典型的原料气流是来自包括生物气流的源的废气或产物气体。除了所需的低级烃之外，这些原料气流还含有杂质，在将原料气流用于其他用途之前，必须除去或显著减少该杂质的含量。生物气是来自包括垃圾填埋场和厌氧消化池的废气或产物气体。通常，许多原料气流含有各种杂质，包括有机和无机硫化合物、卤代和非卤代的挥发性有机化合物。
在使用这些原料气流之前需要进行气体净化和纯化。在使用前必须净化原料气流的原因之一是硫和卤代的杂质会在发电设备内产生腐蚀性环境甚至使可能存在于任何下游应用中的催化剂中毒。同样，通常必须除去硫和卤代杂质或显著减少硫和卤代杂质，以使气流具有适合注入天然气管道或适于类似应用的质量。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的维护。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。
原料气净化和纯化的其他原因是，当原料气单独使用或与甲烷或天然气结合使用作为管道质量的可再生能源形式或作为制备化学品的原料气时，挥发性有机化合物(voc)是不期望的。
此外，在许多应用中，当与甲烷或天然气结合使用作为管道质量的可再生能源形式或作为制备化学品的原料气时，不期望纯化的原料气中存在氧。
通过使用已知的分离和纯化技术，例如变压和/或变温吸附(psa/tsa)、胺洗涤、膜、固体和液体再生或非再生清除剂等，从这种混合物中分离和纯化低级烃，特别是甲烷以满足规定的组成或天然气管道限度是困难的、麻烦的和昂贵的。
以上从废气流，尤其是来自垃圾填埋场和厌氧消化池的生物气流中去除含硫化合物和卤代的化合物的技术的主要问题是它们增加了大量的资金成本以及操作成本。它们还显著增加了这些相对较小的处理装置的操作和设备复杂性。
作为一个实例，将典型的原料气流升级为适合注入天然气管道或类似应用的质量所需的典型纯化生产线是首先使原料气进入胺洗涤装置，这有利于从低级烃、n2、o2和大多数其他疏水性组分中分离co2、h2s和部分其他亲水性组分。含有低级烃的流需要随后多个纯化步骤以除去(当存在时)voc、卤代的有机化合物、以及任选存在的n2、o2、水和硅氧烷。
我们发现通过使原料气流经受催化氧化，其中有机和无机硫化合物，卤代和非卤代的挥发性有机化合物被选择性氧化，且基本上不将气体中存在的低级烃和含硫化合物氧化成三氧化硫，实现了明显更简单，成本更低的分离和纯化，以满足进料气或管道要求。
在许多应用中，当与甲烷或天然气结合用作管道质量的可再生能源形式或用作制备化学品的进料气体时，不期望在纯化的原料气中存在氧气。
此外，我们发现，在催化氧化之前将易氧化的化合物注入原料气流中可以有效地除去过量的氧，其在硫和挥发性有机化合物的氧化中未被消耗。
由于它们与烃相比具有更高的还原潜力，所以低级醇(包括甲醇、乙醇和丙醇或其混合物)和相应的低级醚和氢是本发明的方法中优选的还原剂。
将还原剂在一个或多个氧化步骤的上游或在第一氧化步骤和第二氧化步骤之间加入到气体中。
根据该发现，本发明提供了一种用于纯化原料气的方法，该原料气主要含有c1-c5烃和二氧化碳；以及以下杂质：有机和无机硫化合物、卤代和非卤代的挥发性有机化合物、氧、氮和水，该方法基本上不氧化c1-c5烃并且基本上不将有机和无机硫化合物氧化为三氧化硫；该方法包括以下步骤：
在一个或多个氧化步骤中，在200至450℃的温度下使原料气与选择性氧化催化剂接触，并且部分或全部地将有机和无机硫化合物以及卤代和非卤代的挥发性有机化合物选择性地氧化为二氧化碳、水、二氧化硫和卤化氢；和
通过在一个或多个氧化步骤中的至少一个的上游的原料气中加入低级醇、低级醚、氢或其组合并且用至少部分的过量的氧将低级醇、低级醚或氢或其组合氧化为二氧化碳和水，以在一个或多个氧化步骤中除去原料气中含有的至少部分的过量的氧；
取出和冷却来自一个或多个氧化步骤的热的出口气体，出口气体包含c1-c5烃、二氧化硫、二氧化碳、水、卤化氢并且基本上不含氧；和
将冷却的出口气体引入纯化步骤，并且从冷却的出口气体中除去二氧化硫和卤化氢；以及
收集经纯化的包含c1-c5烃、二氧化碳和水的出口气体。
在其中进料至氧化步骤的原料气流含有大量氧，由于低级醇、低级醚和/或氢的放热氧化反应导致不期望的温度升高的应用中，有利的是在没有或限制例如低级醇、低级醚和/或氢的低化学计量添加的情况下进行第一氧化步骤，并在随后的第二氧化步骤中从第一氧化步骤的出口气体中除去在第一氧化步骤还未使用的过量的氧。
因此，在本发明的一个实施方案中，一个或多个氧化步骤包括设置在第一氧化步骤之后的第二氧化步骤，该第二氧化步骤通过将低级醇、低级醚、氢或其组合加入至从第一氧化步骤取出的原料气中并且将低级醇或低级醚或氢或其组合氧化为二氧化碳和水而除去来自第一氧化步骤的原料气中含有的剩余的过量的氧，并且从第二氧化步骤中取出热的出口气体。
在上述实施方案中，优选在第二氧化步骤之前，优选通过与经过第一氧化步骤的原料气进行热交换来冷却来自第一氧化步骤的原料气。
或者，可通过将原料气流分成两个或更多个子流并且在添加低级醇和/或低级醚和/或氢之后使子流通过一个或多个氧化步骤来并行进行更多的氧化步骤。
优选用于本发明的选择性氧化催化剂包括钒、钨和钛的氧化物以及金属或氧化形式的铂和/或钯。
优选地，将选择性氧化催化剂负载在整体式基材上。
如上所述，许多原料气流可进一步含有有害的硅氧烷和硅烷醇。
因此，根据本发明的具体实施方案的纯化方法包括在一个或多个氧化步骤之前，通过使原料气流通过硅氧烷去除装置，优选硅氧烷吸附床而除去任选进一步包含在原料气流中的硅氧烷和硅烷醇的额外步骤。
优选通过在氧化步骤之前加热原料气流并使加热的原料气流通过硅氧烷吸附床来进行除去硅氧烷的附加步骤。
已知硅氧烷可以通过使用非再生的填充床(其具有活性炭、多孔二氧化硅或氧化铝作为吸附剂)的吸附除去。也可以使用再生吸附剂以及基于气体冷却的装置，该装置使气体冷却至非常低的温度，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。
已经报道了使用活性氧化铝、活性氧化铝加二氧化硅和活性炭吸附剂来捕获硅氧烷和硅烷醇的再生系统。在吸附剂被硅氧烷杂质饱和后，使用变压吸附(psa)或变温吸附(tsa)原位除去吸附的硅氧烷，以使床重复使用。
在本发明的方法中，硫化合物和卤代的有机化合物被催化氧化成二氧化碳、水、二氧化硫和卤化氢。
然后，在本发明的一个具体实施方案中，在纯化步骤中通过使用苛性碱洗涤剂洗涤经冷却的出口气体来除去二氧化硫和卤化氢。
优选的洗涤剂包括naoh、ca(oh)2或caco3的水溶液。
任选地，可能优选将包含在经冷却的出口气体中的二氧化硫氧化为硫酸。
在这种情况下，通过在洗涤器中用过氧化氢洗涤经冷却的出口气体以生成硫酸来除去二氧化硫和卤化氢。
纯化的原料气流中还含有二氧化碳，其优选通过本领域已知的变压或变温吸附或化学或物理的二氧化碳吸附而除去。
本发明的所有实施方案特别可用于除去或显著减少卤代的挥发性有机化合物，包括卤代的脂族和/或芳族有机化合物，包括但不限于单氯乙烷、二氯乙烷或三氯乙烷；单氯苯或二氯苯；氯乙烯和二
根据本发明的方法在去除或减少全取代的氯代-氟代化合物和四氯乙烯方面也是有效的。
此外，本发明可有效去除或减少非卤代的挥发性有机化合物的含量，其包括无环和/或环状烷烃、烯烃和/或炔烃；非烷基化、烷基化或烯基化的芳族化合物；和/或含氧化合物，例如己烷、庚烷、环己烷、柠檬烯、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、丙酮、乙酸乙酯和异丙醇。
本发明的所有实施方案可用于来自垃圾填埋场或厌氧消化池的生物气的原料气流的纯化。