[发明专利]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

说明书

本发明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：‑用于压缩生物气流的压缩机，‑包含2个模块的膜分离单元：第一模块，其能够接收压缩的生物气流并提供第一渗透物、第二渗透物和第三渗透物以及第一渗余物；第二模块，其能够接收来自第一模块的第一渗透物并提供第四渗透物和第二渗余物，‑至少一个用于将第二渗余物和第三渗透物再循环到压缩机的入口的装置，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。本发明还涉及使用该设备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方法。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。