[發(fā)明專利]其中去除存在于甲烷中的空氣雜質(zhì)的用于分離和液化甲烷和二氧化碳的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210646876.8
• 申請(qǐng)日: 2022-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115451649A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·R·J·埃內(nèi)斯托
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 喬治洛德方法研究和開(kāi)發(fā)液化空氣有限公司
• 主分類號(hào): F25J3/02
• 分類號(hào): F25J3/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 黃麗娜;吳鵬

本發(fā)明涉及用于低溫分離和液化生物氣流中的甲烷和二氧化碳的組合設(shè)備，包括：用于將生物氣與再循環(huán)氣體R混合的裝置M1；用于將混合物壓縮至蒸餾壓力的壓縮機(jī)；用于冷卻壓縮混合物的交換器E01；被供應(yīng)冷卻混合物并在塔頂部生產(chǎn)甲烷和在塔底部生產(chǎn)富含CO₂的液體的蒸餾塔K01；用于液化甲烷的交換器E02；分離器容器V04；用于將液態(tài)甲烷送至所述蒸餾塔K01的頂部的裝置；蒸餾塔K02；用于膨脹和加熱富含CO₂的液體并用于從富含CO₂的液體中回收冷量的裝置M3；和用于接收富含CO₂的流并用于回收頂部蒸氣和液態(tài)CO₂的分離器容器V01，再循環(huán)氣體R對(duì)應(yīng)于頂部蒸氣，交換器E01和裝置M3組合為一體。還涉及使用上述設(shè)備來(lái)低溫分離和液化生物氣流中的甲烷和二氧化碳的組合方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及從生物氣流中生產(chǎn)液態(tài)甲烷和液態(tài)二氧化碳的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)

生物氣/沼氣是在無(wú)氧條件下有機(jī)物降解(厭氧發(fā)酵)過(guò)程(也稱為甲烷化)中產(chǎn)生的氣體。這可能是自然降解——因此在沼澤地或家庭垃圾填埋場(chǎng)觀察到了這種現(xiàn)象——但生物氣的產(chǎn)生也可能是廢物在稱為甲烷化器或消化器的專用反應(yīng)器中甲烷化的結(jié)果。

由于其主要成分為甲烷和二氧化碳，生物氣是一種強(qiáng)大的溫室氣體；與此同時(shí)，它也是一種可再生能源，在化石燃料日益稀缺的背景下，這種能源是值得重視的。

生物氣主要包含甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)，其比例可根據(jù)其獲得方式而變化，但生物氣還包含較小比例的水、氮、硫化氫、氧以及痕量的其它有機(jī)化合物。

取決于已被降解/分解的有機(jī)物和所使用的技術(shù)，組分的比例不同，但平均而言，基于干燥氣體，生物氣包括30％至75％的甲烷、15％至60％的CO₂、0至15％的氮、0至5％的氧和痕量化合物。

在預(yù)處理這些污染物的步驟后，生物氣可用于供應(yīng)鍋爐或熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，或者可被純化以獲得符合注入天然氣網(wǎng)絡(luò)的規(guī)格的氣體(例如:最大3％的CO₂)。

在歐洲和全世界的許多地區(qū)，在可發(fā)酵廢物生產(chǎn)區(qū)附近并不總是能獲得天然氣網(wǎng)絡(luò)。此外，雖然在生物氣生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不需要熱量，但取決于電力的購(gòu)買價(jià)格，熱電聯(lián)產(chǎn)并不總是有足夠的產(chǎn)出來(lái)使消化單元的主要投資獲利。在這兩種情況下，將生物氣運(yùn)輸?shù)椒峙浠蛳狞c(diǎn)是有利的。純化后的生物氣液化將使以較低成本運(yùn)輸生物甲烷成為可能。根據(jù)某些地理區(qū)域的規(guī)定，禁止將CH₄釋放到環(huán)境中；這增加了額外的約束，并限制了對(duì)高效方法的生物氣分離工藝的選擇。

目前，生物氣純化工藝主要基于吸收、滲透或吸附技術(shù)。于是，這些系統(tǒng)需要添加補(bǔ)充模塊，以獲得液態(tài)的生物甲烷。此外，在大多數(shù)情況下，在該純化步驟結(jié)束時(shí)，生物氣中的CO₂含量仍然太高，以至于不能供應(yīng)給這種液化系統(tǒng)。

已經(jīng)提出了基于可逆交換器原理的低溫捕集系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于生物氣中存在的CO₂在冷表面上的固化(捕集)，隨后是使用熱源的CO₂升華或液化步驟。對(duì)于生物甲烷的連續(xù)生產(chǎn)，有必要用幾個(gè)平行的交換器工作。他們的技術(shù)方案使得在兩個(gè)獨(dú)立的步驟中分離和液化甲烷和CO₂成為可能，但是不可能回收用于固化CO₂的冷量。

由此開(kāi)始，出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是提供一種從生物氣中分離和液化甲烷和CO₂的方法，該方法具有最小的甲烷損失和最少數(shù)量的操作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一種技術(shù)方案是一種用于低溫分離和液化生物氣流中的甲烷和二氧化碳的組合設(shè)備，包括:

-裝置M1，其用于將生物氣1與再循環(huán)氣體R混合；

-壓縮機(jī)，其用于將混合物壓縮至蒸餾壓力；