[发明专利]用于在负温度下通过膜纯化沼气的方法

说明书

本发明涉及一种用于膜渗透包括甲烷和二氧化碳的气体流的方法，其中将所述气体流在进料到膜分离单元内之前冷却至0℃至‑60℃的温度。

本发明涉及一种用于至少含有甲烷和二氧化碳的气体流以便产生富含甲烷的气体流的膜渗透方法。

具体地，本发明涉及沼气纯化，目的是根据用于注入天然气网络内的规格产生生物甲烷。

沼气是在不存在氧气下降解有机物质(无氧发酵)、也称为甲烷化期间产生的气体。这可以是天然降解-因此在沼泽或城市废物填埋场观察到-但沼气的生产还可以产生自在专用的反应器(称为甲烷化器或蒸煮器)中的废物甲烷化。

由于其主要成分-甲烷和二氧化碳-沼气是强有力的温室气体；同时，在越来越缺乏化石燃料的背景下沼气也是重要的可再生能源。

沼气主要地含有呈根据生产方法变化的比例的甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)，而且还有呈更小比例的水、氮气、硫化氢、氧，以及还有呈痕量的其他有机化合物。

取决于所降解的有机物质和所使用的技术，组分的比例不同，但是平均地沼气作为干燥气体包含从30％至75％的甲烷，从15％至60％的CO₂，从0至15％的氮气，从0至5％的氧气和痕量化合物。

沼气以各种方式升级。沼气可以，在轻微的处理之后，在生产场所附近进行升级以便提供热量、电力或两者的混合物(共同产生)；高含量的二氧化碳降低了其热值，增加了压缩和运输成本并且将升级它的经济优点限制于此局部使用。

沼气的更彻底的纯化使得能够更广泛地使用沼气，特别是沼气的彻底纯化使得有可能获得纯化至天然气规格并且可以替代天然气的沼气。如此纯化的沼气是“生物甲烷”。因此，生物甲烷向天然气资源补充在区域的中心处生产的可再生部分；它可以用于与化石来源的天然气完全相同的用途。它可以供应天然气网络或车辆加油站，并且它还可以被液化以便以液化天然气(LNG)等的形式储存。

升级生物甲烷的方法是根据局部环境来确定的：局部能量需求，作为生物甲烷燃料升级的可能性，特别是用于分配或运输天然气的网络的附近存在。产生在一个领域工作的各种操作员(农民、制造商、政府当局)之间的协同作用，生物甲烷的生产帮助领域获得更大的能源自给自足。

给出生物甲烷的沼气的纯化主要由CO₂和CH₄的分离组成。因此，聚合物膜代表了用于分离的完美合适的技术：的确，CO₂的渗透比CH₄的渗透大得多。因此，存在许多使用膜的沼气纯化方法，并且这些方法相对于竞争技术(胺洗涤，水洗涤，PSA)具有三个主要优点：可用性，膜的紧密度和它们的使用灵活性。尽管这种技术使得有可能实现高甲烷回收率，同时确保所生产的生物甲烷的品质，但是其具有两个主要限制：

-由于两个参数：操作压力和为了实现高产率所需的一部分渗透物的再循环程度，电力消耗相对高(即，≥0.25kWh/Nm³粗沼气)；

-膜的数量可能是高的(例如对于处理750Nm³/h的粗沼气的4级膜，有可能使用18个组件(每个组件含有超过一百万个纤维))。

具体地，聚合物膜的固有性能(渗透性，选择性)受到限制，并且这些材料在CO₂与CH₄之间的选择性需要相对高的操作压力和多级纯化二者，其中在压缩机的上游再循环流。此外，由于聚合物膜的性能受到罗伯逊(Robeson)曲线的限制，因此选择用于限制甲烷损失的高选择性需要有限的生产率，这增加了处理给定的沼气流所需的膜的数量。

由此开始，所面临的一个问题是提供改进的沼气纯化方法，这就是说，与来自现有技术的方法相比，具有更低的电力消耗并且使用更少数量的膜。