[发明专利]具有用于调节生物气质量的装置的用于从生物气料流生产生物甲烷和合成气的设备

说明书

本发明涉及一种用于从生物气料流生产生物甲烷和合成气的设备，所述设备包括:a.用于纯化生物气料流(1)以产生料流B和具有选定的CO₂/CH₄比的料流A的纯化单元(3)；b.用于蒸汽重整所述料流A以产生合成气(9)的蒸汽重整单元(6)；和c.用于从所述料流B产生生物甲烷料流(8)的膜分离单元(5)。本发明还涉及一种使用上述的设备从生物气料流生产生物甲烷和合成气的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于从生物气料流生产生物甲烷和合成气的设备，以及一种使用这种设备的方法。

背景技术

生物气是有机物在无氧条件下分解(厌氧发酵)产生的气体，也称为甲烷化。这可以是自然分解----因此在沼泽地或家庭垃圾填埋场中可以观察到----但生物气的产生也可以是废物在专用反应器(称为甲烷化器或消化器)中甲烷化的结果。

由于其主要成分(甲烷和二氧化碳)，生物气是一种强大的温室气体；同时，它也是一种可再生能源，在化石燃料日益稀缺的背景下，这种能源是值得重视的。

生物气主要含有甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)，其比例根据获得生物气的方式而变化，但也含有少量痕量的水、氮、硫化氢、氧和其他有机化合物。

取决于已经分解的有机物质和所使用的技术，组分的比例不同，但是平均而言，基于干燥气体，生物气包含30％至75％的甲烷、15％至60％的CO₂、0％至15％的氮、0％至5％的氧和痕量化合物。

生物气以各种方式增加了其价值。一个具体的例子是从生物气生产合成气(H₂和CO的混合物)，所述合成气是一种燃料气体，特别是可以从其生产热和电。

对生物气进行更深度的纯化可以使其得到更广泛的应用；特别地，生物气的深度纯化使得可以获得已经纯化到天然气规格的生物气，并且其可以替代天然气；如此纯化的生物气被称为“生物甲烷”。因此，生物甲烷补充了天然气资源，其可再生比例在该地区内生产；它可以和化石来源的天然气有完全相同的用途。它可以供给天然气网络或汽车加油站；它也可以被液化，以液化天然气(LNG)等形式储存。

生物气的产量及其组成取决于许多因素，通常是底物的类型、操作参数如温度、pH、碳/氮比和有机物含量，以及设计参数如建筑材料、消化器的类型和进料机构。CO₂是主要成分之一，其浓度变化很大，这意味着生物气的质量波动很大。

粗制生物气的不稳定质量可能引起下游单元操作中的风险和波动。

以此为出发点，出现的一个问题是提供一种具有用于调节生物气质量的装置的设备。

调节生物气的质量意味着实现特定的CO₂/CH₄比，特别是通过纯化生物气，例如通过去除杂质如挥发性有机化合物和硅氧烷。因此，用于调节生物气质量的装置是设备及其控制信号的组件，用于调节操作条件以从生物气料流获得目标组成，特别是CO₂/CH₄比。

发明内容

本发明的一个解决方案是用于从生物气料流生产生物甲烷和合成气的设备，所述设备包括:

a.用于纯化生物气料流以产生料流B和具有选定的CO₂/CH₄比的料流A的纯化单元；

b.用于蒸汽重整所述料流A以产生合成气的蒸汽重整单元；和

c.用于从所述料流B产生生物甲烷料流的膜分离单元。

因此，可以根据对合成气组成的要求来调节CO₂/CH₄比。特别地，CO₂/CH₄比由纯化单元调节至目标比，以便在纯化单元的出口处获得料流A。