SE538348C2 - Anläggning innefattande en membranenhet och en vattenskrubberenhet för avlägsnande av koldioxid från en gas - Google Patents

Abstract

Anläggning, där en vattenskrubberanläggning 20, huvudsakligen bestående av enabsorptionskolonn 21, flashkolonn 22 och desorptionskolonn 23 är integrerad med enmembranenhet 10, för rening/separering/anrikning av en gas eller biogas som innehållerbetydande mängd metan och koldioxid, varvid gasens koldioxidhalt skall reduceras, där ettingående gasflöde 1 sammanförs med flashgasflöde 24 från flashkolonn 22 och tryckhöjs ikompressor 30 och därefter leds in till en membranenhet 10 för avskiljning av koldioxid i ettmembran 11, vid behov även vattenavskiljning eller uppvärmning i enhet 12, svavelväte iavskiljningsenhet för svavelväte 13 och partiklar och andra föroreningar i avskiljningsenhet förpartiklar och andra föroreningar 14, varvid ett restgasflöde 3 avgår och den renade gasen 4 ledsvidare till en vattenskrubberanläggning 20, varvid energianvändningen för kylning och pumpningav det recirkulerande vattenflödet genom kolonnerna 21, 22 och 23 sjunker, alternativt attkapaciteten för produktion av uppgraderad gas 5 ökar.

Description

Anläggning innefattande en membranenhet och envattenskrubberenhet för avlägsnande av koldioxid från en gas Beskrivning Tekniskt område Uppfinningen avser en anläggning för uppgradering av biogas och andra metanhaltigagasblandningar till en metanrik gas. För att avskilja koldioxid, svavelväte, vatten och partiklar frånbiogas och andra metanhaltiga gasblandningar används processer för uppgradering som utförs iolika typer av uppgraderingsanläggningar. Efter uppgradering av biogasen eller andra metanhaltigagasblandningar återstår en gas med ett anrikat innehåll av metan. Den metanrika gasen kanexempelvis användas som fordonsbränsle eller för inmatning till ett gasnät. Vanligauppgraderingstekniker är idag vattenskrubberteknik, PSA, aminskrubber och membranteknik.

Uppfinningens ändamål Uppfinningens ändamål är att en anläggning för uppgradering med vattenskrubberteknik integrerasmed en anläggning som avskiljer främst koldioxid och vid behov även svavelväte, partiklar ochvatten. I den integrerade anläggningen används membranteknik för att avskilja huvuddelen avkoldioxiden och i vissa applikationer även svavelväte och vatten.

Med uppfinningen kan produktionskapaciteten för uppgraderad gas från enuppgraderingsanläggning med vattenskrubberteknik öka. Uppfinningen gör även att den specifikaenergianvändningen per producerad volymsenhet uppgraderad gas minskas betydligt. Det är ävenmöjligt att erhålla en koldioxidrik gas från membranen.

Ytterligare ett ändamål med uppfinningen är att möjliggöra ett lägre tryck i flashkolonnen utan attvattenskrubbern får en lägre kapacitet. Ett lägre flashtryck ger minskade metanförluster ochuppfinningen gör att metanförlusterna kan minska utan att den specifika energianvändningen perkubikmeter uppgraderad gas ökar väsentligt. Uppflnningen kan därmed vara ett alternativ till andrabehandlingsmetoder för metan i restgasflöden i länder där kravet på metanförlusten är attförlusten ska vara lägre än i storleksordningen 0,5 vol-%. Ett exempel på behandlingsmetod förrestgasflöden som uppfinningen kan tänkas ersätta är RTO.

Teknikens ståndpunkt Uppgradering av biogas syftar till att erhålla en metanrik produktgas genom att avskilja främstkoldioxid, vatten och svavelväte från biogasen. Biogas uppgraderas idag främs med PSA,vattenskrubber, aminskrubber och membranteknik. Teknikernas andel av den totala marknaden ärPSA (23 %), vattenskrubber (40 %), aminskrubber (22 %) och membranteknik (8 %). Övrigauppgraderingstekniker är genosorbskrubber och kryoteknik (Biogas upgrading - technologyoverview, comparison and perspectives for the future, Bauer et. al, DOI: 10.1002/bbb.1423;Biofuels, Bioprod. Bioref. 7:499-511 (2013)).

PSA är en uppgraderingsteknik där biogasen komprimeras och renas från svavelväte och vatteninnan koldioxid avlägsnas i kolonner innehållande ett material som under tryck adsoberar koldioxidmen inte metan. Metan kan därför passera kolonnerna medan koldioxid fastnar.Adsorptionsmaterialet regenereras däreñer genom trycksänkning varvid koldioxiden leds ut frånkolonnen.

Med vattenskrubberteknik komprimeras biogas vanligtvis till 6-10 bar och leds till enabsorptionskolonn där koldioxid och svavelväte löser ut sig i vatten medan metan kan tas ut fråntoppen av absorptionskolonnen och därefter torkas. Vattnet regenereras genom att försttrycksänkas i en flashkolonn varifrån en del koldioxid och metan som finns löst i gasen går tillbakatill det ingående biogasflödet. Därefter leds vattnet till en desorptionskolonn där främst koldioxidoch svavelväte drivs ut från vattnet med luft.

Vid uppgradering med aminskrubber avskiljs koldioxid från biogas genom en kemisk reaktionmellan koldioxid och exempelvis aktiverade aminer, så kallade aMDEA, i en absorptionskolonn.Metan reagerar inte med aminen utan kan ledas ut från toppen av absorptionskolonnen. Aminenregenereras därefter i en desorptionskolonn genom att aminen upphettas.

Ett membran är ett filter som kan separera olika gasmolekyler på grund av att molekylerna harolika diffusionshastighet och löslighet i membranet. Membran för biogasuppgradering har ofta höggenomsläpplighet för koldioxid, vatten och svavelväte men inte för metan. Enuppgraderingsanläggning med membranteknik renar vanligtvis först gasen från vatten ochföroreningar som svavelväte innan gasen komprimeras, normalt till 5 - 20 bar, och därefter leds intill membranmoduler.

Membrantekniken representerar en ökande andel av uppgraderingsanläggningarna (Biogasupgrading - technology overview, comparison and perspectives for the future, Bauer et. al, DOI:10.1002/bbb.1423; Biofuels, Bioprod. Bioref. (2013)). Membrantekniken är under utveckling ochpatententen US2012111052A1, JP2005023211 (A) och US20130098242A1 beskriver processer förseparering av gaser med membranteknik. Lie et al har även patentet US20110072965A1 sombeskriver hur en viss typ av membran kan produceras som är lämpliga för att separera gaser.

Det finns idag exempel på hur uppgraderingstekniker kan kombineras. Baker (MembraneTechnology and Applications, ISBN 0-470-85445-6) beskriver hur membranteknik ochaminskrubber kan kombineras där koldioxid föravskiljs med en membranmodul innan den sistakoldioxiden separeras med en aminskrubber. En fördel blir att aminskrubbern kan byggas till lägrekostnad, medan nackdelen blir att anläggningens komplexitet ökar. Enligt Bhide (Hybrid processesfor the removal of acid gases from natural gas, journal of MEMBRANE SCIENCE 1997) är det dockhögre kostnad att kombinera membranteknik med en aminskrubber i jämförelse med att rena gasmed olika membrankombinationer. Patentet US005407466A avser en uppfinning om hur två olikatyper av membran kan kombineras och integreras med en aminskrubber eller annan teknik medfysisk absorption i en genosorbprocess för att därmed erhålla en förbättrad process förgasbehandling.

Membran kan även kombineras med PSA-teknik. Patentet ES2411332 (T3) beskriver hur deponigaskan uppgraderas genom att kombinera membranteknik och PSA. Koldioxid separeras då först medmembran och därefter avskiljs kväve med PSA-teknologi. Ett annat exempel är patentetUSOO2332424A som avser en uppfinning om hur membran kan integreras med en PSA för att ökametanutbytet och gasernas renhetsgrad Rapporten ”Biogas to biomethane technology review” (Technische Universität Wien, IEE/10/ 130,may 2012) beskriver att membranteknik har lägre investeringskostnad än vattenskrubberteknikoch även att den totala uppgraderingskostnaden normalt är lägre för membranteknik änvattenskrubberteknik. Det framgår även att elåtgången är 0,46 kWhe|/m3 biometan förvattenskrubberteknik och 0,25 - 0,43 kWhel/m3 biometan för membranteknik.

Uppfinningens fördelar Uppfinningen visar hur man med utgångspunkt från en vattenskrubberanläggning kan integreramembranteknik på ett sätt så att metanförluster minskar, kapaciteten ökar ochenergianvändningen minskar. Närliggande uppfinningar har istället fokuserat på att integreramembranteknik med andra uppgraderingsanläggningar för att komplettera membranensegenskaper. Patentet USOO2332424A är en uppfinning om hur membran kan integreras med enPSA för att öka metanutbytet och gasernas renhetsgrad.

Patentet US005407466A är en uppfinning om hur två olika typer av membran kan kombineras meden aminskrubber eller annan teknik med fysisk absorption i en genosorbprocess för att därmederhålla en förbättrad process för gasbehandling. Detta patent integrerar dock inte restgasflöden från aminskrubbern eller genosorbskrubbern med membrantekniken på ett sätt så att processensmetanförluster och energianvändning minskar samt kapacitet ökar.

Genom att avskilja koldioxid från det ingående biogasflödet och/eller från flashgasen med hjälp avmembranteknik kan vattenskrubberns specifika energiåtgång per uppgraderad volymsenhet gasminska.

Med uppfinningen ökas kapaciteten för framställning av uppgraderad gas från envattenskrubberanläggning då dess kapacitet främst är avhängd det totala ingående gasflödet tillabsorptionskolonnen. En integrerad process som höjer biogasens metanhalt innan gasenuppgraderas i vattenskrubbern, eller minskar den interna cirkulationen av gas, medför således attvattenskrubbern får högre kapacitet. Vid fall där vattenskrubberns kompressor begränsarkapaciteten i anläggningen, kan denna kompletteras med ytterligare kompressorkapacitet.

Uppfinningen gör att trycket i flashkolonnen kan sänkas utan att vattenskrubbernsenergianvändning ökar eller kapacitet minskar väsentligt. Detta skapar möjligheten att nå lägremetanförluster än vad som tidigare varit tillämpbart. Metanförlusten från en vattenskrubber medden integrerade uppfinningen kan komma att understiga 0,5 vol-%. På marknader där 0,5 vol-%metanförlust är tillräckligt ger uppfinningen en besparing till att investera ibehandlingsanläggningar för restgas såsom RTO. En minskad metanförlust ger även en störreproduktion av uppgraderad gas och därmed högre intäkter.

Vattenskrubberns processutformning tillåter inte, till skillnad från aminskrubber och PSA, att ettseparat gasflöde med hög koldioxidhalt kan erhållas. Med uppfinningen kan ett separatkoldioxidrikt gasflöde erhållas som kan användas till exempelvis katalytisk eller biologiskmetanisering.

Membranteknlk kan integreras med befintliga vattenskrubberanläggningar och därigenom ökavattenskrubberns produktionskapacitet av uppgraderad gas. Membranteknikens fördelar medrelativt låg investeringskostnad och speciflk energianvändning kan då tillämpas på en del avgasflödet, samtidigt som den totala kapaciteten blir högre och en betydande del av utrustningen påden befintliga anläggningen kan användas. Investeringen för att komplettera en befintligvattenskrubberanläggning med membranteknik med tillhörande utrustning, samt ävenkompletterande kompressorkapacitet ifall den befintliga kompressorkapaciteten inte klarar ettökande gasflöde, bedöms bli lägre än att investera i en helt ny uppgraderingsanläggning för att ökakapaciteten för uppgradering av biogas. Uppfinningen ger även fördelen att en köpare av envattenskrubberanläggning har ett bra alternativ till att öka kapaciteten i framtiden.

Uppfinningen kan även användas vid nybyggnation av en uppgraderingsanläggning. Integreringenmellan membranteknik och en vattenskrubberanläggning möjliggör lägre metanförluster, högrekapacitet, lägre energianvändning och tillvaratagande av koldioxid i jämförelse med enkonventionell vattenskrubberanläggning.

Kort beskrivning av ritningarna Exempel på utförande av uppfinningen kommer att beskrivas närmare med hänvisning till bifogaderitningar. Figur 1 visar schematiskt en vattenskrubber som integreras med en anläggning somavskiljer främst koldioxid, svavelväte, partiklar och vatten, där membranteknik används för attavskilja huvuddelen av koldioxiden. Ingående flöden till membranenheten kan vara biogas ochflashgas från vattenskrubberns flashkolonn. Figur 2 visar en tillämpning där uppfinningen användsför att separera gaser såsom koldioxid från flashgasen utan att flashgasen först tryckhöjs. Figur 3visar en tillämpning där en vattenskrubber integreras med processer som avskiljer gaser såsomkoldioxid från flashgasen, från ingående gasflöde till anläggningen och från utgående gas från denanläggning som separerar gaser såsom koldioxid från flashgasen.

Detaljbeskrivning av visat exempel för utförande Figur 1 visar schematiskt en anläggning för uppgradering av biogas där envattenskrubberaniäggning 20, huvudsakligen bestående av en absorptionskolonn 21, flashkolonn22 och desorptionskolonn 23, är integrerad med membranenhet 10 för avskiljning av gaser såsomkoldioxid med membranmodul 11 samt vid behov även avskiljningsenhet för vatten 12,avskiljningsenhet för svavelväte 13 samt avskiljningsenhet för partiklar och andra föroreningar 14.En alternativ konfiguration till att avskilja vatten i avskiljningsenhet 12 är att istället värma gasenmed en värmeväxlare.

Gasflöde 1 i Figur 1 sammanförs med gasflöde 24 och leds in till en kompressor 30 för att höjatrycket. Gasflöde 2 håller efter kompressor 30 ett tryck mellan 2-18 bar, i huvudsak 4-16 bar, allrahelst 8-12 bar och innehåller främst metan, koldioxid, vatten, svavelväte och partiklar.Koldioxidhalten i det inkommande gasflödet 1 ligger normalt mellan 20-60 vol-°/o, i huvudsak 30-50 vol-%, allra helst 40-50 vol-%. Metanhalten i gasflöde 1 ligger normalt mellan 40-80 vo|-%, ihuvudsak 50-70 vol-%, allra helst 50-60 vo|-°/o.

Vid anläggningskonfigurationen enligt Figur 1 leds gasflöde 2 in till membranenheten 10 beståendeav avskiljningsenhet för vatten 12, avskiljningsenhet för svavelväte 13, avskiljningsenhet förpartiklar och andra föroreningar 14 samt membran för avskiljning av koldioxid 11. Den inbördesordningen mellan de ingående stegen i membranenhet 10 kan variera. Enheterna 12, 13 och 14etableras och används i den utsträckning som membranens utformning och biogasenssammansättning kräver. Enheterna 12,13 och 14 placeras efter kompressorn, men en eller flera avdem kan även placeras före kompressor.

Efter att passerat de olika reningsstegen/avskiljningsstegen i membranenheten 10 i Figur 1 gårgasen in till membran 11 för avskiljning av gaser såsom koldioxid, svavelväte och vatten.Membranen kan vara av typen polymera hålfibermembran, kolmembran eller andra typer avmembran och olika typer av membran kan kombineras med varandra såväl som att endast en typanvänds. Membranen kan arrangeras i serie eller parallellt eller vara en kombination av de båda.

Från membran 11 i Figur 1 går ett restgasflöde 3 som till största delen innehåller koldioxid ochmindre mängder metan. Restgasflödet kan brännas i en panna, destrueras med termisk oxideringeller hanteras på annat sätt.

Enligt anläggningskonfigurationen i Figur 1 går gasflöde 4 vidare från membranet 11 tillvattenskrubberenheten 20 med en högre metanhalt jämfört med gasflöde 2 som går in tillmembranenheten 10. Den högre metanhalten i gasflöde 4 gör att kapaciteten ökar iabsorptionskolonnen 21 till följd av att mindre koldioxid behöver avskiljas i absorptionskolonnen21, jämfört med ifall metanhalten varit samma i gasflöde 4 som i gasflöde 2. Då det är det totalaingående gasflödet till absorptionskolonnen som påverkar kapaciteten i absorptionskolonn 21, kanmer uppgraderad gas produceras eftersom gasflöde 4 har en högre metanhalt än biogasflöde 1.Även energikonsumtionen kan sänkas till följd av att vattenskrubberenheten 20 får ett minskatkylbehov och på grund av att den vattenmängd som krävs för att avskilja koldioxiden i gasflöde 4är mindre än den vattenmängd som behövs för att avskilja koldioxiden i gasflöde 2.

Under typiska förhållanden med 50 vol-% koldioxid i gasflöde 1 kan kapaciteten för produktion avuppgraderad metanrik gas i absorptionskolonn 21 ökas med 40-70 % och energianvändningen förkylning och pumpning av det recirkulerande vattenflödet genom kolonnerna 21,22 och 23 minskamed 10-20 % med en processkonfiguration enligt Figur 1.

Under typiska förhållanden med 40 vol-% koldioxid i gasflöde 1 kan kapaciteten för produktion avuppgraderad metanrik gas i absorptionskolonn 21 ökas med 30-40 % och energianvändningen för kylning och pumpning av det recirkulerande vattenflödet genom ko|onnerna 21,22 och 23 minskamed 5-15 % med en anläggningskonflguration enligt Figur 1.

Under typiska förhållanden med 35 vol-% koldioxid i gasflöde 1 kan kapaciteten för produktion avuppgraderad metanrik gas i absorptionskolonn 21 ökas med 20-30 % och energianvändningen förkylning och pumpning av det recirkulerande vattenflödet genom ko|onnerna 21,22 och 23 minskamed 5-10 % med en anläggningskonflguration enligt Figur 1.

I anläggningskonflgurationen enligt Figur 1 återförs gasflödet från flashkolonnen 22 med gasflöde 1enligt gasflöde 24. Uppfinningen gör att trycket i flashkolonn 22 kan sänkas utan att kapacitetenför produktion av uppgraderad gas 5 i absorptionskolonn 21 minskar eller att energianvändningenför kylning och pumpning av det recirkulerande vattenflödet genom ko|onnerna 21, 22 och 23 ökarväsentligt. Det skapar möjligheten att komma ned till en total metanförlust frånuppgraderingsanläggningen som understiger 0,5 vo|-% vilket kan ge ökade intäkter förgasförsäljning och minskade kostnader för omhändertagande av restgasflöde 6.

Från absorptionskolonnen 21 i Figur 1 lämnar ett gasflöde 5 som har en metanhalt över 95 vol-%.Från desorptionskolonnen 23 lämnar ett restgasflöde 6 innehållande till största delen koldioxid ochluft.

Figur 2 visar schematiskt en anläggning för uppgradering av biogas där envattenskrubberanläggning 20, huvudsakligen bestående av en absorptionskolonn 21, flashkolonn22 och desorptionskolonn 23, är integrerad med membranenhet 10 för avskiljning av koldioxid medmembranmodul 11 samt vid behov avskiljningsenhet för vatten 12, avskiljningsenhet försvavelväte 13 samt avskiljningsenhet för partiklar och andra föroreningar 14. En alternativkonfiguration till att avskilja vatten i avskiljningsenhet 12 är att istället värma gasen med envärmeväxlare. Den inbördes ordningen mellan de ingående stegen i membranenhet 10 kan variera.Enheterna 12, 13 och 14 etableras och används i den utsträckning som membranens utformningoch biogasens sammansättning kräver.

I Figur 2 sammanförs gasflödena 1 och 7 och leds in till en kompressor 30 för att höja trycket.Gasflöde 2 håller efter kompressor 30 ett tryck mellan 2-18 bar, i huvudsak 4-16 bar, allra helst 8-12 bar och innehåller metan, koldioxid, vatten, svavelväte och partiklar. Koldioxidhalten i detinkommande gasflödet 1 ligger normalt mellan 20-60 vol-%, i huvudsak 30-50 vol-°/o, allra helst40-50 vol-%. Metanhalten i gasflöde 1 ligger normalt mellan 40-80 vol-%, i huvudsak 50-70 vol-%, allra helst 50-60 vol-°/o.

Vid anläggningskonfigurationen enligt Figur 2 leds gasflöde 2 in till vattenskrubberanläggning 20.Vattenskrubberanläggningen är integrerad med membranenhet 10 genom att gasflöde 24" frånflashkolonn 22 leds till membranenhet 10. Från membranmodul 11 erhålls ett gasflöde med högtmetaninnehåll som antingen sammanförs med gasflöde 1 före kompressorn enligt gasflöde 7 ellersammanförs med det utgående gasflödet 5 från absorptionskolonnen 21 enligt gasflöde 8.Membranen kan vara av typen polymera hålfibermembran, kolmembran eller andra typer avmembran och olika typer av membran kan kombineras med varandra såväl som att endast en typanvänds. Membranen kan arrangeras i serie eller parallellt eller vara en kombination av de båda.Från membran 11 går ett restgasflöde 3 som till största delen innehåller koldioxid och metan.Restgasflödet kan brännas i en panna, destrueras med termisk oxidering eller hanteras på annatsätt.

Vid en konventionell vattenskrubberanläggning återförs flashgasen direkt till kompressornssugsida. Uppfinningen med processkonfiguration enligt Figur 2 gör att gasflöde 2 får en lägrekoldioxidhalt i jämförelse med en vattenskrubberanläggning där uppfinningen inte används. Denhöga metanhalten i gasflöde 2 gör att kapaciteten för produktion av uppgraderad gas 5 ökar ivattenskrubberanläggningen 20 till följd av att mindre koldioxid behöver avskiljas iabsorptionskolonnen 21, jämfört med ifall flashgasen återförts direkt till kompressorns sugsida. Även energikonsumtionen kan sänkas till följd av att vattenskrubberenheten 20 får ett minskatkylbehov och på grund av att den vattenmängd som krävs för att avskilja koldioxiden i gasflöde 2är mindre än den vattenmängd som hade behövs ifall flashgasen hade återcirkulerats direkt tillkompressorns sugsida.

Under typiska förhållanden med 80-90 vol-% koldioxid i flashgasen kan kapaciteten ivattenskrubbern ökas med cirka 10-20 % och energiförbrukningen minska med 10-20 % medprocesskonfigurationen enligt Figur 2.

I anläggningskonfigurationen enligt Figur 2 förs gasflödet från flashkolonnen 22 till membranenhet10 enligt flashgasflöde 24”. Uppfinningen gör att trycket i flashkolonn 22 kan sänkas utan attkapaciteten i absorptionskolonn 21 minskar eller att energianvändningen för kylning och pumpningav det recirkulerande vattenflödet genom kolonnerna 21, 22 och 23 ökar väsentligt. Det skaparmöjligheten att komma ned till en total metanförlust från uppgraderingsanläggningen somunderstiger 0,5 vol-% vilket kan ge ökade intäkter för gasförsäljning och minskade kostnader föromhändertagande av restgasflöde 6.

Figur 3 visar schematiskt en anläggning för uppgradering av biogas där enVattenskrubberanläggning 20 är integrerad med membranenheterna 10a och 10b.Vattenskrubberanläggning 20 består huvudsakligen av en absorptionskolonn 21, flashkolonn 22och desorptionskolonn 23. Membranenhet 10a består av membranmodul 11a för avskiljning avgaser såsom koldioxid samt vid behov även avskiljningsenhet för vatten 12a, avskiljningsenhet försvavelväte 13a samt avskiljningsenhet för partiklar och andra föroreningar 14a. En alternativkonfiguration till att avskilja vatten i avskiljningsenhet 12a är att istället värma gasen med envärmeväxlare. Membranenhet 10b består av membranmodul 11b för avskiljning av gaser såsomkoldioxid samt vid behov även avskiljningsenhet för vatten 12b, avskiljningsenhet för svavelväte13b samt avskiljningsenhet för partiklar och andra föroreningar 14b. En alternativ konfiguration tillatt avskilja vatten i avskiljningsenhet 12b är att istället värma gasen med en värmeväxlare.

Gasflöde 1 sammanförs i Figur 3 med gasflöde 7 och leds in till en kompressor 30 för att höjatrycket. Gasflöde 2 håller efter kompressor 30 ett tryck mellan 2-18 bar, i huvudsak 4-16 bar, allrahelst 8-12 bar och innehåller metan, koldioxid, vatten, svavelväte och partiklar. Koldioxidhalten igasflöde 1 ligger normalt mellan 20-60 vol-%, i huvudsak 30-50 vol-%, allra helst 40-50 vol-%.Metanhalten i gasflödel ligger normalt mellan 40-80 vol-%, i huvudsak 50-70 vol-°/u, allra helst50-60 vol-%.

Vid anläggningskonfigurationen enligt Figur 3 leds gasflöde 2 in till membranenheten 10abestående av avskiljningsenhet för vatten 12a, avskiljningsenhet för svavelväte 13a,avskiljningsenhet för partiklar och andra föroreningar 14a samt membran för avskiljning av gasersåsom koldioxid 11a. Den inbördes ordningen mellan de ingående stegen i membranenhet 10a kanvariera. Enheterna 12a, 13a och 14a etableras och används i den utsträckning som membranensutformning och biogasens sammansättning kräver. Enheterna 12a,13a och 14a placeras i Figur 3efter kompressor 30, men en eller flera av dem kan även placeras före kompressor 30.

Efter att passerat de olika reningsstegen/avskiljningsstegen i membranenheten 10a i Figur 3 gårgasen in till membran 11a för avskiljning av gaser såsom koldioxid, svavelväte och vatten.Membranen kan vara av typen polymera hålfibermembran, kolmembran eller andra typer avmembran och olika typer av membran kan kombineras med varandra såväl som att endast en typanvänds. Membranen kan arrangeras i serie eller parallellt eller vara en kombination av de båda.

Från membran 11a i Figur 3 går ett restgasflöde 3a som till största delen innehåller koldioxid ochmindre mängder metan. Restgasflödet kan brännas i en panna, destrueras med termisk oxideringeller hanteras på annat sätt.

Vid anläggningskonfigurationen enligt Figur 3 leds gasflöde 4 in till vattenskrubberanläggning 20.Vattenskrubberanläggningen är integrerad med membranenhet 10b genom att gasflöde 24” frånflashkolonn 22 leds till membranenhet 10b. Från membranmodul 11b erhålls ett gasflöde med högtmetaninnehåll som antingen sammanförs med gasflöde 1 på kompressorns sugsida enligt gasflöde7 eller sammanförs med det utgående gasflödet 5 från absorptionskolonnen 21 enligt gasflöde 8.Membranen kan vara av typen polymera hålfibermembran, kolmembran eller andra typer avmembran och olika typer av membran kan kombineras med varandra såväl som att endast en typanvänds. Membranen kan arrangeras i serie eller parallellt eller vara en kombination av de båda.Från membran 11b går ett restgasflöde 3b som till största delen innehåller koldioxid och metan.Restgasflödet kan brännas i en panna, destrueras med termisk oxidering eller hanteras på annatsätt.

Uppfinningen med anläggningskonfiguration enligt Figur 3 gör att gasflöde 4 får en lägrekoldioxidhalt i jämförelse med en vattenskrubberanläggning där membranenhet 10a och 10b inteär integrerade. Den höga metanhalten i gasflöde 4 gör att kapaciteten ökar ivattenskrubberanläggningen 20 till följd av att mindre koldioxid behöver avskiljas iabsorptionskolonnen 21. Då det är det totala ingående gasflödet till absorptionskolonnen sompåverkar kapaciteten av vattenskrubber 20, kan mer uppgraderad gas produceras. Ävenenergikonsumtionen kan sänkas till följd av att vattenskrubberenheten 20 får ett minskat kylbehovoch på grund av att den vattenmängd som krävs för att avskilja koldioxiden i gasflöde 4 är mindreän den vattenmängd som hade behövts ifall membranenhet 10a och 10b inte hade varitintegrerade med vattenskrubberanläggningen.

Under typiska förhållanden med 50 vol-% koldioxid i gasflöde 1 kan kapaciteten för produktion avuppgraderad metanrik gas i absorptionskolonn 21 ökas med 40-80 % och energianvändningen förkylning och pumpning av det recirkulerande vattenflödet genom kolonnerna 21,22 och 23 minskamed 10-30 % med en processkonfiguration enligt Figur 3.

Under typiska förhållanden med 40 vol-% koldioxid i gasflöde 1 kan kapaciteten för produktion avuppgraderad metanrik gas i absorptionskolonn 21 ökas med 30-50 % och energianvändningen förkylning och pumpning av det recirkulerande vattenflödet genom kolonnerna 21,22 och 23 minskamed 5-25 % i processkonfigurationen enligt Figur 3.

Under typiska förhållanden med 35 vol-% koldioxid i gasflöde 1 kan kapaciteten för produktion avuppgraderad metanrik gas i absorptionskolonn 21 ökas med 20-40 % och energianvändningen förkylning och pumpning av det recirkulerande vattenflödet genom kolonnerna 21,22 och 23 minskamed 5-15 % i processkonfigurationen enligt Figur 3.

I anläggningskonfigurationen enligt Figur 3 förs gasflödet från flashkolonn 22 till membranenhet10b enligt flashgasflöde 24". Uppfinningen gör att trycket i flashkolonn 22 kan sänkas utan attkapaciteten i absorptionskolonn 21 minskar eller att energianvändningen för kylning och pumpningav det recirkulerande vattenflödet genom kolonnerna 21, 22 och 23 ökar väsentligt. Det skaparmöjligheten att komma ned till en total metanförlust från uppgraderingsanläggningen somunderstiger 0,5 vol-% vilket kan ge ökade intäkter för gasförsäljning och minskade kostnader föromhändertagande av gasflöde 6.

Från absorptionskolonnen 21 i Figur 3 lämnar ett gasflöde 5 som har en metanhalt över 95 vol-%.Från desorptionskolonnen 23 lämnar ett restgasflöde 6 innehållande till största delen koldioxid ochluft.

Claims (7)

1. Anläggning, där en vattenskrubberanläggning 20, huvudsakligen bestående av enabsorptionskolonn 21, flashkolonn 22 och desorptionskolonn 23 är integrerad med enmembranenhet 10, för rening/separering/anrikning av en gas eller biogas som innehållerbetydande mängd metan och koldioxid, varvid gasens koldioxidhalt skall reduceras, somkännetecknas av att ingående gasflöde 1 sammanförs med flashgasflöde 24 frånflashkolonn 22 och tryckhöjs i kompressor 30 och därefter leds in till en membranenhet 10för avskiljning av koldioxid i ett membran 11, vid behov även vattenavskiljning elleruppvärmning i enhet 12, svavelväte i avskiljningsenhet för svavelväte 13 och partiklar ochandra föroreningar i avskiljningsenhet för partiklar och andra föroreningar 14, varvid ettrestgasflöde 3 avgår och den renade gasen 4 leds vidare till en vattenskrubberanläggning20, varvid energianvändningen för kylning och pumpning av det recirkulerande vattenflödetgenom kolonnerna 21, 22 och 23 sjunker, alternativt att kapaciteten för produktion avuppgraderad gas 5 ökar.

2. Anläggning enligt 1, som kännetecknas av att trycket i flashkolonn 22 kan sänkas utanatt kapaciteten för produktion av uppgraderad gas 5 i absorptionskolonn 21 minskarbetydande eller att energianvändningen för kylning och pumpning av det recirkulerandevattenflödet genom kolonnerna 21, 22 och 23 ökar väsentligt, varvid metanförlusternaminskar.

3. Anläggning enligt 1 eller 2, som kännetecknas av att anläggningen kompletteras medytterligare kompressorkapacitet.

4. Anläggning, där en vattenskrubberanläggning 20, huvudsakligen bestående av enabsorptionskolonn 21, flashkolonn 22 och desorptionskolonn 23 är integrerad med enmembranenhet 10, för rening/separering/anrikning av en gas eller biogas som innehållergaser såsom metan och koldioxid, varvid gasens koldioxidhalt skall reduceras, somkännetecknas av att flashgasflöde 24" från flashkolonn 22 tillhörandevattenskrubberanläggning 20 leds till en membranenhet 10 för avskiljning av koldioxid i ettmembran 11, vid behov även vattenavskiljning eller uppvärmning i enhet 12, svavelväte iavskiljningsenhet för svavelväte 13 och partiklar och andra föroreningar i avskiljningsenhetför partiklar och andra föroreningar 14, varvid ett restgasflöde 3 avgår och den metanrikagasen 7 sammanförs med ingående gasflöde 1 och tryckhöjs i kompressor 30 och därefterleds in till vattenskrubberenhet 20, varvid energianvändningen för kylning och pumpningav det recirkulerande vattenflödet genom kolonnerna 21, 22 och 23 sjunker, alternativt attkapaciteten för produktion av uppgraderad gas 5 ökar.

5. Anläggning enligt 4, som kännetecknas av att trycket i flashkolonn 22 kan sänkas utanatt kapaciteten för produktion av uppgraderad gas 5 i absorptionskolonn 21 minskarbetydande eller att energianvändningen för kylning och pumpning av det recirkulerandevattenflödet genom kolonnerna 21, 22 och 23 ökar väsentligt, varvid metanförlusternaminskar.

6. Anläggning enligt 4 eller 5, som kännetecknas av att anläggningen kompletteras medytterligare kompressorkapacitet.

7. Anläggning, där en vattenskrubberanläggning 20, huvudsakligen bestående av enabsorptionskolonn 21, flashkolonn 22 och desorptionskolonn 23 är integrerad med enmembranenhet 10, för rening/separering/anrikning av en gas eller biogas som innehållergaser såsom metan och koldioxid, varvid gasens koldioxidhalt skall reduceras, somkännetecknas av att flashgasflöde 24" från flashkolonn 22 tillhörandevattenskrubberanläggning 20 leds till en membranenhet 10b för avskiljning av koldioxid iett membran 11b, vid behov även vattenavskiljning eller uppvärmning i enhet 12b,svavelväte i avskiljningsenhet för svavelväte 13b och partiklar och andra föroreningar iavskiljningsenhet för partiklar och andra föroreningar 14b, varvid ett restgasflöde 3b avgåroch den metanrika gasen 7 sammanförs med gasflöde 1 och tryckhöjs i kompressor 30 ochdärefter leds in till en membranenhet 10a för avskiljning av koldioxid i ett membran 11a, vid behov även vattenavskiljning eller uppvärmning i enhet 12a, svavelväte iavskiljningsenhet för svavelväte 13a och partiklar och andra föroreningar iavskiljningsenhet för partiklar och andra föroreningar 14a, varvid ett restgasflöde 3a avgåroch den renade gasen 4 leds vidare till en vattenskrubberanläggning 20, varvidenergianvändningen för kylning och pumpning av det recirkuierande vattenflödet genomkolonnerna 21, 22 och 23 sjunker, alternativt att kapaciteten för produktion avuppgraderad gas 5 ökar. Anläggning enligt 7, som kännetecknas av att trycket i flashkolonn 22 kan sänkas utanatt kapaciteten för produktion av uppgraderad gas 5 i absorptionskolonn 21 minskarbetydande eller att energianvändningen för kylning och pumpning av det recirkuierandevattenflödet genom kolonnerna 21, 22 och 23 ökar väsentligt, varvid metanförlusternaminskar. Anläggning enligt 7 eller 8, som kännetecknas av att anläggningen kompletteras medytterligare kompressorkapacltet.