УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТАНА ИЗ ГАЗОВОЙ СМЕСИ, СОДЕРЖАЩЕЙ МЕТАН, ДИОКСИД УГЛЕРОДА И СЕРОВОДОРОД

1. Устройство для выделения метана из газовой смеси, содержащей метан, диоксид углерода и сероводород, содержащее
газовый компрессор (1);
подающую линию (2) для подачи указанной газовой смеси в указанный газовый компрессор (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);
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);
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);
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), и
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.
2. Устройство по п. 1, где указанный адсорбер (14) сероводорода расположен между указанной рециркуляционной точкой (13) подачи и указанным газовым компрессором (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.
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.
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.
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.
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, где указанный адсорбер (14) сероводорода содержит активированный уголь, легированный или пропитанный йодом, йодистой солью или предшественником йода.
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.
9. Устройство по любому из предыдущих пунктов, где указанные ступени мембранного разделения содержат полиимидные половолоконные мембраны.
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.
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.
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.
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.
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%.
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.
16. Способ по любому из пп. 10-15, где указанная газовая смесь представляет собой биогаз из установки для анаэробного сбраживания.