【技術實現步驟摘要】
本申請涉及一種用于從沼氣中回收甲烷的多級膜法和系統。
技術介紹
1、多級膜系統因將未加工的沼氣流提純為高純度甲烷流而聞名。當前提純系統通過向壓縮機供應氣體流來產生加壓的進料氣體流。壓縮氣體流被進料到隨后的膜分離級，在膜分離級中，將壓縮氣體流分離成富含慢速氣體的非滲透流和富含快速氣體的滲透流，以回收具有高濃度慢速非滲透氣體諸如甲烷的最終產物流。膜系統通常在環境溫度或較溫暖溫度下操作，選擇環境溫度或較高溫度以提供一定程度的過熱來防止膜材料上的冷凝。此類多級膜系統可以實現高甲烷回收率和純度，但通常需要與高膜面積(或數目)相關聯的相對高的資本支出(capex)，以及與高壓縮機功率成本相關聯的高運行支出(opex)。此外，由于高再循環流速需要更大和更昂貴的壓縮機，用于此類當前提純系統的運行支出可能相對較高。
2、因此，需要一種有效、可靠并且有成本效益的多級膜方法和系統，該方法和系統能夠實現所期望的甲烷產物回收率和純度，同時減少總資本支出和運行支出。
技術實現思路
1、提供本
技術實現思路
是為了以簡化形式引入在下文具體實施方式中進一步描述的概念的選擇。本
技術實現思路
不旨在標識所要求保護的主題的關鍵特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保護的主題的范圍。系統和方法的幾個方面概述如下。
2、所公開的實施例通過提供一種用于從沼氣中回收甲烷的多級膜方法和系統來滿足本領域的需求，該方法和系統降低了總擁有成本和運行成本。已經發現，具有高二氧化碳(“co2”)滲透性、低co2活化能和高
3、系統和方法的幾個方面概述如下。
4、方面1：一種方法，包括：
5、(a)壓縮進料氣體流以形成加壓的進料氣體流，該加壓的進料氣體流包含ch4并且為水完全飽和狀態；
6、(b)在深冷器中冷卻加壓的進料氣體流至目標操作溫度以形成冷凝水流和飽和氣體流；
7、(c)將該飽和氣體流進料到至少一個膜干燥級，該至少一個膜干燥級中的每個膜干燥級具有高壓側和低壓側，該高壓側從進料口延伸到非滲透口，該低壓側與吹掃口和滲透口流體流連通；
8、(d)在該至少一個膜干燥級中分離飽和氣體流以形成水蒸氣滲透流和干燥氣體流，該干燥氣體流的水含量小于2,000ppm；
9、(e)使用吹掃氣體流從低壓側吹掃并且排出水蒸氣滲透流，該吹掃氣體流以與步驟(c)中進料到至少一個膜干燥級中的飽和氣體流的流動方向相反的流動方向進料；
10、(f)在第一分離級中將干燥氣體流分離成第一非滲透流和第一滲透流，該第一非滲透流具有比第一滲透流更大百分比的甲烷，該第一分離級包括至少一個第一級膜組件；
11、(g)在第二分離級中將第一非滲透流分離成第二非滲透流和吹掃氣體流，該第二非滲透流具有比吹掃氣體流更大百分比的甲烷，該第二分離級包括至少一個第二級膜組件；
12、(h)在第三分離級中將第一滲透流分離成第三非滲透流和第三滲透流，該第三非滲透流具有比第三滲透流更大百分比的甲烷，該第三分離級包括至少一個第三級膜組件；
13、(i)將第三非滲透流和水蒸氣滲透流和可選的吹掃氣體流的第一部分合并以形成再循環流；以及
14、(j)在進行步驟之前，將再循環流與進料氣體流合并(a)；
15、其中，該目標操作溫度在0℃與20℃之間。
16、方面2：根據方面1的方法，其中，該目標操作溫度在3℃與7℃之間。
17、方面3：根據方面1的方法，其中，該目標操作溫度為約5℃。
18、方面4：根據方面1的方法，其中，該進料氣體流包含至少40％的ch4。
19、方面5：根據方面1的方法，其中，該至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件的第一級co2/ch4選擇性大于至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件的第二級co2/ch4選擇性和至少一個第三級膜組件中的每個第三級膜組件的第三級co2/ch4選擇性。
20、方面6：根據方面1的方法，其中，該至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件在目標操作溫度下的第一級co2/ch4選擇性大于30。
21、方面7：根據方面1的方法，其中，該至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件在目標操作溫度下的co2/ch4選擇性大于20。
22、方面8：根據方面1的方法，其中，該至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件包括具有第一容量的聚合物膜，并且其中，該至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件和該至少一個第三級膜組件中的每個第三級膜組件包括容量大于第一容量的聚合物膜。
23、方面9：根據方面1的方法，其中，該至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件包括具有第一選擇性的聚合物膜，并且其中，該至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件和該至少一個第三級膜組件中的每個第三級膜組件包括選擇性大于第一選擇性的聚合物膜。
24、方面10：根據方面1的方法，其中，步驟(j)包括將第三非滲透流、水蒸氣滲透流和吹掃氣體流的第一部分合并以形成再循環流。
25、方面11：根據方面1的方法，還包括：
26、(k)控制在該吹掃氣體流的第一部分與該吹掃氣體流之間的分流。
27、方面12：根據方面1的方法，其中，該第二非滲透流包含在約0.5％與約5％之間的范圍內的co2。
28、方面13：一種系統，包括：
29、(a)壓縮機，該壓縮機用于壓縮進料氣體流以形成加壓的進料氣體流，該加壓的進料氣體流包含ch4并且被水完全飽；
30、(b)深冷器，該深冷器用于冷卻加壓的進料氣體流至在0℃與20℃之間的目標操作溫度以形成冷凝水流和飽和氣體流；
31、(c)至少一個膜干燥器，該至少一個膜干燥器中的每個膜干燥器具有高壓側和低壓側，該高壓側從進料口延伸到非滲透口，該低壓側與吹掃口和滲透口流體流連通；該至少一個膜干燥器被設置用于分離飽和氣體流以形成干燥氣體流和水蒸氣流，以及用于使用吹掃氣體流從低壓側吹掃并且排放水蒸氣流，該干燥氣體流的水含量小于2000ppm；
32、(d)第一分離級，該第一分離級用于將干燥氣體流分離成第一非滲透流和第一滲透流，該第一非滲透流具有比第一滲透流更大百分比的甲烷，該第一分離級包括至少一個第一級膜組件；
33、(e)第二分離級，該第二分離級用于將第一非滲透流分離成第二非滲透流和吹掃氣體流，該第二非滲透流具有比吹掃氣體流更大百分比的甲烷，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種方法，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述目標操作溫度在3℃與7℃之間。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述目標操作溫度為約5℃。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述進料氣體流包括至少40％的CH4。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件具有的第一級CO2/CH4選擇性大于所述至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件的第二級CO2/CH4選擇性和所述至少一個第三級膜組件中的每個第三級膜組件的第三級CO2/CH4選擇性。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件在所述目標操作溫度下具有大于30的第一級CO2/CH4選擇性。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件在所述目標操作溫度下具有大于20的CO2/CH4選擇性。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件包括具有第一容量的聚合物膜，并且其中，所
9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件包括具有第一選擇性的聚合物膜，并且其中，所述至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件和所述至少一個第三級膜組件中的每個第三級膜組件包括具有比所述第一選擇性更小的選擇性的聚合物膜。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(j)包括將所述第三非滲透流、所述水蒸氣滲透流和所述吹掃氣體流的所述第一部分合并以形成再循環流。
11.根據權利要求1所述的方法，還包括：
12.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第二非滲透流包括在約0.5％與約5％之間的范圍內的CO2。
13.一種系統，所述系統包括：
14.根據權利要求13所述的系統，另外包括第二混合接頭，所述第二混合接頭用于可選地將所述吹掃氣體流的第一部分與所述第三非滲透流合并。
15.根據權利要求13所述的系統，其中，所述目標操作溫度在3℃與7℃之間。
16.根據權利要求13所述的系統，其中，所述目標操作溫度為大約5℃。
17.根據權利要求13所述的系統，其中，所述進料氣體流包括至少40％的CH4。
18.根據權利要求13所述的系統，其中，所述第二非滲透流包括在約0.5％與約5％之間的范圍內的CO2。
19.根據權利要求13所述的系統，其中，所述吹掃氣體流以與所述飽和氣體流進料到所述至少一個膜干燥器中的流動方向相反的流動方向進料。
...【技術特征摘要】
1.一種方法，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述目標操作溫度在3℃與7℃之間。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述目標操作溫度為約5℃。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述進料氣體流包括至少40％的ch4。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件具有的第一級co2/ch4選擇性大于所述至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件的第二級co2/ch4選擇性和所述至少一個第三級膜組件中的每個第三級膜組件的第三級co2/ch4選擇性。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件在所述目標操作溫度下具有大于30的第一級co2/ch4選擇性。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件在所述目標操作溫度下具有大于20的co2/ch4選擇性。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜組件包括具有第一容量的聚合物膜，并且其中，所述至少一個第二級膜組件中的每個第二級膜組件和所述至少一個第三級膜組件中的每個第三級膜組件包括具有比所述第一容量更大的容量的聚合物膜。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一個第一級膜組件中的每個第一級膜...
【專利技術屬性】
技術研發人員：M·P·奧布萊恩，P·W·克萊默，
申請(專利權)人：氣體產品與化學公司，
類型：發明
國別省市：
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