包括预分离和二氧化碳的外部固化的生物气低温纯化制造技术

本发明专利技术涉及用于低温分离和液化生物气流中的甲烷和二氧化碳的组合设备，包括装置M1、压缩机、交换器E01、分离器容器V05、装置M4、低温分离单元、交换器E02、装置M2、分离器容器V01、从蒸馏塔K01的中间级提取蒸气V1的装置、使蒸气V1部分冷凝并生产两相流D1的装置、将两相流D1重新注入蒸馏塔K01的装置，装置M1使再循环气体R对应分离器容器V01出口处回收的顶部蒸气，交换器E01和装置M3组合。低温分离单元包括蒸馏塔K01、装置(4)、外部容器和包括从蒸馏塔K01提取液化固态CO2的流体的装置、将流体引入再生容器以融化固态CO2的装置和将液态CO2和蒸气混合物重新引入蒸馏塔K01的装置的设施。还涉及使用上述设备来低温分离和液化生物气流中的甲烷和二氧化碳的组合方法。物气流中的甲烷和二氧化碳的组合方法。物气流中的甲烷和二氧化碳的组合方法。

【技术实现步骤摘要】
包括预分离和二氧化碳的外部固化的生物气低温纯化


[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低温分离和液化生物气流中的甲烷和二氧化碳的组合设备，包括:
[0012]‑
装置M1，其用于将生物气1与再循环气体R混合；
[0013]‑
压缩机，其用于将混合物压缩至蒸馏压力；
[0014]‑
交换器E01，其用于冷却压缩后的混合物；
[0015]‑
用于接收来自所述交换器E01的混合物并用于回收顶部蒸气8和富含CO2的液体9的分离器容器V05；
[0016]‑
用于冷却所述顶部蒸气8的装置M4；
[0017]‑
低温分离单元，其被供应冷却后的顶部蒸气10，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；
[0018]‑
交换器E02，其用于液化在塔顶部生产的甲烷；
[0019]‑
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；
[0020]‑
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
[0021]‑
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CO
2 7，
[0022]其中
[0023]‑
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，
[0024]‑
所述交换器E01和所述装置M3是组合为一体的，并且
[0025]‑
所述低温分离单元包括：
[0026]·
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；
[0027]·
用于将该冷区段2和该热区段3物理地分开的装置4；
[0028]·
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
[0029]·
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和蒸气的混合物重新引入到蒸馏塔K01中的装置。
[0030]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：
[0031]‑
所述装置M4是交换器E01；
[0032]‑
所述装置M3使得能够膨胀和加热来自所述分离器容器V05的富含CO2的液体；
[0033]‑
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；
[0034]‑
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；
[0035]‑
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；
[0036]‑
交换器E02位于闭环的制冷回路中；
[0037]‑
制冷回路使用甲烷作为制冷剂流体；
[0038]‑
蒸馏塔K01包括在塔底部的加热装置。
[0039]本专利技术还涉及一种使用前述设备来低温分离和液化生物气流中的甲烷和二氧化
碳的组合方法，包括:
[0040]a)将生物气1与再循环气体R混合的步骤；
[0041]b)将混合物压缩至蒸馏压力的步骤；
[0042]c)在交换器E01中冷却压缩后的混合物的步骤；
[0043]d)在所述分离器容器V05中使所述压缩后的混合物分离成顶部蒸气8和富含CO2的液体9的步骤；
[0044]e)冷却所述顶部蒸气8的步骤；
[0045]f)在蒸馏塔K01中对来自步骤e)的冷却后的顶部蒸气10进行蒸馏以在塔顶部生产甲烷并在塔底部生产富含CO2的液体的蒸馏步骤；
[0046]g)在交换器E02中使在塔顶部生产的甲烷液化的步骤；
[0047]h)用于将液化的甲烷分离成以下两个部分的分离步骤:“回流”部分6和“产品”部分5；
[0048]i)在交换器E01中膨胀和加热在塔底部回收的富含CO2的液体，并从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低温分离和液化生物气流中的甲烷和二氧化碳的组合设备，包括：
‑
装置M1，其用于将生物气(1)与再循环气体R混合；
‑
压缩机，其用于将混合物压缩至蒸馏压力；
‑
交换器E01，其用于冷却压缩后的混合物；
‑
分离器容器V05，其用于接收来自所述交换器E01的混合物并用于回收顶部蒸气(8)和富含CO2的液体(9)；
‑
装置M4，其用于冷却所述顶部蒸气；
‑
低温分离单元，其被供应冷却后的顶部蒸气(10)，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；
‑
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的液体并用于从富含CO2的液体中回收冷量；和
‑
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，
‑
所述交换器E01和所述装置M3是组合为一体的，并且
‑
所述低温分离单元包括：
●
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)；
●
用于将该冷区段和该热区段物理地分开的装置(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
●
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和蒸气的混合物重新引入到所述蒸馏塔K01中的装置。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置M4是所述交换器E01。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述装置M3使得能够膨胀和加热来自所述分离器容器V05的富含CO2的液体。4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，该设备在所述装置M1的上游包括用于对生物气进行干燥和脱硫的装置。5.根据权利要求1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压缩至所述再循环气体R的压力的装置C01。6.根据权利要求1至5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。7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述交换器E02位于闭环的制
冷回路中。8.根据权利要求7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。9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于,所述蒸馏塔K01包括在塔底部的加热装...

【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：