CN115297943A - 用于加工生物气的集装箱化变压吸附（psa）装置 - Google Patents

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索菲·古德罗
阿尔贝托·托雷斯
克里斯蒂安·斯特凡·尤哈斯
理查德·彼得·格林·朱厄尔
温琴佐·达戈斯蒂诺
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Abstract

用于加工生物气的系统，所述系统包括：集装箱，容置在集装箱中的变压吸附(PSA)单元，所述PSA单元具有：包含吸附剂材料的复数个床，所述吸附剂材料被配置成从生物气中选择性地吸附气体物质以对生物气进行加工；用于分配PSA单元内的生物气的流的旋转阀模块；用于将生物气从集装箱的外部供应至复数个床的入口；和用于将经加工的生物气从PSA单元输送离开的出口。

Description

用于加工生物气的集装箱化变压吸附(PSA)装置
交叉引用
本申请涉及于2020年1月10日提交的美国临时专利申请序列号US 62/959,697、于2020年9月29日提交的美国临时专利申请序列号US 63/085,029和于2020年11月2日提交的美国临时专利申请序列号US 63/108,797。上述申请的内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及生物气加工系统和方法，更具体地涉及但并非仅涉及用于将生物气转化为生物甲烷或可再生天然气的生物气加工系统和方法。
背景技术
原始生物气是富含甲烷的天然气的来源并且被用作可再生能源。然而，在将原始生物气转化为可用和商业上可行的形式以及经济考虑方面存在挑战。考虑事项包括：用于气体传输和注入管道的足够品质的气体、生物气容量、资金、运行成本和与这样的转化系统和方法相关的占地面积。
因此，需要克服或减少至少一些上述问题的生物气加工系统和方法。
发明内容
概括地，提供了克服或减少至少一些上述问题的用于生物气加工的系统和方法。该系统和方法的实施方案可以应用于其他气体的纯化或提取，例如氢气纯化、氩气纯化、空气分离、氦气回收和二氧化碳回收。在某些实施方案中，生物气加工旨在提高生物气的生物甲烷含量。
开发人员已经确定，用于生物气加工的系统需要易于运输和安装在可能包括生物气源的安装地点。安装速度、维护要求和能源效率都促进这样的系统的经济可行性。
根据本技术的方面和实施方案，提供了如以下描述和权利要求中所陈述的用于生物气加工的系统。概括地，用于生物气加工的系统包括容置一个或更多个变压吸附(PSA)单元的集装箱，所述变压吸附(PSA)单元可以包括用于控制PSA单元内的生物气的流的一个或更多个旋转阀模块。该系统可以是模块化的，其中一个或更多个PSA单元设置在PSA单元壳体内并且能够例如以并排配置或堆叠配置可移除地放置在集装箱中。
根据一个方面，提供了用于加工生物气的系统，所述系统包括：集装箱，容置在集装箱中的变压吸附(PSA)单元，所述PSA单元具有：包含吸附剂材料的复数个床，所述吸附剂材料被配置成从生物气中选择性地吸附气体物质以对生物气进行加工，用于分配PSA单元内的生物气的流的旋转阀模块，用于将生物气从集装箱的外部供应至复数个床的入口，和用于将经加工的生物气输送远离PSA单元的出口。
根据另一个方面，提供了用于加工生物气的系统，所述系统包括：集装箱，容置在集装箱中的变压吸附(PSA)单元，所述PSA单元具有：包含吸附剂材料的一个或更多个床，所述吸附剂材料被配置成从生物气中选择性地吸附气体物质以对生物气进行加工，用于分配PSA单元内的生物气的流的旋转阀模块，用于将生物气从集装箱的外部供应至复数个床的入口，和用于将经加工的生物气输送远离PSA单元的出口。
吸附剂材料可以是任何合适的材料，例如多孔材料。吸附剂材料可以包括活性炭、硅胶、氧化铝、树脂和沸石。
在某些实施方案中，变压吸附单元为单级PSA单元。
在某些实施方案中，旋转阀模块选择性地与复数个床中的每一者流体连接，或者在使用时能够选择性地将床流体连接在一起。在某些实施方案中，旋转阀模块被布置成在使用时选择性地允许气体流向复数个床、从复数个床流出和/或在复数个床之间流动。旋转阀模块可以布置成允许来自复数个床中的两者或更多者的同时的气体流。在某些实施方案中，旋转阀模块包括通过轴分开的至少两个旋转阀。在某些实施方案中，旋转阀模块被布置成允许来自使用中的复数个床中的两者或更多者的同时的气体流。在某些实施方案中，旋转阀模块是任选的。
在某些实施方案中，PSA单元包括(i)九个吸附剂材料床并且所述旋转阀模块为九床旋转阀，或(ii)十二个吸附剂材料床并且所述旋转阀模块为十二床旋转阀。在另一些实施方案中，PSA单元可以包括任意数量的吸附剂材料床。吸附剂材料可以包括吸附剂材料层。
在某些实施方案中，PSA单元包括第一PSA单元和第二PSA单元。第一PSA单元和第二PSA单元中的每一者都包括包含吸附剂材料的复数个床和用于分配各自的PSA单元内的生物气的流的旋转阀模块。第一PSA单元和第二PSA单元可以布置成并行操作。或者，第一PSA单元和第二PSA单元中的一者或两者可以包括一个床。
在某些实施方案中，PSA单元包括复数个PSA单元。在复数个PSA单元中可以存在任意数量的PSA单元。复数个PSA单元可以被布置成并行操作。给定的PSA单元可以包括复数个床和用于分配在给定的PSA单元内的生物气的流的旋转阀模块，每个床包含吸附剂材料。给定的PSA单元可以包括四个床、六个床、九个床或十二个床。给定的旋转阀模块可以包括一个或更多个旋转阀。
在某些实施方案中，复数个PSA单元、或第一PSA单元和第二PSA单元中的至少一者的流容量为系统最大流容量的约一半。
在某些实施方案中，系统是模块化的并且包括能够可移除地容置在集装箱内的PSA单元模块，PSA单元模块包括容置在PSA单元壳体中的PSA单元。PSA单元模块还可以容置真空泵和压缩机中的一者或两者。或者，真空泵和压缩机中的一者或两者可以容置在集装箱中。
在某些实施方案中，PSA单元模块是容置第一PSA单元和第一旋转阀模块的第一PSA单元模块，并且所述系统还包括容置第二PSA单元和第二旋转阀模块的第二PSA单元模块。在某些实施方案中，PSA单元模块包括复数个PSA单元模块，每个PSA单元模块容置PSA单元和旋转阀模块。给定的旋转阀模块可以包括复数个旋转阀。
在某些实施方案中，第一PSA单元和第二PSA单元被配置成并行操作。在某些实施方案中，复数个PSA单元被配置成并行操作。
在某些实施方案中，复数个PSA单元被配置成独立操作。
在某些实施方案中，集装箱的尺寸和形状设置成以并排配置容置第一PSA单元模块和第二PSA模块。在另一些实施方案中，集装箱可以被配置成以任何配置例如堆叠配置容置第一PSA单元和第二PSA单元。集装箱可以在一端具有货物门，该货物门可以打开以允许安装或移除复数个PSA单元。
在某些实施方案中，集装箱包括至少两个隔室，至少两个隔室中的一者被配置成容置第一PSA单元模块和第二PSA单元模块(或复数个PSA单元模块)。在某些实施方案中，至少两个隔室中的一者也被配置成容置真空泵和压缩机中的一者或两者。也可以设置一个或更多个电气面板(例如RP1)。
在某些实施方案中，被配置成容置第一PSA单元模块和第二PSA单元模块的隔室与至少两个隔室中的另一者是可流体密封的。
在某些实施方案中，系统还包括以下中的一者或两者：(i)用于在将所述生物气供应至所述PSA单元之前对所述生物气进行预处理的预处理组合件，和(ii)用于处理来自所述PSA单元的产物气体的后处理组合件，所述预处理组合件和/或所述后处理组合件布置成去除以下中的一者或更多者：硫化氢、挥发性有机化合物、硅氧烷和水。预处理组合件和/或后处理组合件的部件中的至少一些可以被布置成定位在集装箱的外部并通过集装箱与PSA单元流体连接。
在某些实施方案中，系统还包括用于压缩经加工的生物气的气体压缩单元。
在某些实施方案中，系统还包括用于检测经加工的生物气或来自PSA单元的排气的预定参数的气体分析仪。
在某些实施方案中，系统还包括控制器，所述控制器可操作地与PSA单元通信以控制旋转阀模块的旋转。控制器可以可操作地与气体分析仪通信并被配置成响应于经加工的生物气或来自PSA单元的排气的检测到的预定参数来控制旋转阀模块的旋转。经加工的生物气的预定参数可以为排气或经加工的生物气的生物甲烷含量。
根据另一个方面，提供了加工生物气的方法，所述方法包括：通过入口向容置在集装箱中的变压吸附(PSA)单元提供生物气，PSA单元具有包含吸附剂材料的复数个床和用于分配PSA单元内的生物气的流的旋转阀模块，所述吸附剂材料被配置成在生物气接触吸附剂材料时改变生物气的组成；操作旋转阀模块以选择性地允许生物气接触复数个床以对生物气进行加工；以及允许经加工的生物气从所述PSA单元流动通过出口。
在某些实施方案中，操作旋转阀模块包括控制旋转阀模块的旋转。
在某些实施方案中，所述方法还包括调整PSA单元内的压力。
在某些实施方案中，PSA单元包括第一PSA单元和第二PSA单元，所述方法包括将生物气提供至并行的第一PSA单元和第二PSA单元。
在某些实施方案中，所述方法还包括以下中的一者或两者：(i)在将生物气供应至PSA单元之前对生物气进行预处理，和(ii)在生物气通过所述PSA单元加工之后对生物气进行处理，预处理和/或后处理被布置成去除以下中的一者或更多者：硫化氢、挥发性有机化合物、硅氧烷和水。
在某些实施方案中，所述方法还包括在将生物气提供至PSA单元之前，在低压下对生物气进行冷却，然后在高压下进行深度冷却。
在某些实施方案中，所述方法还包括响应于所述经加工的生物气或来自所述PSA单元的排气的检测到的预定参数来调整所述旋转阀模块的操作。旋转阀的操作可以是旋转阀模块的旋转阀速度的调整。预定参数可以是甲烷含量。甲烷含量可以通过气体分析仪测量。
根据另一个方面，提供了用于加工生物气的系统，所述系统是模块化的并且包括：集装箱，所述集装箱包括彼此分开的或可流体密封的第一隔室和第二隔室；能够可移除地容置在集装箱的第一隔室中的一个或更多个变压吸附(PSA)单元模块，每个PSA单元模块包括在PSA单元壳体内的PSA单元，每个PSA单元包括包含吸附剂材料的复数个床，所述吸附剂材料被配置成从生物气中选择性地吸附气体物质以对生物气进行加工；和用于生物气从入口到一个或更多个PSA单元模块并到出口的至少一条流动路径。
在某些实施方案中，第一隔室还容置真空泵和压缩机中的一者或两者。
在某些实施方案中，PSA单元模块是容置第一PSA单元的第一PSA单元模块，并且所述系统还包括容置第二PSA单元的第二PSA单元模块。第一PSA单元和第二PSA单元可以被配置成并行操作。
在某些实施方案中，集装箱的尺寸和形状设置成以并排配置容置第一PSA单元模块和第二PSA模块。
在某些实施方案中，系统还包括以下中的一者或两者：(i)用于在将所述生物气供应至所述PSA单元之前对所述生物气进行预处理的预处理组合件，和(ii)用于处理来自所述PSA单元的产物气体的后处理组合件，所述预处理组合件和/或所述后处理组合件布置成去除以下中的一者或更多者：硫化氢、挥发性有机化合物、硅氧烷和水。
在某些实施方案中，预处理组合件和/或所述后处理组合件的部件中的至少一些被布置成定位在集装箱的外部并通过集装箱与PSA单元流体连接。
在某些实施方案中，系统还包括用于检测经加工的生物气或来自PSA单元的排气的预定参数的气体分析仪。
在某些实施方案中，系统还包括控制器，所述控制器能够可操作地与PSA单元通信以基于检测到的预定参数来调整PSA单元的操作。
在某些实施方案中，经加工的生物气的预定参数为排气的生物甲烷含量。
在某些实施方案中，PSA单元包括用于选择性地将生物气供应至复数个床的旋转阀模块。
本技术的某些实施方案的优点
与本公开的系统和方法的某些实施方案有关的优点示于下文。
已发现本公开的系统和方法的实施方案提供了高回收率和低甲烷损失。在某些实施方案中，甲烷回收率为进料甲烷的85％至99％。这可以提供提高实施本系统和方法的实施方案的生物气改质厂的盈利能力。
紧凑且高效：旋转阀模块可以替代常规PSA系统中使用的复杂和庞大的管道网络和多个电动阀(例如高维护电磁阀或控制阀)，并且可以加快可通过系统加工气体的速率。更快的循环时间转化为与常规PSA相比显著更小的容器，并且可以提供占地面积小并且允许集装箱化(containerization)的紧凑单元。在常规PSA系统中，需要一定的床高度来实现有效的甲烷回收。通过本系统和方法的某些实施方案，已经克服了这样的床高度要求，使得PSA单元可以容置在集装箱内并且不会对容量产生负面影响。
无液体或溶剂：在某些实施方案中，PSA单元使用干式分离工艺，因此它不需要工艺水或溶剂，并且它产生最少的废水。
简单且灵活的控制：在某些实施方案中，PSA单元由单个参数：旋转阀的速度来控制。它允许设备在宽范围的进料组成和流量下保持期望的产物纯度。速度可以完全简单地手动控制，或者可以安装自动系统，其通过基于生物甲烷组成控制阀的旋转速度来保持产物的品质。经加工的生物气的生物甲烷组成可以通过连续气体分析仪来测量。
不同的床配置：根据本系统的某些实施方案，旋转阀模块可以被配置成支撑任意数量的床，例如九个床或十二个床。在九床系统中，可以利用三个均衡步骤实现更复杂的PSA循环，从而提供更高的整体回收率和更低的功率消耗。这还允许来自两个床的同时的产物流，这导致产物流量和压力的波动最小。在十二床系统中，可以利用四个或更多个均衡步骤来实现更高的整体回收率和更低的功率消耗。这还允许来自两个或更多个床的同时的产物流，这导致产物流量和压力的波动最小。此外，与等效的九床系统相比，十二床系统减小了给定进料流量所需的容器尺寸。类似地，可以说与同效的九床系统相比，十二床系统中相同尺寸的容器允许增加进料流量。
调节比：在某些实施方案中，在系统和方法的正常、连续操作期间可以获得30％的调节比。
排气产物：在某些实施方案中，可以获得具有大于850BTU每气态立方英尺的较高热值的富含甲烷的产物气体、以及富含二氧化碳的排气。在某些实施方案中，对于97％的甲烷，热值可以为约980BTU每气态立方英尺。
系统容量：在某些实施方案中，系统的容量为67.5NCMH和450NCMH。高至450NCMH的生物气容量可以利用商业上可行的运行成本效率实现。该系统可以用作进料流量为67.5NCMH至450NCMH的农场消化器应用。
进料气体：在某些实施方案中，系统消耗0.2kW/标准m3的进料气体至0.39kW/标准m3的进料气体。
自动设备：在某些实施方案中，可以提供不需要大量支持或维护的全自动系统。
快速部署：在某些实施方案中，系统的实施方案的部署是快速且简单的，这可以降低现场工程成本。该系统的实施方案可以对产生生物气的设备进行改装。在某些实施方案中，系统的部件可以作为模块化单元添加以增加系统的容量。
功率消耗降低：在某些实施方案中，功率消耗保持低水平或达最低水平，并且可以认为是同类中最好的，其中每NCM进料生物气的用电量为0.21kW或更少。与现有技术系统相比时，这可以归因于有效的分离、最少的再循环和相对低的压力操作。
集装箱化实施方案：通过将生物气系统的至少一些设备容置或支撑在集装箱中，可以提供易于运输的系统。集装箱可以是模块化的，以进一步易于运输。例如，单独的PSA单元可以作为模块设置在其自身的壳体内。这样的可运输系统可以运输至有机废物地点，以便将有机废物转化为能量。
定义：
必须注意的是，说明书和所附权利要求书中使用的没有数量词修饰的名词表示一个/种或更多个/种，除非上下文另外明确指出。
如本文中所使用的，在给定值或范围的上下文中的术语“约”是指在给定值或范围的20％之内、优选10％之内、更优选5％之内、以及最优选2％之内的值或范围。
如本文中所使用的，术语“和/或”应被视为具体公开了两个指定特征或部件中的每一者，两者兼具或者单独具有。例如“A和/或B”被认为具体公开了以下每一者：(i)A、(ii)B、以及(iii)A和B，就如同每一者在本文中单独陈述一样。
附图说明
参考与以下相关的描述，本发明的另外的方面和优点将变得更好理解，其中：
图1A是根据本公开的某些实施方案的用于加工生物气的系统的示意图；
图1B是根据本公开的某些其他实施方案的用于加工生物气的系统的示意图；
图2是根据本公开的某些实施方案的用于系统中的示例性旋转阀的一部分的示意图；
图3A是根据本公开的某些实施方案的与用于加工生物气的系统一起使用的集装箱的立体图；
图3B是根据本公开的某些实施方案的图3A的集装箱的示意图的侧视图。
图3C是根据本公开的某些实施方案的图3A的集装箱的示意图的端视图。
图3D是根据本公开的某些实施方案的图3A的集装箱的示意图的俯视平面图。
图4A是根据本公开的某些实施方案的图3A的集装箱的另一个实施方案的示意图的侧视图。
图4B是根据本公开的某些实施方案的图4A的集装箱的另一侧视图。
图4C是根据本公开的某些实施方案的图4A的集装箱的俯视平面图。
图5A是示出根据本公开的某些实施方案的PSA单元模块的图3A或图4A的集装箱的端视图。
图5B是图5A的集装箱的示意图。
图5C是图5A的集装箱的另一个实施方案的示意图。
图6A是示出根据本公开的某些实施方案的用于加工生物气的方法的流程框图；
图6B是示出根据本公开的某些其他实施方案的用于加工生物气的方法的流程框图；
图7是示出根据本公开的某些实施方案的用于加工生物气的方法的流程框图；以及
图8是示出根据本公开的某些实施方案的用于加工生物气的方法的流程框图。
具体实施方式
本公开在其应用中不限于在以下描述中阐述或在附图中举例说明的构造细节和部件的排列。本公开能够有其他实施方案并且能够以各种方式被实践或执行。此外，本文中所使用的措词和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制性的。在本文中“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”及其变化形式的使用意在涵盖其后列出的项以及任选的附加项。在以下描述中，相同的附图标记指代相似的元件。
概括地，提供了用于加工生物气的系统和方法，更具体地，提供了用于纯化或精炼生物气的系统和方法。在某些实施方案中，本系统和方法可以提供可以用作管道气并满足这样的管道气在甲烷含量和杂质方面的要求的经加工的生物气。换言之，本公开的系统和方法的某些实施方案用于精炼生物气的甲烷含量。生物气(在本系统和方法中也称为“进料气体”)可以是任何包含二氧化碳和甲烷的气体。例如，进料气体可以来自厌氧消化器，该厌氧消化器用于消化动物废物、植物废物、回收的有机城市废物、乳制品废物、来自废水处理厂的固体和液体有机物质。
在某些其他实施方案中，本系统和方法的实施方案也可以用于加工其他气体，例如用于纯化氢气、纯化氩气、空气分离、氦气回收或二氧化碳回收。
进料气体可以包含以百分比和痕量的其他组分，例如CH4％体积/ppmv；CO2％体积/ppmv；N2％体积/ppmv；O2；％体积/ppmv，H2O％体积/ppmv；H2S％体积/ppmv；H2％体积/ppmvNH3％体积/ppmv；硅氧烷％体积/ppmv；BTEX/VOC％体积/ppmv；和萜烯％体积/ppmv。
系统
概括地，本技术的系统的实施方案包括至少部分地容置在集装箱中的用于加工生物气的一个或更多个变压吸附(PSA)单元。PSA单元基于吸附进行操作，涉及将进料气体中的某些分子物理吸引到高度多孔材料的固体表面上，然后在较低压力下进行再生，这是基于该材料在较低压力下的较低吸附容量。压力在高与低之间变化。在某些实施方案中，吸附现象取决于吸附平衡和动力学理论。然而，不限于任何理论，在本技术的某些实施方案中，动力学(例如吸附剂中的扩散速率)是限制/决定因素。因此，在某些实施方案中，PSA单元/方法可以称为动力学PSA(kPSA)。等平衡吸附(Equally equilibrium adsorption)可以是驱动机制。
变压吸附(PSA)单元
首先参照图1A，其中图示了用于加工气体例如生物气的系统10的一个实施方案，其中对具有第一组成的进料气体进行加工以输出具有第二组成的排气和具有第三组成的产物气体。在涉及生物气加工的实施方案中，产物气体的第三组成可以具有比进料气体的第一组成更高的相对的甲烷浓度。产物气体的第三组成可以具有比进料气体的第一组成更低的相对的水和/或硫化氢浓度。排气的第二组成可以具有比进料气体的第一组成更高的相对的二氧化碳浓度。产物气体的第三组成可以具有比进料气体的第一组成更高的甲烷浓度。产物气体的第三组成可以具有比进料气体的第一组成更低的相对的水和/或硫化氢浓度。
概括地，系统10包括容置在集装箱110中的至少一个变压吸附单元(PSA单元)100。这也被称为“集装箱化变压吸附系统”。在某些实施方案中，系统10还可以包括预处理组合件112和/或后处理组合件114(图1B)。
在某些实施方案中，PSA单元100包括用于分配PSA单元100中的进料气体的流的旋转阀模块120。在某些实施方案中，两个PSA单元100可以彼此平行地布置，其中两个PSA单元中的每一个处理进料气体流的一部分。该部分可以是进料气体流的一半或任意其他分数。系统10可以是模块化的并且被配置成使得PSA单元100可以容易地安装和从集装箱110中移除。
PSA单元100包括包含吸附剂材料的复数个床(也称为“吸附床”和/或“容器”)130。在某些实施方案中，PSA单元100包括两个或更多个吸附剂材料床130。吸附剂材料可以是允许从生物气中回收甲烷的任何合适的材料。吸附剂材料可以是允许去除生物气中的一些或全部二氧化碳、氧和水并且允许甲烷分子通过吸附剂材料的任何合适的材料。PSA单元100还可以能够从生物气流中至少部分地去除杂质，例如H2O、H2S、挥发性有机化合物(VOC)和硅氧烷。在某些实施方案中，一些甲烷也可以被吸附。
在某些实施方案中，吸附剂材料设置为层。然而，吸附剂材料的任何其他配置都是可能的。在某些实施方案中，可以提供相同或不同配置的多种吸附剂材料。可以提供吸附剂材料层的组合。在这些实施方案中，PSA单元100可以包括吸附剂材料层。
如上所述，PSA单元100可以包括任意数量的吸附剂材料床130。在某些实施方案中，提供以下中的任一者：四个、六个、九个、十二个、十八个或二十四个吸附剂材料床130。在某些实施方案中，PSA单元100包括九个床130，其包括相同的吸附剂材料。在某些其他实施方案中，一个或更多个床130可以是不同的。床可以被配置成进料气体通过每个床130的底部进入并且产物气体从床130的顶部离开，而分离的污染物作为排气从床130的底部去除。在某些实施方案中，床130可以被配置成在彼此之间传输气体。任何其他合适的配置也在本技术的范围内。在某些实施方案中，PSA单元100包括通过旋转阀模块120连接的十二个床130。在某些实施方案中，所有步骤都通过旋转阀模块120发生。旋转阀120转速可以控制产物纯度和回收率。
现在转向旋转阀模块120，概括地，旋转阀模块120可以在使用时选择性地将PSA单元100的不同的床130彼此连接。它可以被配置成在使用时允许来自一个或更多个床130的同时的气体流。例如，在某些实施方案中，旋转阀模块120被配置成允许以下中的一者或更多者：将气体进给至床130，允许在床130之间流动，允许从床130流出到排气口，允许作为产物气体从床130流出。在某些实施方案中，这些步骤中的一者或更多者可以按顺序同时发生并且由旋转阀模块120控制。在这方面，旋转阀模块120可以包括复数个端口。
在某些实施方案中，将旋转阀模块120与PSA单元100一起使用替代了在常规PSA系统中使用的复杂且庞大的管道网络和多个电磁阀或控制阀。此外，通过将旋转阀模块120与PSA单元100一起使用，与常规的PSA单元相比，可以使用更多的床130。在本技术的实施方案中使用的每个床130可以比常规系统的床更紧凑，因为其数量增加了。换言之，旋转阀模块120的使用可以加快通过PSA系统加工气体的速率，这减小了给定气体流所需的容器尺寸。与典型的PSA单元相比，更快的循环时间转化为显著更小的容器，并且可以产生占地面积小的紧凑单元。
在这方面，根据设置的床130的数量，旋转阀模块120可以包括例如四个、六个、九个或十二个床端口。在某些实施方案中，设置的床130的数量可以通过以下来增加：每一次使用并行连接至旋转阀模块120的相同端口的两个床130，从而允许旋转阀120连接至十八个或二十四个床130。旋转阀模块120可以被布置成同时操作复数个床中的两个或更多个床130。
旋转阀模块120具有可以手动、自动或半自动控制的旋转速度。在这方面，在某些实施方案中，系统10还可以包括控制器，例如计算系统的处理器，所述控制器可操作地与至少PSA单元100或PSA单元100的旋转阀模块120通信以控制旋转阀120的阀旋转速度。旋转阀模块120旋转速度的控制可以响应于排气的甲烷或生物甲烷含量。旋转阀120旋转速度可以控制产物纯度和甲烷回收率。在这方面，系统10还可以包括用于分析排气参数的气体分析仪。
在某些实施方案中，旋转阀模块120包括一个或更多个旋转阀。旋转阀模块120可以包括通过轴分开并由发动机操作的两个旋转阀。一个旋转阀可以连接至吸附剂床130的进料端，而另一个旋转阀可以连接至吸附剂床130的产物端。图2描绘了可以在每个旋转阀模块120内使用的示例性旋转阀的一部分的平面图，这在US 8,272,401中进一步描述，其内容通过引用并入本文。旋转阀包括定子2和可以相对于定子绕其轴线旋转的转子。转子和定子都包括复数个端口，例如定子132的端口4。如图2所示，在某些实施方案中，旋转阀包括彼此等距间隔开的九个圆形端口134，但可以包括任意数量的任何其他形状的端口。当转子围绕其轴线旋转时，转子和定子的端口被对准和不对准，起到多个阀的作用。
系统10可以包括多于一个PSA单元100，复数个PSA单元100中的每一个都具有用于分配给定PSA单元100中的生物气的流的单个旋转阀模块120。复数个PSA单元100可以平行布置，其中复数个PSA单元100中的至少一者的流容量为系统10的最大流容量的约一半。在另一些实施方案中，PSA单元100中的至少一者的流容量为系统10的最大流容量的任何其他分数。
在某些实施方案中，PSA单元100被配置成PSA单元模块140，其可以可移除地容置在集装箱110内。在这方面，PSA单元模块140包括PSA单元壳体150，其尺寸和形状设置成容置床130和旋转阀模块120。PSA单元模块140还可以容置用于压缩进料气体的压缩机和用于施加负压的真空泵中的一者或更多者。在某些实施方案中，PSA单元模块140包括没有旋转阀模块120的PSA单元100。
集装箱
集装箱110的某些非限制性实施方案示于图3至图5中。概括地，集装箱110包括限定内部存储空间240的壁210(例如两个侧壁和两个端壁)、顶板220和底板230。集装箱110被配置成支撑设备，例如通过将设备容置在内部存储空间240内，或通过将设备支撑在顶板220和/或壁210上。
在某些实施方案中，集装箱110被配置成将设备支撑在集装箱110的顶板220上。如在图3A至D中看到的，可以看到罐以及其他设备被支撑在顶板220上。在这方面，集装箱110被配置成向系统10的用户提供通向集装箱110的顶板220的通道，例如用于维护等。在某些实施方案中，集装箱110还包括围绕顶板230周边的至少一部分延伸的围栏250。
在某些实施方案中，集装箱110包括可移除地定位在集装箱110的顶板220上的支撑结构260。支撑结构260被配置成组装至顶板220，并且设备被放置在支撑结构260上。设备可以在支撑结构260组装至顶板220之前或之后放置在其上。以这种方式，集装箱110具有模块化结构，使得集装箱110能够分两部分运输：具有待存储在顶板220上的设备项目的可移除的支撑结构，和集装箱110及其内容物。模块化可以在图3A中最好地看出。
在某些实施方案中，集装箱110被配置成将设备支撑在一个或更多个壁210上。可以提供支架270或其他支撑单元用于壁支撑。例如，支架270设置在图3C中的集装箱110的侧壁上。例如，在图3C中，可以看到热交换器支撑在侧壁上的支架270上，其中流体导管延伸穿过侧壁。
在某些实施方案中，集装箱110包括用于进入内部存储空间240的一个或更多个门280。门280中的至少一者可以结合在集装箱110的侧壁或端壁中(图3B和图3C)。门中的至少一者可以包括单门、双门或货物门。
在某些实施方案中，集装箱110由钢，例如增强钢制成。然而，应理解，集装箱110可以由任何其他合适的材料制成。集装箱110可以包括未修改或修改的运输集装箱，例如40英尺高的海运集装箱。集装箱可以被配置成支撑约60000磅的负载。
集装箱110的壁210、底板230和顶板220可以被配置成流体密封内部存储空间240。
现在转向集装箱110，集装箱110可以是任何合适的尺寸或形状以容置一个或更多个PSA单元100或PSA模块140。在某些实施方案中，集装箱110为2.43m宽、2.59m高、6.06m长或12.2m长。在某些其他实施方案中，集装箱110的高度可以为2.89m高。在某些其他实施方案中，集装箱110的外部尺寸可以为约12.2m长×约2.4m宽×约3.0m高、或约6.1m×约2.4m×约2.6m。集装箱110的某些实施方案的外部尺寸和标称容量列于表1中。
表1：根据本技术的某些实施方案的集装箱尺寸和标称系统容量
Figure GDA0003880129430000141
*标称m3每小时
**标准立方英尺每分钟
集装箱100和系统10的实施方案的其他尺寸和标称容量在本技术的范围内。
由集装箱110容置或支撑的设备中的至少一些可以涉及如本文所述的生物气方法或系统10的实施方案。在这方面，在某些实施方案中，集装箱110被配置成容置可以包括或可以不包括旋转阀模块120的一个或更多个PSA单元100。在某些其他实施方案中，集装箱110另外被配置成容置预处理组合件112的所有或一些部件，例如以下中的一者或更多者：水去除单元、轻质再循环泵(light recycle pump)、真空泵、压缩机和分析仪。在某些其他实施方案中，集装箱110被替代地或另外地配置成容置后处理组合件114的部件。在某些实施方案中，集装箱110被配置成容置以下中的一者或更多者：包括处理器的动力和控制单元、空气供应器、空气压缩机和氧气源(例如图5B和图5C)。
在某些实施方案中，集装箱110被配置成容置或支撑与另外的工业过程，例如另外的生物气过程有关的设备。例如，集装箱110可以被配置成用于处理来自废水厂中的消化器的消化器气体。
在某些实施方案中，集装箱110可以被一个或更多个内部隔板分成两个或更多个隔室(例如，如图5A至图5C所示)。隔板可以将两个隔室彼此流体分隔。一个隔室可以被配置成容置电气部件。一个或两个隔室可以是环境控制的(对于温度、湿度、烟雾等)。用于监测环境的紧急关闭传感器可以包括在一个或更多个隔室内。
开发人员发现，在集装箱110的顶板220上支撑设备的能力不仅具有节省空间和运输的优势，而且出乎意料的是，在某些实施方案中，其可以由于某些设备的提升而提供对工业过程的改善。
例如，在某些实施方案中，集装箱110被配置成在顶板上支撑一个或更多个缓冲罐290。缓冲罐290可以包括在用于生物气处理的系统10中，该系统10包括旋转阀模块120。这样的系统10可以不同于本文所述的生物气系统。在某些实施方案中，一个或更多个缓冲罐290可以包括在PSA单元100的再循环管线上和/或PSA单元100的排气管线上，并且任选地包括鼓风机(图6B)。缓冲罐290的进一步描述包括在2020年11月2日提交的题为“SYSTEM FORRECOVERING METHANE FROM A BIOGAS”的相应专利申请US 63/108,769中，其内容通过引用整体并入本文。
出乎意料地，在某些实施方案中，将缓冲罐290定位在更靠近PSA单元100的位置可以提高生物气过程中的气体回收率，以及降低噪音和磨损。在某些实施方案中，将缓冲罐290定位在集装箱110的顶板220上允许使用具有更大气体回收优势的更大的缓冲罐290。
图4A和图4B中描绘的集装箱100的实施方案与图3A至图3D的集装箱100的区别在于顶板220上没有设备。
转向图5A至图5C，其描绘了图3A至图3D的集装箱100的另一个实施方案，其中一个或更多个PSA单元100被设置为具有PSA单元壳体150的PSA单元模块140。PSA单元模块140被配置成能够可移除地放置在集装箱110中。PSA单元模块140的尺寸和形状可以设置成以并排配置(如图5A和图5B所示)或者以任何其他合适的配置例如垂直堆叠定位在集装箱110中。在这方面，系统10可以被认为是包括一个或更多个PSA单元模块140的模块化系统10，包括PSA单元100的PSA单元模块中的至少一者包括容置在外壳150中的旋转阀120。PSA模块140可以彼此相同或不同。
例如，一个PSA模块可以具有比另一个更高的容量。
在某些实施方案中，这样的模块化的一个优点涉及易于扩展或减小系统10的容量。实际上，系统容量可以通过简单地将一个或更多个附加PSA单元模块140设置在其各自的外壳150中来扩展。类似地，系统容量可以通过移除在其外壳150中的PSA单元模块140来减小。这样的标准化系统，而不是定制的气体加工装置，等同于节省成本。事实上，在某些实施方案中，现有技术的单个生物气加工装置的制造成本相当于制造本技术的三个系统10(集装箱)。换言之，与常规生物气加工装置相比，本系统10的实施方案可以提供约三倍量级的成本效率。
在某些实施方案中，这样的模块化系统10的另一个优点涉及易于接近系统10的部件以用于维护和修理接近。集装箱110可以是使得难以接近设备的所有部件的小空间。这在使用两个PSA单元100时尤其相关。通过本技术的某些实施方案，可以通过以下来实现对系统10的部件例如PSA单元100的接近：从集装箱110中移除该PSA单元模块140，而不必必须移除其他部件。PSA单元模块140可以简单地滑出。
在某些实施方案中，系统10设置有其他部件，这些部件被设置成容置在集装箱110中，并且其可以是或可以不是PSA单元100、预处理组合件112或后处理组合件114的一部分。这些部件包括但不限于以下中的一者或更多者：容置在单独的支架上以易于移除和/或维护的进料气体鼓风机、空气压缩机、气体压缩机、氧气发生器、气体分析仪、热交换器、节能器、传热单元、电开关装置和真空泵。
在某些实施方案中，系统10包括一个或更多个外部组合件，其可操作地连接至PSA单元100，但主要位于集装箱110的外部。外部组合件可以包括分别定位在PSA单元100的上游和下游的预处理组合件112和后处理组合件114中的一者或两者(图1B)。预处理组合件112和后处理组合件114可以包括定位在集装箱110内的至少一些部件。
预处理组合件
预处理组合件112当存在于系统10中时，位于PSA单元100的上游并在生物气被供应至PSA单元100之前对生物气进行预处理。预处理组合件112被布置成对生物气进行预处理以去除某些污染物，例如以下中的一者或更多者：硫化氢、挥发性有机化合物、硅氧烷和水。
在某些实施方案中，预处理组合件112包括：用于从生物气中去除水(也称为脱水)的水去除单元300(图6至图8)。在某些实施方案中，水去除单元300包括水冷却器组合件305，例如用于将生物气冷却到几度至高于冰点的热交换器，其可以去除水和重的在低压下可冷凝的组分。
在某些实施方案中，预处理组合件112还包括用于从生物气中去除硫化氢的硫化氢去除单元310(图6至图8)。在某些实施方案中，硫化氢去除单元310包括包含用于去除硫化氢和挥发性有机化合物中的一者或两者的吸附剂的塔。
在预处理组合件112的某些其他实施方案中，硫化氢去除单元310可以包括在生物气压缩阶段之后，允许其在更高的压力下操作。
可以设置鼓风机320用于推动气体从水去除单元300到硫化氢单元310通过预处理组合件112。
后处理组合件
系统10可以包括位于PSA单元100下游的用于处理来自PSA单元100的产物气体的后处理组合件114。后处理组合件114可以包括以下中的一者或更多者：用于压缩经加工的气体的气体压缩单元330、用于对经加工的生物气进行脱氧的脱氧单元340、排气处理350和用于回收一些二氧化碳的二氧化碳回收单元360。
方法
现在将参照图6至图8描述根据本技术的某些实施方案的某些生物气加工方法。方法的某些实施方案可以包括以下步骤中的一者或更多者的循环重复：吸附/生产；减压；再循环；再生/解吸；均衡和加压。这些步骤中的一者或更多者可以由本系统10的一个或更多个部件例如PSA单元100、预处理组合件112和后处理组合件114来执行。
吸附/生产步骤
在该步骤中，加压的生物气被进给至填充有吸附剂材料的一个床130或多个床130(吸附容器)的底部，并且允许生物甲烷从床130的顶部连续离开。可以对加压的生物气进行预处理。CO2分子不仅对吸附剂表面具有更高的亲和力，而且比大而松散的CH4分子具有更小的动力学尺寸。因此，CO2可以快速被吸附剂表面截留并进入其内表面结构。改进的吸附平衡和更快的动力学使吸附剂对CO2具有高度选择性，而大部分CH4分子通过床而未被吸附，产生纯化的甲烷产物。
在其中PSA单元110包括复数个床130的某些实施方案中，加压的生物气可以依次进给至复数个床130中的每个床。次序可以包括一次一个床或同时几组床。
减压步骤
在床130被CO2完全饱和之前，该方法包括将进料切换至另一个床130以防止非甲烷组分“穿透(breaking through)”并污染产物。
将压力降低至低压以使CO2饱和的床130再生。该压力降低过程在一系列步骤中完成。在吸附步骤结束时，旋转阀模块120将两个指定的床130，第一个床和第二个床连接在一起。该步骤称为均衡，并且允许第一个床将一些未吸附的气体转移至另一个床并将一些富含甲烷的气体保留在系统内，从而提高整体回收率。该步骤还通过将高压气体注入床130中而有助于在加压过程中的下一个床130，这通过降低压缩机负荷实现了节能。高压气体也可以来自其他减压容器。
在第一次均衡之后，可以通过使旋转阀模块120将床130依次连接至在不同加压阶段的具有较低压力的其他床来执行另外的均衡步骤。这些均衡步骤提高了过程整体甲烷回收率。
再循环步骤
此时，给定床130已经经历了均衡步骤，并且大部分富含甲烷的气体已经从给定床130中去除并转移到其他床中。然而，床130仍可能包含大量有价值的甲烷。为了甚至进一步提高整体回收率，床130可以通过使其向系统10的入口流动而被减压至预定压力(再循环)。预定压力可以是低于床130压力的任何压力，例如但不限于大气压力。再循环的流的流量小于原始生物气流量的25％，因此其不会显著增加压缩机的负载。在某些实施方案中，再循环的流可以将整体甲烷回收率提高多至约12％。
再生/解吸步骤
在该步骤中，吸附的杂质例如CO2、N2和O2例如在由真空泵施加的减压或真空条件下释放到气相中。它们形成富含污染物的排气流，其中还包含少量甲烷。该流从床130通过排放口去除。系统10可以被配置成使得当达到最大真空时，几乎所有污染物已经从床130的吸附剂介质中去除。该方法可以包括仅在达到最大真空时进行后续步骤。
加压步骤
再生的吸附剂床130在经历另一个吸附循环之前需要加压。在再生步骤结束时，加压过程开始并且在一系列步骤中，旋转阀模块120将床130分别连接至经历第三次、第二次和第一次均衡的其他床130。在另一些实施方案中，根据PSA单元100中的床130的数量，包括第一次、第二次、第三次和第四次均衡步骤中的一者或更多者。在另一些实施方案中，根据PSA单元100中床130的数量，包括第一次、第二次、第三次、第四次和第五次均衡步骤。这可以导致床130内的压力逐步增加。均衡步骤利用可从其他床130获得的高压气体并减少该过程的压缩步骤所需的能量。均衡步骤可以由旋转阀模块120协调和控制。
在均衡步骤完成之后，将床130从顶部连接至产物管线并使用一小部分富含甲烷的产物气体加压。然后旋转阀模块120将床130从底部连接至进料流以将床130加压至最终压力并完成加压步骤。在该步骤之后，床130完全再生并重新加压，并准备好进行另一个循环。
在某些实施方案中，PSA单元100作为单级PSA单元操作。
根据本技术的某些实施方案的加工生物气的方法概括地包括将进料气体供应至如本文所述和/或权利要求中任一项所限定的系统10的一个或更多个实施方案。更具体地，该方法包括向系统10供应进料气体，该系统10包括集装箱110和容置在集装箱110中的至少一个PSA单元100，PSA单元110具有用于分配PSA单元110中的生物气的流的旋转阀模块120，并允许进料气体与PSA单元110中的吸附剂材料接触。吸附剂材料被布置成允许甲烷通过其中移动。在某些实施方案中，该方法还包括例如由预处理组合件112执行的预处理步骤和例如由后处理组合件114执行的后处理步骤中的一者或两者。
图3至图6的方法实施方案
现在具体参照图1B、图6A和图8中图示的实施方案，其中系统10和/或方法包括预处理和后处理组合件/步骤中的一者或两者。已经发现，在某些情况下，为了将原始生物气或其他燃料气体转化为生物甲烷或可再生天然气，需要一系列的大宗分离、污染物去除和气体调节过程，其可以分为三个主要步骤：去除污染物例如水、H2S、VOC和硅氧烷的预处理步骤；去除CO2和一些O2的后处理步骤。在图8中，集装箱110外部的至少一些部件被指示为“任选的”。
预处理步骤
低压脱水
生物气例如通过水去除单元300冷却至冰点以上几度以冷凝大部分水和重的在低压下可冷凝的组分。鼓风机320可以用于稍微增加压力以推动气体通过预处理组合件112。然后生物气可以通过硫化氢去除单元310。硫化氢去除单元310可以包括填充有吸附剂的吸附塔。吸附剂可以包括活性炭、浸渍的活性炭、或用于硫化氢吸附的任何其他吸附剂，并且其可以在主要改质(后处理)步骤之前去除H2S和VOC。或者，硫化氢去除单元310可以包括可以以需氧、厌氧或者需氧和厌氧的组合方式进行操作的硫化氢处理单元。
生物气压缩
PSA单元100在中等压力范围内操作，因此生物气需要在PSA单元100中加工之前被加压。在这方面，系统10可以包括一个或更多个压缩机，例如压缩机330。在某些实施方案中，油浸式螺杆压缩机可以用作用于生物气压缩的压缩机330。
任选地，在某些实施方案中，生物气可以首先与来自PSA单元100的小流再循环气体混合，然后在单级油浸式螺杆压缩机中压缩至约6.9巴至约9巴(约100psig至130psig)、约4.5巴至约6.9巴、约7.6巴至约8.3巴(约110psig至120psig)、或约120巴至250巴的压力。在某些实施方案中，压力为约3.5巴至约18巴、约4巴至约12巴、约5巴至约10巴、或约5巴至约10巴。然而，应注意，再循环气体流混合是任选的实施方案，并且在某些实施方案中，不存在再循环的气体组分。
高压脱水
在某些实施方案中，该步骤在气体压缩之后。一般来说，可以使用两种方法去除可冷凝组分：将温度降低至低于露点和将压力提高至高于饱和压力。为了利用这两个概念，在某些实施方案中，除了在过程开始时的低压冷却之外，还可以包括在高压下的第二深度冷却阶段。这可以最大化地从压缩机中去除水和其他污染物例如VOC、硅氧烷和油蒸气。
压缩的生物气首先用省煤器和冷却器冷却，然后使用气/液热交换器冷却至冰点以上几度，这使生物气中大部分剩余的湿气冷凝。然后除去冷凝水。它包含痕量的H2S、VOC、硅氧烷和压缩机油。最后，再加热器使压缩的生物气去饱和，以消除在后续设备中形成冷凝物的可能性。
PSA单元处理步骤
接下来，气体被全部或部分地输送至PSA单元100。在上述用于生物气的循环过程中，CO2和其他杂质通过PSA单元100从生物气中全部或部分地去除。在专注于净化或分离其他气体的另一些实施方案中，可以完全或部分地去除其他杂质(例如N2、O2)。在又一些实施方案中，气体首先被压缩，例如通过活性炭塔去除硫化氢，然后递送至PSA单元100。在某些实施方案中，气体可以例如使用来自压缩的热重新加热，然后递送至PSA单元100。
在预处理完成之后，任选地，生物气可以通过去除以下中的一者或更多者而进一步加工：CO2、N2和O2。在厌氧消化器或厌氧消化应用中，N2和O2污染最小(通常<1％)，这降低了分离的复杂性，并将其限制为单级PSA单元CO2分离，其中部分分离或不分离N2和O2。单级PSA单元将与具有多个串联操作的PSA单元的系统区分开来。
产物压缩
气体压缩可以发生在进料气体中，或者作为后处理步骤发生在产物气体中。在后一种情况下，产物压缩机，例如气体压缩机单元330，可以用于压缩产物气体。产物气体可以在5psig至5000psig之间的任何压力下递送。
实施例
参照表2至表6，描述了本系统10和方法的实施方案的某些测量参数。表2描述了根据本系统10和方法的某些实施方案的进料气体的示例参数。表3描述了根据本技术的实施方案的两个示例系统和方法的原始生物气、产物气体和排气值。表4描述了通过本系统和方法的某些实施方案获得的性能。表5提供了本技术的某些实施方案中的参数的概述。表6描述了某些实施方案中的进料气体和产物气体规格。
表2各个参数的进料气体最小值和最大值(湿基)
Figure GDA0003880129430000221
在没有压缩机的情况下实现了较低的压力，而利用压缩机330实现了较高的压力。
表3.根据本技术实施方案的两个示例系统的原始生物气、产物气体和排气值
Figure GDA0003880129430000231
D.P.-露点
表4.本系统和方法的实施方案的性能
性能指标 实施本方法和系统的实施方式的生物气装置
成本 取决于进料气体容量的两个成本水平
效率 ＞95％甲烷回收率
耗电量(kW) 99
用电量(kWh/NCM进料加工) 0.22
进料气体可变性 对进料气体组成和流的可变性的合理的容忍度
表5.本技术的某些实施方案中的系统/方法参数概述
系统/方法参数 商业运行
装置容量 225NCMH和450NCMH
作为甲烷回收的过程效率 ＞98％
耗电量(kW) ＜100
用电量(kWh/NCM进料加工) ＜0.23
产物气体品质HHV MJ/Nm<sup>3</sup> ≥36
产物露点℃ -30
3个月时间段内的过程可用性 98％
装置自动化 自动化运行，包括远程启动
现场部署和调试时间： 最多2周
表6.某些实施方案中的进料气体和产物气体规格
原始生物气 产物
流(SCFM)(湿) 50-290 25-179
压力(psig) 0.0-0.9 0-4000
温度(°F) 34-104 ＜110
CH4(体积％)(干) 35-70 90-98
CO<sub>2</sub>(体积％) 29-65 2-3.4
N<sub>2</sub>(体积％) ＜0.8 ＜＝1.6
O<sub>2</sub>(体积％) ＜0.3 ＜＝0.4
H<sub>2</sub>O 饱和的 水露点＜-30°F
H<sub>2</sub>S(ppmv) 20 ＜2
HHV(Btu/scf) - 860-988.7
沃泊指数(Btu/scf) - 1275-1305
在某些实施方案中，系统10的至少一个或更多个部件由集装箱110容置或支撑，包括预处理组合件140、压缩设备、和一个或两个(或更多个)PSA单元。可以设置处理器以控制PSA单元100。在某些实施方案中，集装箱110容置预处理组合件140，硫化氢吸附塔(如果存在的话)除外。
本领域技术人员在阅读本公开之后会想到变化和修改。所公开的特征可以与本文描述的一个或更多个其他特征以任何组合和子组合(包括多个从属组合和子组合)实施。以上描述或图示的各种特征，包括其任何部件，可以组合或集成在其他系统中。此外，某些特征可以省略或不实施。变化、替换和变更的实例是本领域技术人员可确定的并且可以在不脱离本文公开的信息范围的情况下进行。
应理解，本发明不限于本文中描述和举例说明的特定实施方式，而是包括落入如所附权利要求中所限定的本发明的范围内的所有修改和变型。

Claims (39)

1.一种用于加工生物气的系统，所述系统包括：
集装箱，
容置在所述集装箱中的变压吸附(PSA)单元，所述PSA单元具有：
包含吸附剂材料的复数个床，所述吸附剂材料被配置成从所述生物气中选择性地吸附气体物质以对所述生物气进行加工，
用于分配所述PSA单元内的所述生物气的流的旋转阀模块，
用于将所述生物气从所述集装箱的外部供应至所述复数个床的入口，和
用于将经加工的生物气输送远离所述PSA单元的出口。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述变压吸附单元为单级PSA单元。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述旋转阀模块可选择性地流体连接至所述复数个床中的每一者，或者能够将所述床在使用时选择性地流体连接在一起。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述旋转阀模块被布置成在使用时选择性地允许气体流向所述复数个床、从所述复数个床流出和/或在所述复数个床之间流动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述PSA单元包括(i)九个吸附剂材料床并且所述旋转阀模块为九床旋转阀，或(ii)十二个吸附剂材料床并且所述旋转阀模块为十二床旋转阀。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述PSA单元包括第一PSA单元，以及所述系统包括第二PSA单元，所述第二PSA单元具有包含吸附剂材料的复数个床和用于分配所述第二PSA单元内的所述生物气的流的旋转阀模块、用于将生物气供应至所述复数个床的入口、和用于将经加工的生物气输送远离所述第二PSA单元的出口。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一PSA单元和所述第二PSA单元平行地布置。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述系统是模块化的并且包括可移除地容置在所述集装箱内的PSA单元模块，所述PSA单元模块包括容置在PSA单元壳体中的所述PSA单元。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述PSA单元模块还容置真空泵和压缩机中的一者或两者。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的系统，其中所述PSA单元模块是容置第一PSA单元和第一旋转阀模块的第一PSA单元模块，以及所述系统还包括容置第二PSA单元和第二旋转阀模块的第二PSA单元模块。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第一PSA单元和所述第二PSA单元被配置成并行操作。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的系统，其中所述集装箱的尺寸和形状设置成以并排配置容置所述第一PSA单元模块和所述第二PSA模块。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其中所述集装箱包括至少两个隔室，所述至少两个隔室中的一者被配置成容置所述第一PSA单元模块和所述第二PSA单元模块、以及真空泵和压缩机中的一者或两者。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少两个隔室中的另一者相对被配置成容置所述第一PSA单元模块和所述第二PSA单元模块的隔室是可流体密封的。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统，还包括以下中的一者或两者：(i)用于在将所述生物气供应至所述PSA单元之前对所述生物气进行预处理的预处理组合件，和(ii)用于处理来自所述PSA单元的产物气体的后处理组合件，所述预处理组合件和/或所述后处理组合件布置成去除以下中的一者或更多者：硫化氢、挥发性有机化合物、硅氧烷和水。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述预处理组合件和/或所述后处理组合件的部件中的至少一些被布置成定位在所述集装箱的外部并通过所述集装箱跟所述PSA单元流体连接。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的系统，还包括用于压缩经加工的生物气的气体压缩单元。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的系统，还包括用于检测经加工的生物气或来自所述PSA单元的排气的预定参数的气体分析仪。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的系统，还包括控制器，所述控制器与所述PSA单元可操作地通信以控制所述旋转阀模块的旋转。
20.根据从属于权利要求18时的权利要求19所述的系统，其中所述控制器与所述气体分析仪可操作地通信并被配置成响应于所述经加工的生物气或来自所述PSA单元的所述排气的检测到的预定参数来控制所述旋转阀模块的旋转。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述经加工的生物气的所述预定参数为所述排气的生物甲烷含量。
22.一种加工生物气的方法，所述方法包括：
通过入口向容置在集装箱中的变压吸附(PSA)单元提供生物气，所述PSA单元具有包含吸附剂材料的复数个床和用于分配所述PSA单元内的所述生物气的流的旋转阀模块，所述吸附剂材料被配置成在所述生物气接触所述吸附剂材料时改变所述生物气的组成；
操作所述旋转阀模块以选择性地允许生物气接触所述复数个床以对所述生物气进行加工；以及
允许经加工的生物气从所述PSA单元流动通过出口。
23.根据权利要求22所述的方法，其中操作所述旋转阀模块包括控制所述旋转阀模块的旋转。
24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，还包括调整所述PSA单元内的压力。
25.根据权利要求22至45中任一项所述的方法，其中所述PSA单元包括第一PSA单元和第二PSA单元，所述方法包括将生物气提供至并行的所述第一PSA单元和所述第二PSA单元。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的系统，还包括以下中的一者或两者：(i)在将所述生物气供应至所述PSA单元之前对所述生物气进行预处理，和(ii)在所述生物气通过所述PSA单元加工之后对所述生物气进行处理，所述预处理和/或后处理被布置成去除以下中的一者或更多者：硫化氢、挥发性有机化合物、硅氧烷和水。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，还包括在将所述生物气提供至所述PSA单元之前，在低压低下对所述生物气进行冷却，然后在高压下进行深度冷却。
28.根据权利要求22至27中任一项所述的方法，还包括响应于所述经加工的生物气或来自所述PSA单元的排气的检测到的预定参数来调整所述旋转阀模块的操作。
29.一种用于加工生物气的系统，所述系统是模块化的并且包括：
集装箱，所述集装箱包括能够彼此流体密封的第一隔室和第二隔室；
可移除地容置在所述集装箱的所述第一隔室中的一个或更多个变压吸附(PSA)单元模块，每个PSA单元模块包括在PSA单元壳体内的PSA单元，每个PSA单元包括包含吸附剂材料的复数个床，所述吸附剂材料被配置成从所述生物气中选择性地吸附气体物质以对所述生物气进行加工；和
用于所述生物气从入口到一个或更多个PSA单元模块以及到出口的至少一条流动路径。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述第一隔室还容置真空泵和压缩机中的一者或两者。
31.根据权利要求29或权利要求30所述的系统，其中所述PSA单元模块是容置第一PSA单元的第一PSA单元模块，以及所述系统还包括容置第二PSA单元的第二PSA单元模块。
32.根据权利要求31所述的系统，其中所述第一PSA单元和所述第二PSA单元被配置成并行操作。
33.根据权利要求31或权利要求32所述的系统，其中所述集装箱的尺寸和形状设置成以并排配置容置所述第一PSA单元模块和所述第二PSA模块。
34.根据权利要求29至33中任一项所述的系统，还包括以下中的一者或两者：(i)用于在将所述生物气供应至所述PSA单元之前对所述生物气进行预处理的预处理组合件，和(ii)用于处理来自所述PSA单元的产物气体的后处理组合件，所述预处理组合件和/或所述后处理组合件布置成去除以下中的一者或更多者：硫化氢、挥发性有机化合物、硅氧烷和水。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述预处理组合件和/或所述后处理组合件的部件中的至少一些被布置成定位在所述集装箱的外部并通过所述集装箱跟所述PSA单元流体连接。
36.根据权利要求29至35中任一项所述的系统，还包括用于检测经加工的生物气或来自所述PSA单元的排气的预定参数的气体分析仪。
37.根据权利要求36所述的系统，还包括控制器，所述控制器与所述PSA单元可操作地通信以基于检测到的预定参数来调整所述PSA单元的操作。
38.根据权利要求37所述的系统，其中所述经加工的生物气的所述预定参数为所述排气的生物甲烷含量。
39.根据权利要求29至38中任一项所述的系统，其中所述PSA单元包括用于选择性地将所述生物气供应至所述复数个床的旋转阀模块。
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