Claims (23)
1. Устройство для выделения метана из газовой смеси, содержащей метан, диоксид углерода и сероводород, содержащее1. A device for separating methane from a gas mixture containing methane, carbon dioxide and hydrogen sulfide, containing
газовый компрессор (1);gas compressor (1);
подающую линию (2) для подачи указанной газовой смеси в указанный газовый компрессор (1);a supply line (2) for supplying said gas mixture to said gas compressor (1);
первую ступень (3) мембранного разделения ниже по потоку от указанного газового компрессора (1), содержащую газоразделительную мембрану, характеризующуюся более высокой проницаемостью для диоксида углерода, чем для метана, предоставляющую первый ретентат (4) и первый пермеат (5);a first membrane separation stage (3) downstream of said gas compressor (1) comprising a gas separation membrane having a higher carbon dioxide permeability than methane, providing a first retentate (4) and a first permeate (5);
вторую ступень (6) мембранного разделения, соединенную с указанной первой ступенью (3) мембранного разделения для приема первого ретентата (4) в качестве подаваемого материала, при этом указанная вторая ступень (6) мембранного разделения содержит газоразделительную мембрану, характеризующуюся более высокой проницаемостью для диоксида углерода, чем для метана, предоставляющую второй ретентат (7) в виде газообразного продукта, обогащенного метаном, и второй пермеат (8);a second membrane separation stage (6) connected to said first membrane separation stage (3) to receive the first retentate (4) as a feed material, said second membrane separation stage (6) comprising a gas separation membrane having a higher permeability to dioxide carbon than for methane, providing the second retentate (7) in the form of a gaseous product enriched in methane, and the second permeate (8);
необязательно третью ступень (9) мембранного разделения, соединенную с указанной первой ступенью (3) мембранного разделения для приема первого пермеата (5) в качестве подаваемого материала, при этом указанная третья ступень (9) мембранного разделения содержит газоразделительную мембрану, характеризующуюся более высокой проницаемостью для диоксида углерода, чем для метана, предоставляющую третий ретентат (10) и третий пермеат (11);optionally a third membrane separation stage (9) connected to said first membrane separation stage (3) to receive the first permeate (5) as a feed material, said third membrane separation stage (9) comprising a gas separation membrane having a higher permeability to carbon dioxide than for methane, providing a third retentate (10) and a third permeate (11);
рециркуляционный трубопровод (12), соединенный с рециркуляционной точкой (13) подачи на указанной подающей линии (2) выше по потоку от указанного газового компрессора (1), при этом указанный рециркуляционный трубопровод (12) соединен с указанной второй ступенью (6) мембранного разделения для приема указанного второго пермеата (8) или, при условии что присутствует необязательная третья ступень (9) мембранного разделения, соединен с указанной третьей ступенью (9) мембранного разделения для приема указанного третьего ретентата (10) или с обеими из указанной второй ступени (6) мембранного разделения и указанной третьей ступени (9) мембранного разделения для приема указанного второго пермеата (8) и указанного третьего ретентата (10), иa recirculation pipeline (12) connected to a recirculation supply point (13) on said supply line (2) upstream of said gas compressor (1), wherein said recirculation pipeline (12) is connected to said second membrane separation stage (6) to receive said second permeate (8) or, provided that an optional third membrane separation stage (9) is present, connected to said third membrane separation stage (9) to receive said third retentate (10) or both of said second stage (6 ) a membrane separation and said third membrane separation stage (9) for receiving said second permeate (8) and said third retentate (10), and
по меньшей мере один адсорбер (14) сероводорода, содержащий слой активированного угля, обладающего каталитической активностью в отношении окисления сероводорода кислородом, при этом указанный адсорбер (14) сероводорода расположен между указанной рециркуляционной точкой (13) подачи и указанной первой ступенью (3) мембранного разделения.at least one adsorber (14) of hydrogen sulfide containing a layer of activated carbon having catalytic activity in relation to the oxidation of hydrogen sulfide by oxygen, while the specified adsorber (14) hydrogen sulfide is located between the specified recirculation point (13) supply and the specified first stage (3) membrane separation .
2. Устройство по п. 1, где указанный адсорбер (14) сероводорода расположен между указанной рециркуляционной точкой (13) подачи и указанным газовым компрессором (1).2. Apparatus according to claim 1, wherein said hydrogen sulfide adsorber (14) is located between said recirculation supply point (13) and said gas compressor (1).
3. Устройство по п. 2, где указанный рециркуляционный трубопровод (12) содержит дополнительное соединение с дополнительной рециркуляционной точкой (15) подачи, расположенной между указанным адсорбером (14) сероводорода и указанным газовым компрессором (1), и по меньшей мере один регулирующий клапан (16) для регулирования доли рециркулируемого газа, проходящего к указанной рециркуляционной точке (13) подачи и указанной дополнительной рециркуляционной точке (15) подачи.3. The device according to claim 2, where said recirculation pipeline (12) contains an additional connection with an additional recirculation supply point (15) located between said hydrogen sulfide adsorber (14) and said gas compressor (1), and at least one control valve (16) to regulate the proportion of recirculated gas passing to said recirculation supply point (13) and said additional recirculation supply point (15).
4. Устройство по п. 3, содержащее прибор (17) для измерения концентрации кислорода на указанной подающей линии (2) между рециркуляционной точкой (13) подачи и адсорбером (14) сероводорода или между адсорбером (14) сероводорода и дополнительной рециркуляционной точкой (15) подачи и контроллер, выполненный с возможностью управления указанным регулирующим клапаном (16) для поддержания концентрации кислорода в пределах заданного диапазона.4. The device according to claim 3, containing a device (17) for measuring the oxygen concentration on the specified supply line (2) between the recirculation point (13) of supply and the adsorber (14) of hydrogen sulfide or between the adsorber (14) of hydrogen sulfide and an additional recirculation point (15 ) supply and a controller configured to control said control valve (16) to maintain the oxygen concentration within a predetermined range.
5. Устройство по п. 3 или 4, содержащее прибор для измерения относительной влажности на указанной подающей линии (2) между рециркуляционной точкой (13) подачи и адсорбером (14) сероводорода или между адсорбером (14) сероводорода и дополнительной рециркуляционной точкой (15) подачи и контроллер, выполненный с возможностью управления указанным регулирующим клапаном (16) для поддержания относительной влажности в пределах заданного диапазона.5. Device according to claim 3 or 4, comprising a device for measuring relative humidity on said supply line (2) between the recirculation supply point (13) and the hydrogen sulfide adsorber (14) or between the hydrogen sulfide adsorber (14) and an additional recirculation point (15) supply and a controller configured to control said control valve (16) to maintain relative humidity within a predetermined range.
6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, содержащее ступень конденсации диоксида углерода вместо необязательной третьей ступени мембранного разделения, при этом указанная ступень конденсации диоксида углерода соединена с указанной первой ступенью (3) мембранного разделения для приема первого пермеата (5) в качестве подаваемого материала и предоставления жидкого конденсата (17), обогащенного диоксидом углерода, и смеси (18) неконденсированных газов, и вспомогательный рециркуляционный трубопровод (19), соединенный со вспомогательной рециркуляционной точкой (20) подачи между указанным газовым компрессором (1) и указанной первой ступенью (3) мембранного разделения, при этом вспомогательный рециркуляционный трубопровод (19) соединен с указанной ступенью конденсации диоксида углерода для приема указанной смеси неконденсированных газов.6. Apparatus according to any one of the preceding claims, comprising a carbon dioxide condensation stage instead of an optional third membrane separation stage, said carbon dioxide condensation stage being connected to said first membrane separation stage (3) to receive the first permeate (5) as a feed and providing liquid condensate (17) enriched with carbon dioxide and a mixture (18) of non-condensed gases, and an auxiliary recirculation pipeline (19) connected to an auxiliary recirculation supply point (20) between said gas compressor (1) and said first stage (3) membrane separation, wherein the auxiliary recirculation pipeline (19) is connected to said carbon dioxide condensation stage to receive said mixture of non-condensed gases.
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, где указанный адсорбер (14) сероводорода содержит активированный уголь, легированный или пропитанный йодом, йодистой солью или предшественником йода.7. Device according to any one of the preceding claims, wherein said hydrogen sulfide adsorber (14) comprises activated carbon doped or impregnated with iodine, iodide salt or iodine precursor.
8. Устройство по любому из пп. 1-6, где указанный адсорбер (14) сероводорода содержит активированный уголь, легированный или пропитанный основным соединением, выбранным из гидроксидов щелочных металлов, карбонатов щелочных металлов, оксидов щелочноземельных металлов и карбонатов щелочноземельных металлов.8. The device according to any one of paragraphs. 1-6, wherein said hydrogen sulfide adsorber (14) comprises activated carbon doped or impregnated with a basic compound selected from alkali metal hydroxides, alkali metal carbonates, alkaline earth metal oxides, and alkaline earth metal carbonates.
9. Устройство по любому из предыдущих пунктов, где указанные ступени мембранного разделения содержат полиимидные половолоконные мембраны.9. An apparatus according to any one of the preceding claims, wherein said membrane separation stages comprise polyimide hollow fiber membranes.
10. Способ выделения метана из газовой смеси, содержащей метан, диоксид углерода и сероводород, включающий подачу указанной газовой смеси в подающую линию устройства по любому из пп. 1-9 с извлечением ретентата со второй ступени мембранного разделения в виде газообразного продукта, обогащенного метаном.10. A method for separating methane from a gas mixture containing methane, carbon dioxide and hydrogen sulfide, including supplying said gas mixture to the supply line of the device according to any one of paragraphs. 1-9 with the extraction of retentate from the second stage of membrane separation in the form of a gaseous product enriched in methane.
11. Способ по п. 10, где указанную газовую смесь подают в подающую линию устройства по п. 4, и где долю газа, рециркулируемого в рециркуляционную точку подачи, регулируют для поддержания концентрации кислорода в газе, подаваемом в адсорбер сероводорода, или в газе, выходящем из адсорбера сероводорода, в пределах заданного диапазона.11. The method of claim 10, wherein said gas mixture is supplied to the feed line of the apparatus of claim 4, and wherein the fraction of gas recycled to the recycle feed point is controlled to maintain the oxygen concentration in the gas fed to the hydrogen sulfide adsorber, or in the gas, leaving the hydrogen sulfide adsorber, within the specified range.
12. Способ по п. 11, где концентрацию кислорода в газе, подаваемом в адсорбер сероводорода, поддерживают в пределах диапазона от 0,1 до 1,5% по объему, предпочтительно от 0,3 до 1,0% по объему и наиболее предпочтительно от 0,4 до 0,8% по объему.12. The method of claim 11, wherein the concentration of oxygen in the gas supplied to the hydrogen sulfide adsorber is maintained within the range of 0.1 to 1.5% by volume, preferably 0.3 to 1.0% by volume, and most preferably from 0.4 to 0.8% by volume.
13. Способ по п. 10, где указанную газовую смесь подают в подающую линию устройства по п. 5, и где долю газа, рециркулируемого в рециркуляционную точку подачи, регулируют для поддержания относительной влажности в газе, подаваемом в адсорбер сероводорода, или в газе, выходящем из адсорбера сероводорода, в пределах заданного диапазона.13. The method of claim 10, wherein said gas mixture is supplied to the feed line of the apparatus of claim 5, and wherein the fraction of gas recycled to the recirculation feed point is controlled to maintain relative humidity in the gas fed to the hydrogen sulfide adsorber, or in the gas, leaving the hydrogen sulfide adsorber, within the specified range.
14. Способ по п. 13, где относительную влажность поддерживают в пределах диапазона от 25 до 95%, предпочтительно от 30 до 90% и наиболее предпочтительно от 40 до 80%.14. The method of claim 13, wherein the relative humidity is maintained within the range of 25 to 95%, preferably 30 to 90%, and most preferably 40 to 80%.
15. Способ по п. 10, где указанную газовую смесь подают в подающую линию устройства по п. 6, и где сжиженный диоксид углерода извлекают в качестве дополнительного продукта с указанной ступени конденсации диоксида углерода.15. The method of claim 10, wherein said gas mixture is fed into the feed line of the apparatus of claim 6, and wherein liquefied carbon dioxide is recovered as co-product from said carbon dioxide condensation stage.
16. Способ по любому из пп. 10-15, где указанная газовая смесь представляет собой биогаз из установки для анаэробного сбраживания.16. The method according to any one of paragraphs. 10-15, where said gas mixture is biogas from an anaerobic digestion plant.