[發明專利]含甲烷和空氣氣體的進料流的低溫分離方法及其實施設備

有效

• 申請號: 201780032072.6
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN109257937B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 古涅·普林斯;尼古拉斯·佩吉特;珍-伊夫·萊曼
• 申請（專利權）人: 瓦加能源公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉明海;胡彬

含有甲烷和空氣氣體的進料流的低溫分離方法，其中：?將進料流冷卻以產生冷卻的物流；?將冷卻的物流的至少一部分送至蒸餾塔的一級；?從蒸餾塔中采出底部物流，其中底部物流與進料流相比富含甲烷；?從蒸餾塔中采出與進料流相比富含氧氣和氮氣的物流；?將至少一種不可燃且比氧氣更易揮發的稀釋物流添加低于在比引入冷卻的物流的級低至少一級處引入蒸餾塔中，其特征在于從進料流中提取稀釋物流。通過實施該方法純化來自非危險廢物貯存設備(NHWSF)的生物氣以生產生物甲烷的設備。

本發明涉及一種用于含有甲烷、二氧化碳、氮氣和/或氧氣以及更通常的空氣氣體的物流的低溫分離的方法和裝置，以用于生產富甲烷的物流。

本發明的方法具有與通過純化來自非危險廢物貯存設備(NHWSF)的生物氣來生產生物甲烷相關的特別有利的應用。

生物氣是由厭氧環境中有機物分解的生物過程產生的氣體，其主要由不同量的甲烷、二氧化碳、水蒸氣和雜質組成，所述量取決于產生生物氣的有機材料。主要發現的雜質是硫化氫，并且當有機材料來自家庭或工業廢物時，主要發現的雜質是揮發性有機化合物(VOCs)。

可以在專用反應器(也稱為“消化器”)中生產生物氣，其中生物反應在完全厭氧環境中且受控的溫度下運行。也可以在非危險廢物儲存設備(NHWSF) 中大量地自然生產生物氣，其中將家庭廢物儲存在地窖中并且當它們充滿時用膜覆蓋。地窖關閉后，可以開始有機物質產生甲烷的過程。然后通過插入地窖中的收集管將如此產生的生物氣吸到增壓器中進行收集，從而在所述地窖中產生略微減小的壓力。由于這些地窖不是完全密封的，因此其吸入空氣，并在生物氣中發現不同比例的空氣。因此，對于該氣體源，空氣氣體加到前面所述的雜質中，必須將其除去以回收生物氣。

也有其他含甲烷、二氧化碳、雜質和不同濃度空氣氣體的氣體源，如來自礦井的氣體，其通過廢棄礦井中煤層的脫氣產生，并與存在于采礦空間中存在的空氣混合。出于回收該氣體以用于上述應用的目的，必須消除其中含有的雜質。

更具體地，為了生產富甲烷的物流，必須將二氧化碳、氮氣和氧氣雜質去除至一定水平，使得由此產生的富甲烷的物流可用作天然氣、液化天然氣或車輛燃料。根據所指示的用途，所需的雜質水平可以不同。同樣，富甲烷的物流中這些雜質的典型指標是：低于2摩爾％的二氧化碳，低于1％的氧氣和低于1％的氮氣。當富甲烷的物流不再含有二氧化碳時，所需的雜質水平為：低于2.5 摩爾％的氮氣和低于1％的氧氣。

本申請其余部分中的組成以摩爾百分比表示。

在由NHWSF生產的生物氣的情況下，需要進行第一處理以除去大部分二氧化碳和雜質。對此存在許多方法，如使用氣體滲透膜并結合吸附來處理雜質 (US-2004-0103782)，使用壓力調制吸附方法，使用水或胺洗滌塔以及使用低溫吸附法。用這些方法可以分開生物氣雜質和大部分二氧化碳，但是不能將空氣氣體從富甲烷的氣流中分離出來。因此需要附加的處理步驟。

該附加的處理步驟可以包括使用對氮氣和氧氣有選擇性的特定吸附劑進行壓力調制吸附(US 8,221,524)。然而，非常低的氧氣和氮氣濃度是在虧損該方法的甲烷回收率的情況下實現的，這使得它在經濟上沒有意義。

將空氣氣體從甲烷中除去的另一種解決方案是低溫蒸餾，其可以實現一方面在塔底回收的甲烷與另一方面在塔頂回收的氮氣和氧氣之間的良好分離能力，這是因為這些組分之間的揮發性差異。

然而，揮發性在甲烷和氮氣之間的氧氣的存在，導致該化合物傾向于在蒸餾區中濃縮，即使對于塔裝載量中的小氧氣濃度也是如此。氣相甲烷濃度的降低加之氣相氧氣濃度的增加，可導致由于其組成而可爆炸的氣體混合物。

甲烷和空氣氣體混合物的蒸餾原理已知是在低溫溫度下，潛在爆炸性氣體混合物出現在塔內。因此，文獻DE 981,875提出用這樣的方式控制蒸餾：使得離開塔頂的氣體在爆炸上限(UEL)之外。然而，沒有提及蒸餾塔中的天然氧氣濃度，因此用該方法不能避免形成爆炸性氣體混合物。