[發(fā)明專利]含從蒸餾塔的中間級提取蒸氣的分離和液化甲烷和二氧化碳的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210670839.0
• 申請日: 2022-06-08
• 公開（公告）號: CN115451653A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: T·R·J·埃內(nèi)斯托
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 吳鵬;黃麗娜

本發(fā)明涉及用于低溫分離和液化包含在生物氣流中的甲烷和二氧化碳的組合設備，包括：將生物氣與再循環(huán)氣體R混合的裝置M1；壓縮機；冷卻壓縮混合物的交換器E01；生產(chǎn)甲烷和富含CO₂的液體的蒸餾塔K01；液化甲烷的交換器E02；將液化甲烷分成“回流”和“產(chǎn)品”部分的裝置M2；膨脹和加熱富CO₂液體并用于從富CO₂液體中回收冷量的裝置M3；接收富CO₂流并回收頂部蒸氣和液態(tài)CO₂的分離器容器V01；從塔中間級提取蒸氣V的裝置；使蒸氣V部分冷凝并生產(chǎn)兩相流D的裝置；在對應于平衡溫度的級將兩相流D重注到塔中的裝置，再循環(huán)氣體R對應于頂部蒸氣，交換器E01和裝置M3組合為一體。還涉及使用該設備來低溫分離和液化包含在生物氣流中的甲烷和二氧化碳的組合方法。

技術領域

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

背景技術

生物氣/沼氣是在無氧條件下有機物降解(厭氧發(fā)酵)過程(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，生物氣是一種強大的溫室氣體；與此同時，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化合物。

取決于已被降解/分解的有機物和所使用的技術，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。

在預處理這些污染物的步驟后，生物氣可用于供應鍋爐或熱電聯(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。此外，雖然在生物氣生產(chǎn)現(xiàn)場不需要熱量，但取決于電力的購買價格，熱電聯(lián)產(chǎn)并不總是有足夠的產(chǎn)出來使消化單元的主要投資獲利。在這兩種情況下，將生物氣運輸?shù)椒峙浠蛳狞c是有利的。純化后的生物氣液化將使以較低成本運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。于是，這些系統(tǒng)需要添加補充模塊，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，生物氣中的CO₂含量仍然太高，以至于不能供應給這種液化系統(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。對于生物甲烷的連續(xù)生產(chǎn)，有必要用幾個平行的交換器工作。他們的技術方案使得在兩個獨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。

由此開始，出現(xiàn)的一個問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)明的一種技術方案是一種用于低溫分離和液化包含在生物氣流中的甲烷和二氧化碳的組合設備，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，其用于將混合物壓縮至蒸餾壓力；