[发明专利]利用调节的第二渗透物的吸气压力通过膜渗透处理气流的设备和方法

说明书

用于膜渗透处理至少包含甲烷和二氧化碳的进料气流的设备，其包括：–用于压缩进料气流的压缩机A，–第一膜分离单元，其能够接收来自所述压缩机的气流并提供第一渗透物和第一渗余物，–第二膜分离单元，其能够接收第一渗余物并提供第二渗透物和第二渗余物，–第三膜分离单元，其能够接收第一渗透物并提供第三渗透物和第三渗余物，–至少一个测量装置，其用于测量第二膜单元中第二渗透物的吸气压力，和–至少一个压缩机B，其用于抽吸第二渗透物并根据在将第二渗透物再循环到压缩机A下游的进料气流中之前测量的吸气压力来调节第二渗透物的吸气压力，其中每个膜分离单元包括至少一个对二氧化碳比对甲烷更可渗透的膜。

本发明涉及一种用于通过膜渗透处理至少包含甲烷和二氧化碳的气流以产生富含甲烷的气流的设备，该富含甲烷的气流的甲烷含量满足其使用的要求，和一种用于控制这种设备的方法。

本发明尤其涉及沼气(biogas)的净化，目的是根据用于注入天然气网络的规范来生产生物甲烷。

沼气是在没有氧气的情况下有机物分解产生的气体(需氧发酵)，也称为甲烷化。这可能是自然的分解-因此在沼泽地或家庭废物的排放物中被发现-但是沼气的产生也可能是由专用的反应器(称为甲烷化器或消化器)中的废物甲烷化导致的。

由于沼气的主要成分-甲烷和二氧化碳，沼气是一种强大的温室气体；同时，它也构成了可再生能源，在化石燃料日益稀缺的情况下，这是可观的。

沼气主要包含甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，其比例可根据其获取方式的不同而变化，但也包含较小比例的水，氮气，硫化氢，氧气和其他痕量有机化合物。

取决于已分解的有机物和所使用的技术，各成分的比例不同，尽管平均而言，沼气在干燥气体中包含30％至75％的甲烷，15％至60％的CO2，0至15％的氮气，0至5％的氧气和痕量化合物。

沼气以各种方式得到了有益的利用。经过轻度处理后，其可以在生产现场附近进行有益的利用，以提供热量，电力或两者的混合物(热电联产)；高二氧化碳含量降低了它的热值，增加了压缩和运输的成本，并限制了以这种方式在附近获利的经济效益。

更大程度地净化沼气可以使其得到更广泛的使用，特别是，对沼气的广泛净化会产生一种沼气，该沼气已被净化到天然气的规格，并且可以替代天然气；如此净化的沼气被称为“生物甲烷”。因此，生物甲烷以在领土内生产的可再生比例补充天然气资源；它可以用于与化石来源的天然气完全相同的用途。可以将其送入天然气网络，汽车加气站；也可以液化并以液化天然气(LNG)等形式存储。

将生物甲烷用于盈利用途的方式取决于当地情况：当地的能源需求，将其用作生物甲烷燃料盈利的可能性以及特别是附近是否有天然气运输或分配网络。通过在给定领域(农业，工业，公民政府)中开展活动的各方之间产生协同作用，生物甲烷的生产有助于这些领域在能源方面获得更大的自给自足。

在收集沼气和获得生物甲烷(可以被压缩或液化的最终产品)之间，需要经历多个阶段。

特别地，在旨在分离二氧化碳以便产生净化的甲烷流的处理之前需要几个阶段。第一阶段是压缩已产生并在大气压下引入的沼气，可以以常规方式使用压缩机获得这种压缩。下一阶段的目标是消除沼气中的腐蚀性成分，即硫化氢和挥发性有机化合物(VOC)，为此，以常规方式使用的技术是变压吸附(PSA)和活性炭捕获。接下来是涉及分离二氧化碳以便最终获得其后续使用所需纯度的甲烷的阶段。

二氧化碳是天然气中通常存在的一种污染物，通常需要将其去除。为此，要根据情况使用各种技术。其中，当CO2含量高时，膜技术表现特别出色。因此，它可用于分离存在于源自释放的气体或植物或动物粪便消化器的沼气中的二氧化碳。