【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种用于从沼气中回收甲烷的多级膜法和系统。
技术介绍
1、多级膜系统因将未加工的沼气流提纯为高纯度甲烷流而闻名。当前提纯系统通过向压缩机供应气体流来产生加压的进料气体流。压缩气体流被进料到随后的膜分离级，在膜分离级中，将压缩气体流分离成富含慢速气体的非渗透流和富含快速气体的渗透流，以回收具有高浓度慢速非渗透气体诸如甲烷的最终产物流。膜系统通常在环境温度或较温暖温度下操作，选择环境温度或较高温度以提供一定程度的过热来防止膜材料上的冷凝。此类多级膜系统可以实现高甲烷回收率和纯度，但通常需要与高膜面积(或数目)相关联的相对高的资本支出(capex)，以及与高压缩机功率成本相关联的高运行支出(opex)。此外，由于高再循环流速需要更大和更昂贵的压缩机，用于此类当前提纯系统的运行支出可能相对较高。
2、因此，需要一种有效、可靠并且有成本效益的多级膜方法和系统，该方法和系统能够实现所期望的甲烷产物回收率和纯度，同时减少总资本支出和运行支出。
技术实现思路
1、提供本
技术实现思路
是为了以简化形式引入在下文具体实施方式中进一步描述的概念的选择。本
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。系统和方法的几个方面概述如下。
2、所公开的实施例通过提供一种用于从沼气中回收甲烷的多级膜方法和系统来满足本领域的需求，该方法和系统降低了总拥有成本和运行成本。已经发现，具有高二氧化碳(“co2”)渗透性、低co2活化能和高
3、系统和方法的几个方面概述如下。
4、方面1：一种方法，包括：
5、(a)压缩进料气体流以形成加压的进料气体流，该加压的进料气体流包含ch4并且为水完全饱和状态；
6、(b)在深冷器中冷却加压的进料气体流至目标操作温度以形成冷凝水流和饱和气体流；
7、(c)将该饱和气体流进料到至少一个膜干燥级，该至少一个膜干燥级中的每个膜干燥级具有高压侧和低压侧，该高压侧从进料口延伸到非渗透口，该低压侧与吹扫口和渗透口流体流连通；
8、(d)在该至少一个膜干燥级中分离饱和气体流以形成水蒸气渗透流和干燥气体流，该干燥气体流的水含量小于2,000ppm；
9、(e)使用吹扫气体流从低压侧吹扫并且排出水蒸气渗透流，该吹扫气体流以与步骤(c)中进料到至少一个膜干燥级中的饱和气体流的流动方向相反的流动方向进料；
10、(f)在第一分离级中将干燥气体流分离成第一非渗透流和第一渗透流，该第一非渗透流具有比第一渗透流更大百分比的甲烷，该第一分离级包括至少一个第一级膜组件；
11、(g)在第二分离级中将第一非渗透流分离成第二非渗透流和吹扫气体流，该第二非渗透流具有比吹扫气体流更大百分比的甲烷，该第二分离级包括至少一个第二级膜组件；
12、(h)在第三分离级中将第一渗透流分离成第三非渗透流和第三渗透流，该第三非渗透流具有比第三渗透流更大百分比的甲烷，该第三分离级包括至少一个第三级膜组件；
13、(i)将第三非渗透流和水蒸气渗透流和可选的吹扫气体流的第一部分合并以形成再循环流；以及
14、(j)在进行步骤之前，将再循环流与进料气体流合并(a)；
15、其中，该目标操作温度在0℃与20℃之间。
16、方面2：根据方面1的方法，其中，该目标操作温度在3℃与7℃之间。
17、方面3：根据方面1的方法，其中，该目标操作温度为约5℃。
18、方面4：根据方面1的方法，其中，该进料气体流包含至少40％的ch4。
19、方面5：根据方面1的方法，其中，该至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件的第一级co2/ch4选择性大于至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件的第二级co2/ch4选择性和至少一个第三级膜组件中的每个第三级膜组件的第三级co2/ch4选择性。
20、方面6：根据方面1的方法，其中，该至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件在目标操作温度下的第一级co2/ch4选择性大于30。
21、方面7：根据方面1的方法，其中，该至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件在目标操作温度下的co2/ch4选择性大于20。
22、方面8：根据方面1的方法，其中，该至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件包括具有第一容量的聚合物膜，并且其中，该至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件和该至少一个第三级膜组件中的每个第三级膜组件包括容量大于第一容量的聚合物膜。
23、方面9：根据方面1的方法，其中，该至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件包括具有第一选择性的聚合物膜，并且其中，该至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件和该至少一个第三级膜组件中的每个第三级膜组件包括选择性大于第一选择性的聚合物膜。
24、方面10：根据方面1的方法，其中，步骤(j)包括将第三非渗透流、水蒸气渗透流和吹扫气体流的第一部分合并以形成再循环流。
25、方面11：根据方面1的方法，还包括：
26、(k)控制在该吹扫气体流的第一部分与该吹扫气体流之间的分流。
27、方面12：根据方面1的方法，其中，该第二非渗透流包含在约0.5％与约5％之间的范围内的co2。
28、方面13：一种系统，包括：
29、(a)压缩机，该压缩机用于压缩进料气体流以形成加压的进料气体流，该加压的进料气体流包含ch4并且被水完全饱；
30、(b)深冷器，该深冷器用于冷却加压的进料气体流至在0℃与20℃之间的目标操作温度以形成冷凝水流和饱和气体流；
31、(c)至少一个膜干燥器，该至少一个膜干燥器中的每个膜干燥器具有高压侧和低压侧，该高压侧从进料口延伸到非渗透口，该低压侧与吹扫口和渗透口流体流连通；该至少一个膜干燥器被设置用于分离饱和气体流以形成干燥气体流和水蒸气流，以及用于使用吹扫气体流从低压侧吹扫并且排放水蒸气流，该干燥气体流的水含量小于2000ppm；
32、(d)第一分离级，该第一分离级用于将干燥气体流分离成第一非渗透流和第一渗透流，该第一非渗透流具有比第一渗透流更大百分比的甲烷，该第一分离级包括至少一个第一级膜组件；
33、(e)第二分离级，该第二分离级用于将第一非渗透流分离成第二非渗透流和吹扫气体流，该第二非渗透流具有比吹扫气体流更大百分比的甲烷，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标操作温度在3℃与7℃之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标操作温度为约5℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述进料气体流包括至少40％的CH4。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件具有的第一级CO2/CH4选择性大于所述至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件的第二级CO2/CH4选择性和所述至少一个第三级膜组件中的每个第三级膜组件的第三级CO2/CH4选择性。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件在所述目标操作温度下具有大于30的第一级CO2/CH4选择性。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件在所述目标操作温度下具有大于20的CO2/CH4选择性。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件包括具有第一容量的聚合物膜，并且其中，所
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件包括具有第一选择性的聚合物膜，并且其中，所述至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件和所述至少一个第三级膜组件中的每个第三级膜组件包括具有比所述第一选择性更小的选择性的聚合物膜。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(j)包括将所述第三非渗透流、所述水蒸气渗透流和所述吹扫气体流的所述第一部分合并以形成再循环流。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二非渗透流包括在约0.5％与约5％之间的范围内的CO2。
13.一种系统，所述系统包括：
14.根据权利要求13所述的系统，另外包括第二混合接头，所述第二混合接头用于可选地将所述吹扫气体流的第一部分与所述第三非渗透流合并。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述目标操作温度在3℃与7℃之间。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述目标操作温度为大约5℃。
17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述进料气体流包括至少40％的CH4。
18.根据权利要求13所述的系统，其中，所述第二非渗透流包括在约0.5％与约5％之间的范围内的CO2。
19.根据权利要求13所述的系统，其中，所述吹扫气体流以与所述饱和气体流进料到所述至少一个膜干燥器中的流动方向相反的流动方向进料。
...【技术特征摘要】
1.一种方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标操作温度在3℃与7℃之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标操作温度为约5℃。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述进料气体流包括至少40％的ch4。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件具有的第一级co2/ch4选择性大于所述至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件的第二级co2/ch4选择性和所述至少一个第三级膜组件中的每个第三级膜组件的第三级co2/ch4选择性。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件在所述目标操作温度下具有大于30的第一级co2/ch4选择性。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件在所述目标操作温度下具有大于20的co2/ch4选择性。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜组件包括具有第一容量的聚合物膜，并且其中，所述至少一个第二级膜组件中的每个第二级膜组件和所述至少一个第三级膜组件中的每个第三级膜组件包括具有比所述第一容量更大的容量的聚合物膜。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一级膜组件中的每个第一级膜...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·P·奥布莱恩，P·W·克莱默，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：
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