[发明专利]通过吸附单元和膜分离单元的组合处理包含VOC和二氧化碳的甲烷料流

说明书

用于处理至少包含甲烷、二氧化碳和挥发性有机化合物(VOC)的进料气体料流(1)以产生富含甲烷的气体料流的设备，其沿进料气体料流的循环方向包括：a)至少一个压缩机(2)，其可将进料气体料流的压力提高到8‑15表压巴的压力，b)至少一个吸附单元，其包括至少三个吸附器A1、A2和A3，其各自遵循具有相移的压力循环，并且含有可除去至少一部分VOC的吸附剂，c)至少一个膜分离单元(6)，其可接收离开吸附器的气体料流(5)并产生富含二氧化碳的渗透物(8)和富含甲烷的截留物(7)，d)用于测量进入膜分离单元的气体料流压力的装置和/或用于测量该同一料流中的甲烷浓度的装置和/或用于测量各吸附器中的压力的装置，e)用于将所获得的测量值与目标值进行比较的装置，和f)用于调节进料气体料流流量的装置。

技术领域

本发明涉及一种用于处理至少包含甲烷、二氧化碳和挥发性有机化合物(VOC)的进料气体料流以产生富含甲烷的气体料流的设备和方法。

特别地，本发明涉及沼气的净化，以便根据注入天然气网络的规格产生沼气。

背景技术

沼气(Biogas)是在不存在氧气的情况下分解有机物质(厌氧发酵，也称为甲烷化)期间产生的气体。这可为自然分解(因此在沼泽地或家庭废物填埋场中观察到)，但是沼气的产生也可由废弃物在称为甲烷化器或消化器的专用反应器中的甲烷化产生。

由于其主要成分—甲烷和二氧化碳，沼气是强力温室气体；同时，其也构成可再生能源，这在化石燃料日益稀缺的情况下是值得重视的。

沼气主要包含甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)，其比例可根据其获得方式而变化，但还包含较小比例的痕量形式的水、氮气、硫化氢、氧气和其它有机化合物。

取决于已分解的有机物和所用的技术，组分的比例不同，但平均起来，沼气包含30-75％的甲烷、15-60％的CO₂、0-15％的氮气、0-5％的氧气和痕量化合物，基于干气。

沼气以多种方式经济地利用。在温和处理后，其可在生产场所附近开发以供应热、电或二者的混合物(热电联供)；高二氧化碳含量降低其热值，增加压缩和运输成本，并限制将其经济地用于该用途周边的经济优势。

沼气的更强力净化允许其更广泛地使用；特别地，沼气的强力净化使得可以获得已经净化至天然气规格并且可以替代天然气的沼气；由此净化的沼气称为“生物甲烷”。因此，生物甲烷用可再生部分补充了地域内采出的天然气资源；其可用于与化石来源的天然气完全相同的用途。可将其供入天然气网络或汽车加注站；也可将其以液化天然气(LNG)等的形式储存。

经济利用生物甲烷的方式根据当地的情况确定：特别地，当地的能量需求，经济地将其用作生物甲烷燃料的可能性，是否接近天然气分配或运输网络。通过在给定地域中操作的各方(农民、生产商、公共当局)之间产生协同作用，生物甲烷的生产有助于该地域获得更大的能源自主性。

在收集沼气和获得生物甲烷(能够被压缩或液化的最终产物)之间需要完成若干步骤。

特别地，在目的是分离二氧化碳以产生净化甲烷料流的处理之前，需要若干步骤。第一步骤包括压缩在大气压下产生和运输的沼气；该压缩通常可使用润滑的螺杆压缩机来实现。后续步骤的目的是脱除沼气中的腐蚀性组分，即硫化氢和挥发性有机化合物(VOC)；所用的技术通常是变压吸附(PSA)和活性炭捕集。随后的步骤包括分离二氧化碳，从而最终获得具有其随后应用所需纯度的可用甲烷。

二氧化碳是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除去。为此，根据情况使用不同的技术；其中，当CO₂含量高时，膜技术表现特别好；因此，其对于分离存在于沼气中(特别是填埋气中)的CO₂特别有效。