[发明专利]用于从生物气中分离和纯化甲烷的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一个混合流中气体和蒸汽化合物的分离，并且具体地涉及一种用于从生物气中分离和纯化甲烷的方法和系统。

背景技术

从生物气产生来源（如厌氧消化池和填埋场）中取得、分离和纯化甲烷允许该纯化的甲烷作为一种天然气的代用品而使用。一种用于从生物气中分离和回收纯甲烷气体的常规方法要求使这些收集的非甲烷有机化合物（NMOC）在发动机、燃烧室、燃烧塔（flare）或热氧化器中进行热破坏。该生物气的非甲烷有机化合物（NMOC）的热破坏导致二氧化碳（一种温室气体）的产生，这进一步增加全球变暖。

诸位发明人还不知道有方法能够从生物气气体中分离和纯化甲烷而不从该生物气的纯化方法的不可避免的热破坏相中产生二氧化碳。因而，存在对一种分离生物气气体（特别非甲烷有机化合物（NMOC））的方法和系统的需要，而不产生二氧化碳气流，以便提供一种与天然气可互换的实质上纯化的甲烷流。

因此，一种解决这些上述问题的用于从生物气中分离和纯化甲烷的方法和系统是所希望的。

发明内容

用于从生物气中分离和纯化甲烷的方法和系统分离了生物气、纯化了可用的甲烷、并且收集了非甲烷有机化合物（NMOC），从而避免了非甲烷有机化合物的热破坏以及随后温室气体释放到大气中。该方法收集了一个包含甲烷、二氧化碳、水、硫化合物和NMOC气体/蒸汽的粗生物气气流。将该生物气流进料到一个液体硫洗涤器或一个硫吸附器单元的进气中，其中将该生物气分离成一个在该系统中被传送至下游的主气流以及一个从该系统中被去除的硫化合物流。然后将该主气流通过一个NMOC吸收器进行处理，并且进一步在游通过一个NMOC吸附器进行处理。将由两个NMOC过程回收的NMOC液化、从该系统去除并且储存。

自这些NMOC过程下游，该主气流通过至少一个CO₂、N₂、O₂气体分离单元进行处理，该单元产生了一个富含甲烷气体的可用产物流、以及一个废气流，在其中一个排气变压吸附单元（VPSAU）处理该废气用于排放和再循环。

根据以下说明书和附图的进一步综述，本发明的这些和其他特征将很容易变得清楚。

附图说明

该唯一附图是示出了根据本发明的用于从生物气中分离和纯化甲烷的示例性系统的框图。

贯穿所附的附图，类似的参考符号一致地表示相对应的特征。

具体实施方式

用于从生物气中分离和纯化甲烷的方法和系统分离了生物气、纯化了可用的甲烷、并且收集了非甲烷有机化合物（NMOC），从而避免了该NMOC的热破坏以及所产生的温室气体排放到大气中。该方法可以收集一个包含至少甲烷、二氧化碳、水、硫化合物和NMOC气体/蒸汽的粗生物气气流。如在该附图中所示的，该方法将该粗生物气气流分离成至少一个硫化合物流和一个主气流。本领域的普通技术人员应该理解，可以通过贯穿系统100布置的压缩机和/或泵单元协助在此讨论的气体和液体流的流动。对于在此描述的系统110的每个处理步骤，此类处理步骤可以在一个具有合适设计的压力容器中发生以有助于这些所述的过程。此外，可以通过使用贯穿系统100的热交换器协助所要求的热的和冷凝操作。

在消化池或填埋场5中的废物上的厌氧菌作用产生生物气，将该生物气进料到一个导管2内以引导一个粗生物气流，该粗生物气流包含甲烷、二氧化碳、水和非甲烷有机化合物（NMOC）气体/蒸汽。空气也可以找到其进入消化池/填埋场5或粗生物气气流2导管内的方式，这增加了另外的气体分离要求。在产生该生物气流2的导管系统内，粗生物气流2具有每立方英尺气体约500英制热量单位（BTU）的热值，并且粗生物气流2还具有在该系统内任何点上最高的硫化合物、二氧化碳、氧气、氮气、非甲烷有机化合物（NMOC）。

将粗生物气流2进料到将无机硫化合物硫化氢（H₂S）氧化为元素硫或硫酸盐（一种更安全和易管理的化合物）的一个液体硫洗涤器或一个硫吸附器单元3中。

该H₂S分离单元3可以是使用嗜氧菌作用以将该无机硫化合物硫化氢（H₂S）氧化为元素硫或硫酸盐的一个气液硫洗涤器。在另一个方面，如果该H₂S分离单元3是一个吸附器，一种固体吸附材料用于捕获H₂S。两种单元类型将H₂S转化为更安全和更易管理的化合物，并且将硫化合物流4收集并在H₂S去除点50上去除。