利用垃圾填埋气的主要挑战是需要从气体中除去含硫化合物和硅氧烷。目前，该技术提供了单独的单元来处理硫和硅氧烷的除去，并且这一事实增加了大量的资金成本以及操作成本。另一个重要问题是市场上提供的现有技术增加了这些相对较小的(5-20mw)单元的运行复杂性。
生物气通常是来自包括垃圾填埋场和厌氧消化池的来源的废物。通常，生物气含有约50-75％的甲烷，25-50％的二氧化碳，0-10％的氮气，0-1％的氢气，0.1-3％的硫和0-2％的氧气，均按体积计。它还含有各种杂质，包括硅氧烷以及氯、各种挥发性有机化合物(voc)和氨。由于生物气通常由有机物质产生，因此通常认为它是可再生的能量形式。
由于生物气含有甲烷，因此它可转化为生物气燃料以用于发电或发热。然而，它需要首先进行净化。在使用之前应该净化生物气的原因之一是生物气中的硫杂质会在发电设备内部产生腐蚀性环境，或者更糟糕的是，其能够使可能存在的任何催化剂中毒。此外，存在于燃气发动机的进料气体中的硫化氢将导致润滑油的降解并导致需要频繁维护。净化生物气的另一个原因是其他杂质，例如硅氧烷，可能沉积在发热和发电设备中，并对内部组件造成严重损害。
由于垃圾填埋场本身的各种细菌消化过程，垃圾填埋气是来自垃圾填埋场的气体。该气体通常含有大约45-50％的ch4、45-50％的co2、至多1％的h2s、一些氮和硅氧烷以及低水平的有机硫组分和voc。
垃圾填埋气具有高能量物质，并且通常用作燃气发动机的燃料，尽管较小的燃气轮机和锅炉也可以使用垃圾填埋气。在某些情况下，天然气升级并出口到公共供气网或用作其他工业过程的燃料气。目前占主导地位的市场在美国，且往复式燃气发动机在垃圾填埋气利用市场中占主导地位。
硅氧烷是包含硅、碳、氢和氧的有机硅化合物，其具有si-o-si键。硅氧烷可以是线性的也可以是环状的。它们可以存在于生物气中，因为它们用于各种美容产品，例如从下水道排放或以其他方式处理的化妆品和洗发水，从而最终进入城市废水和垃圾填埋场。硅氧烷在厌氧消化过程中不会分解，因此，从处理厂和垃圾填埋场捕获的废气通常会被这些化合物严重污染。已知通过使用活性炭或多孔二氧化硅作为吸附剂的非再生填充床吸附可以除去硅氧烷。也可以使用再生吸附剂，以及基于气体冷却至极低温度的单元，以将硅氧烷从气体中沉淀出来。此外，使用液体提取技术。此外，这些技术可以组合使用。
因此，利用来自垃圾填埋场和厌氧消化池的原料气的主要问题是提供具有低硫含量(即，小于几百ppm)并且具有非常低的含量的硅氧烷(通常为线性或环状二甲基si-o-si化合物)的气流。含硫化合物的燃烧导致形成三氧化硫，其将与气体中的水分反应形成硫酸，硫酸反过来又可在冷点区中冷凝并导致腐蚀。然而，特别是硅氧烷会产生问题，因为它们在燃烧过程中会转化为sio2，导致发动机内部的磨料固体沉积物累积，造成损坏，缩短使用寿命，并增加多个组件的维护需求，例如火花塞、阀门、活塞等。除了对发动机造成损坏和缩短使用寿命之外，为控制废气排放而安装的任何催化剂还对夹带在气流中的sio2敏感，实际上甚至比发动机本身更敏感。例如，对于scr(选择性催化还原)催化剂，sio2耐受性可低至250ppb。
由于上述概述的原因，希望从气流中除去硅氧烷和含硫化合物，以增加发动机使用寿命和催化剂寿命。
根据本领域的现有技术，使用了单独的单元来除去硅氧烷和除去含硫化合物。因此，在wo2006/104801a2中描述了硅氧烷去除方法，其中通过使生物气在35-50℃的温度下通过含有活性氧化铝的床(其吸附硅氧烷)而使从垃圾填埋场和污水处理厂释放的生物气不含硅氧烷污染物。当活性氧化铝被硅氧烷饱和时，通过使再生气体通过活性氧化铝床来恢复活性氧化铝的吸附能力。在具有两个或更多个活性氧化铝床的系统中，一个床用于除去硅氧烷，而其他床中的一个或多个床进行再生。
wo2008/024329a1公开了一种系统，其包括用于将生物气中的硅氧烷除去至非常低的硅氧烷水平的吸附剂床，使得经净化的生物气可用作设备(例如，内燃机或燃气轮机)的进气。说明书中唯一的具体实例表明吸附塔中的反应温度在-28.9℃至121℃之间。吸附剂床包含活性炭、硅胶和分子筛中的至少两种。
us2010/0063343a1描述了用于从垃圾填埋气中净化和回收甲烷燃料的方法，更具体地，描述了用于从垃圾填埋气体中浓缩和去除某些常见污染物的方法。处理的有害成分包括水、颗粒物、硫(硫化氢形式)和硅氧烷。
us2012/0301366公开了一种微波诱导的生物气中的硅氧烷和硫化氢的破坏，并且最后us2015/0209717描述了用于通过吸附从气流中除去硅氧烷和相关化合物的方法。
垃圾填埋气的利用面临两大主要挑战：
(i)气体中的硅氧烷沉积在发动机部件上会导致结垢、磨损和维护问题的事实，和
(ii)h2s与燃气发动机中的润滑油反应并对其进行干扰，这导致频繁的维护停机和更换机油。
此外，h2s在燃气发动机中燃烧并以sox排出。根据当地的sox排放法规，可能需要使用烟气洗涤器，这将显著增加处理单元的资金成本。此外，硅氧烷可能使燃气发动机下游的scr(选择性催化还原)和co氧化催化剂中毒和污染，这使得当发动机配备用于去除nox的scr催化剂和/或co氧化催化剂的烟气净化时，硅氧烷的去除必不可少。
硅氧烷可以使用具有诸如例如活性炭或多孔二氧化硅的吸附剂的非再生填充床吸附除去。也使用再生吸附剂，以及基于气体冷却至极低温度的单元，以将硅氧烷从气体中沉淀出来。此外，使用液体提取技术。此外，可以组合使用所述各种技术。
关于h2s的去除，存在几种替代方案，例如基于活性炭的固体吸附剂；负载型的基于铁的吸附剂；lo-cat型技术；再生吸附剂和基于生物的硫去除技术，例如thiopac。
这些去除硫和硅氧烷的技术的主要问题是它们会增加大量的资金成本和操作成本。另一个重要问题是它增加了这些相对较小的单元(5-20mw)的操作复杂性。
本发明示出了本申请的申请人在smch2s氧化技术和催化过滤中的组合知识。
更具体地，本发明涉及用于从生物气流，特别是来自垃圾填埋场和厌氧消化池的生物气流中联合除去硅氧烷和含硫化合物的方法，所述方法包括以下步骤：
加热生物气流；并且，如有必要，将其与空气混合，以提供足够的氧气水平，
将气体混合物供给至设置有耐高温的催化滤烛或滤袋的过滤单元，
将干燥的吸附剂注入过滤单元以捕获气体混合物中存在的硅氧烷，
将一部分出口气体从过滤单元再循环到过滤室入口，以用于使含硫化合物被干燥吸附剂捕获；和
从过滤单元中回收净化气体。
将来自垃圾填埋场的气体加热并与空气混合，使得当以下反应消耗氧气时，存在至少0.1％的残留空气
2h2s+3o2->2so2+2h2o
在进入具有耐高温的催化滤烛或滤袋的过滤室单元之前，将混合气体加热至至少180℃。催化过滤器用负载氧化钒或氧化钒和钯的组合的基于tio2的催化剂浸渍。在过滤器中，h2s转化为so2和低水平的so3。
将部分出口气体从第一过滤单元再循环到其入口的目的是通过利用第一过滤器除去硅氧烷和so2/so3两者来最小化该方法的投资成本。
将待处理的气流与含有so2/so3的再循环气体混合。这产生比原始气流更大的气体流动。将干燥的吸附剂注入该混合气体中以吸收来自原始气体的硅氧烷和来自再循环气体的so2/so3。然后气体通过过滤器，从而从气体中除去干燥的吸附剂。位于过滤器内部的催化剂不暴露于硅氧烷，否则其可能导致催化剂中毒。催化剂将存在于原始气流中的h2s氧化成so2和低水平的so3。气体离开过滤单元。
将离开过滤单元的一部分气体再循环并混合到原始气流中。该再循环的目的是除去因h2s的氧化而在催化剂上形成的一些so2/so3，从而降低离开系统的气体中的总硫含量。再循环气体的量取决于离开系统的气体中所需的硫含量水平。
过滤室单元配备有用于注入干燥吸附剂的装置，其中可以使用的吸附剂如石灰石、ca(oh)2、天然碱(碳酸钠碳酸氢钠二水合物，也称为倍半碳酸钠二水合物，na2co3·nahco3·2h2o)等。这些吸附剂将捕获硅氧烷，但可以将靶向捕获硅氧烷的特异性吸附剂添加到注入干燥吸附剂的步骤中。
将来自过滤单元的出口气体再循环返回到过滤室入口管道并引导到过滤室，其中so2和so3被干燥的吸附剂捕获。以这种方式，催化剂不受硅氧烷的影响，因为它位于过滤器内部，并且一个单元可以处理硅氧烷和硫二者的去除。
另一个有效的替代方案是将过滤室单元分成两个隔室，其中在第一隔室中用催化过滤器完成硅氧烷去除，并且在第二隔室中用非催化过滤器完成硫去除。在这种情况下，可将硅氧烷特异性吸附剂注入第一单元，同时可将硫特异性吸附剂注入第二单元。
来自过滤室单元的净化气体通过使用进料/流出物热交换器来使进料气体预热。