使二氧化碳在蒸馏塔外固化的用于分离和液化甲烷和二氧化碳的方法技术

本发明专利技术涉及用于分离甲烷和二氧化碳的低温分离单元，包括：包括在塔顶部处的冷区段和在塔底部处的热区段的蒸馏塔K01；将冷区段和热区段物理地分开的装置；在蒸馏塔K01外的至少两个容器，用于使来自冷区段的液体与从热区段上升的蒸气接触并捕集所有固态CO2；和使外部容器再生的设施，包括从蒸馏塔K01提取能使固态CO2液化的流体的装置、将流体引入再生中的外部容器中以使固态CO2融化的装置和将获得的液态CO2与蒸气的混合物重新引入蒸馏塔K01中的装置。还涉及用于低温分离和液化包含在生物气流中的甲烷和二氧化碳的组合设备、利用低温分离单元来低温分离甲烷和二氧化碳的方法和使用该设备来低温分离和液化包含在生物气流中的甲烷和二氧化碳的组合方法。流中的甲烷和二氧化碳的组合方法。流中的甲烷和二氧化碳的组合方法。

【技术实现步骤摘要】
使二氧化碳在蒸馏塔外固化的用于分离和液化甲烷和二氧化碳的方法


[0001]本专利技术涉及从生物气流中生产液态甲烷和液态二氧化碳的设备和方法。

技术介绍

[0002]生物气/沼气是在无氧条件下有机物降解(厌氧发酵)过程(也称为甲烷化)中产生的气体。这可能是自然降解——因此在沼泽地或家庭垃圾填埋场观察到了这种现象——但生物气的产生也可能是废物在称为甲烷化器或消化器的专用反应器中甲烷化的结果。
[0003]由于其主要成分为甲烷和二氧化碳，生物气是一种强大的温室气体；与此同时，它也是一种可再生能源，在化石燃料日益稀缺的背景下，这种能源是值得重视的。
[0004]生物气主要包含甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)，其比例可根据其获得方式而变化，但生物气还包含较小比例的水、氮、硫化氢、氧以及痕量的其它有机化合物。
[0005]取决于已被降解的有机物和所使用的技术，组分的比例不同，但平均而言，基于干燥气体，生物气包括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。
[0006]在预处理这些污染物的步骤后，生物气可用于供应锅炉或热电联产装置，或者可被纯化以获得符合注入天然气网络的规格的气体(例如:最大3％的CO2)。
[0007]在欧洲和全世界的许多地区，在可发酵废物生产区附近并不总是能获得天然气网络。此外，虽然在生物气生产现场不需要热量，但取决于电力的购买价格，热电联产并不总是有足够的产出来使消化单元的主要投资获利。在这两种情况下，将生物气运输到分配或消耗点是有利的。纯化后的生物气液化将使以较低成本运输生物甲烷成为可能。根据某些地理区域的规定，禁止将CH4释放到环境中；这增加了额外的约束，并限制了对高效方法的生物气分离工艺的选择。
[0008]目前，生物气纯化工艺主要基于吸收、渗透或吸附技术。于是，这些系统需要添加补充模块，以获得液态的生物甲烷。此外，在大多数情况下，在该纯化步骤结束时，生物气中的CO2含量仍然太高，以至于不能供应给这种液化系统。
[0009]已经提出了基于可逆交换器原理的低温捕集系统。该系统基于生物气中存在的CO2在冷表面上的固化(捕集)，随后是使用热源的CO2升华或液化步骤。对于生物甲烷的连续生产，有必要用几个平行的交换器工作。他们的技术方案使得在两个独立的步骤中分离和液化甲烷和CO2成为可能，但是不可能回收用于固化CO2的冷量。
[0010]由此开始，出现的一个问题是提供一种从生物气中分离和液化甲烷和CO2的方法，该方法具有最小的甲烷损失和最少数量的操作。

技术实现思路

[0011]本专利技术的一种技术方案是一种用于分离甲烷和二氧化碳的低温分离单元，其包括：
[0012]‑
蒸馏塔K01，其包括在塔顶部处的冷区段2和在塔底部处的热区段3；
[0013]‑
用于将该冷区段和该热区段物理地分开的装置4；
[0014]‑
在所述蒸馏塔K01的外部的至少两个外部容器V04A/B，所述至少两个外部容器V04A/B用于使来自所述冷区段的液体与从所述热区段上升的蒸气接触并用于捕集所有的固态CO2；和
[0015]‑
用于使所述外部容器再生的设施，该设施包括用于从所述蒸馏塔K01提取能够使所述固态CO2液化的流体的装置、用于将所述流体引入到处于再生期间的所述外部容器中以便使所述固态CO2融化的装置、以及用于将获得的液态CO2与蒸气的混合物重新引入到所述蒸馏塔K01中的装置。
[0016]本专利技术还涉及一种用于低温分离和液化包含在生物气流中的甲烷和二氧化碳的组合设备，包括：
[0017]‑
根据本专利技术的低温分离单元；
[0018]‑
装置M1，其用于将生物气1与再循环气体R混合；
[0019]‑
压缩机，其用于将混合物压缩至蒸馏压力；
[0020]‑
交换器E01，其用于冷却压缩后的混合物；
[0021]‑
根据权利要求1所述的低温分离单元，其被供应冷却后的混合物，并使得能够在塔顶部生产甲烷，并且在塔底部生产富含CO2的液体；
[0022]‑
交换器E02，其用于液化在塔顶部生产的甲烷；
[0023]‑
装置M2，其用于将液化的甲烷分成以下两个部分：“回流”部分6和“产品”部分5；
[0024]‑
装置M3，其用于膨胀和加热在塔底部回收的富含CO2的液体并用于从富含CO2的液体中回收冷量；和
[0025]‑
分离器容器V01，其用于接收来自装置M3的富含CO2的流，并用于回收顶部蒸气和液态CO27，
[0026]其中
[0027]‑
所述装置M1使得再循环气体R对应于在所述分离器容器V01的出口处回收的顶部蒸气，并且
[0028]‑
所述交换器E01和所述装置M3是组合为一体的。
[0029]根据情况，根据本专利技术的设备可具有以下特征中的一者或多者：
[0030]‑
该设备在装置M1的上游包括用于对生物气进行干燥和脱硫的装置；
[0031]‑
该设备在装置M1的上游包括用于将生物气压缩至再循环气体R的压力的装置C01；
[0032]‑
该设备在装置M1的上游包括用于将生物气冷却至环境温度的装置C01E和/或装置C02E；
[0033]‑
交换器E02位于闭环的制冷回路中；
[0034]‑
制冷回路使用甲烷作为制冷剂流体；
[0035]‑
蒸馏塔K01包括在塔底部的加热装置。
[0036]本专利技术还涉及利用如前所述的低温单元来低温分离甲烷和二氧化碳的方法，该方法包括:
[0037]a.将甲烷和二氧化碳的混合物引入塔底部的步骤；
[0038]b.从蒸馏塔的冷区段2去除液体的步骤；
[0039]c.从蒸馏塔的热区段3去除蒸气的步骤；
[0040]d.将在步骤b)和c)中去除的液体和蒸气引入蒸馏塔K01外部的至少一个外部容器中，以使液体和蒸气接触并捕集固态CO2的步骤；
[0041]e.再生至少一个外部容器的再生步骤，该再生步骤包括从蒸馏塔K01提取能够使固态CO2液化的流体的子步骤、将该流体引入处于再生过程中的外部容器中以使固态CO2融化的子步骤、以及将所获得的液态CO2和蒸气的混合物重新引入蒸馏塔K01中的子步骤；和
[0042]f.在塔顶部回收甲烷和在塔底部回收富含CO2的液体的步骤。
[0043]于在允许形成固体的条件下运行的外部容器中，使从冷区段下降的液体与从热区段上升的蒸气直接接触。这些容器将捕集所有的固态CO2，并且一旦达到饱和状态，就会再生。再生将利用从塔中提取的流体进行，并且由CO2融化获得的产品将被重新引入塔中。通过这种方式，固体的管理保持受控，并且不会破坏/干扰塔的基本功能。从塔中抽取和重新注入流体使得保持对所述塔的能量和质量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分离甲烷和二氧化碳的低温分离单元，其包括：
‑
蒸馏塔K01，其包括在塔顶部处的冷区段(2)和在塔底部处的热区段(3)；
‑
用于将该冷区段(2)和该热区段(3)物理地分开的装置(4)；
‑
在所述蒸馏塔K01的外部的至少两个外部容器(V04 A/B)，所述至少两个外部容器(V04 A/B)用于使来自所述冷区段(2)的液体与从所述热区段(3)上升的蒸气接触并用于捕集所有的固态CO2；和
‑
用于使所述外部容器再生的设施，该设施包括用于从所述蒸馏塔K01提取能够使所述固态CO2液化的流体的装置、用于将所述流体引入到处于再生期间的所述外部容器中以便使所述固态CO2融化的装置、以及用于将获得的液态CO2与蒸气的混合物重新引入到所述蒸馏塔K01中的装置。2.一种用于低温分离和液化包含在生物气流中的甲烷和二氧化碳的组合设备，其包括：
‑
根据权利要求1所述的低温分离单元；
‑
装置M1，其用于将生物气(1)与再循环气体R混合；
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压缩机，其用于将混合物压缩至蒸馏压力；
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交换器E01，其用于冷却压缩后的混合物；
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根据权利要求1所述的低温分离单元，其被供应冷却后的混合物，并使得能够在塔顶部生产甲烷，并且在塔底部生产富含CO2的液体；
‑
交换器E02，其用于液化在塔顶部生产的甲烷；
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装置M2，其用于将液化的甲烷分成以下两个部分：“回流”部分(6)和“产品”部分(5)；
‑
装置M3，其用于膨胀和加热在塔底部回收的富含CO2的液体并用于从所述富含CO2的液体中回收冷量；和
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分离器容器V01，其用于接收来自所述装置M3的富含CO2的流，并用于回收顶部蒸气和液态CO2(7)，其中
‑
所述装置M1使得所述再循环气体R对应于在所述分离器容器V01的出口处回收的顶部蒸气，并且
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所述交换器E01和所述装置M3是组合为一体的。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，该设备在所述装置M1的上游包括用于对生物气进行干燥和脱硫的装置。4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，该设备在所述装置M1的上游包括用于将生物气压缩至所述再循环气体R的压力的装置C01。5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其特征在于，该设备在所述装置M1的上游包括用于将生物气冷却至环境温度的装置C01E和/或装置C02E。6.根据权利要求2至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述交换器E02包含在闭环的制冷回路中。7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述制冷回路使用甲烷作为制冷剂流体。8.根据权利要求2至7中任一项所述的设备，其特征在于,所述蒸馏塔K01包...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：