通常包含作为主要组分的甲烷和二氧化碳以及作为可导致金属设备严重腐蚀的关键污染物硫化氢。天然气的许多特性也是如此。

以适合于将甲烷进料到气体分配格栅的质量从这种气体混合物分离甲烷具有商业利益，并且需要从气体混合物分离具有低含量硫化氢的甲烷。膜法对于从二氧化碳中分离甲烷是有利的，因为它们不需要用于二氧化碳的吸收剂并且可以以低能耗运行。从WO2012/000727中已知用于将甲烷与二氧化碳分离的合适的三级膜法。

具有活性炭床的吸附器通常用于在进一步使用或处理之前从生物气中除去硫化氢。生物气通常被冷却以冷凝包含在生物气中的部分水分，然后在其通到活性炭吸附器之前被再加热以降低相对湿度。

US 5,727,903公开了一种纯化原始填埋气体的方法，该方法包括干燥和压缩气体，使气体通过活性炭保护床以除去挥发性有机化合物和压缩机油，以及在两级膜分离中从气体中分离甲烷。将来自第二膜分离级的部分渗透物循环至压缩机上游的点。

US 8,999,036公开了一种由生物气生产天然气等同物的方法，其中生物气被干燥和压缩，压缩气体通过硫化合物去除单元，其中用市售氧化铁吸收剂例如SulfaTreat或Sulfa-Rite去除硫化合物。然后将气体进一步干燥并送到填充有活性炭的VOC去除装置，之后对其进行膜分离以分离甲烷。如图2所示，膜分离可以以两级操作，其中将来自第二级的渗透物循环至压缩机上游的点。

发明内容

本发明的发明人现已发现，来自两级或三级膜分离的循环气体流可以用于调节生物气或其他气体(含甲烷、二氧化碳和硫化氢)的氧气含量和相对湿度，以提供含有活性炭的硫化氢吸附器的最佳吸附容量，所述活性炭具有用氧气氧化硫化氢的催化活性，不需要或几乎不需要额外的设备和能量消耗用于这种调节。

因此，本发明的主题是一种用于从含有甲烷、二氧化碳和硫化氢的气体混合物分离甲烷的装置，所述装置包含

气体压缩机(1)；

用于将所述气体混合物进料到所述气体压缩机(1)的进料管线(2)；

在所述气体压缩机(1)下游的第一膜分离级(3)，其包含对二氧化碳的渗透率(permeability)比对甲烷的渗透率更高的气体分离膜，以提供第一渗余物(4)和第一渗透物(5)；

第二膜分离级(6)，其连接至所述第一膜分离级(3)，以接收所述第一渗余物(4)作为进料，所述第二膜分离级(6)包含对二氧化碳的渗透率比对甲烷的渗透率更高的气体分离膜，以提供作为富含甲烷的产物气体的第二渗余物(7)和第二渗透物(8)；

任选存在的第三膜分离级(9)，其与所述第一膜分离级(3)连接以接收第一渗透物(5)作为进料，所述第三膜分离级(9)包含对二氧化碳的渗透率比对甲烷的渗透率更高的气体分离膜，以提供第三渗余物(10)和第三渗透物(11)；