用于低温分离和液化生物气流中包含的甲烷和二氧化碳的组合设备制造技术

本发明专利技术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，包括：用于将生物气与再循环气体R混合的装置M1；用于将混合物压缩至蒸馏压力的压缩机；用于冷却压缩混合物的交换器E01；被供应冷却混合物并在塔顶部生产甲烷和在塔底部生产富含CO2的液体的蒸馏塔K01；用于液化甲烷的交换器E02；用于将液化甲烷分成“回流”部分和“产品”部分的装置M2；用于膨胀和加热富含CO2的液体并用于从富含CO2的液体中回收冷量的装置M3；和用于接收富含CO2的流并用于回收顶部蒸气和液态CO2的分离器容器V01，再循环气体R对应于顶部蒸气，交换器E01和装置M3组合为一体。还涉及使用上述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。中的甲烷和二氧化碳的组合方法。中的甲烷和二氧化碳的组合方法。

【技术实现步骤摘要】
用于低温分离和液化生物气流中包含的甲烷和二氧化碳的组合设备


[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包含在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]‑
蒸馏塔K01，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；
[0016]‑
交换器E02，其用于液化在塔顶部生产的甲烷；
[0017]‑
装置M2，其用于将液化的甲烷分成以下两个部分：“回流”部分3和“产品”部分2；
[0018]‑
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
[0019]‑
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CO
2 4，
[0020]其中
[0021]‑
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
[0022]‑
所述交换器E01和所述装置M3是组合为一体的。
[0023]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：
[0024]‑
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；
[0025]‑
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；
[0026]‑
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；
[0027]‑
交换器E02位于闭环的制冷回路中；
[0028]‑
制冷回路使用甲烷作为制冷剂流体；
[0029]‑
蒸馏塔K01包括在塔底部的加热装置。
[0030]本专利技术还涉及一种使用前述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，包括:
[0031]a)将生物气1与再循环气体R混合的步骤；
[0032]b)将混合物压缩至蒸馏压力的步骤；
[0033]c)在交换器E01中冷却压缩后的混合物的步骤；
[0034]d)在蒸馏塔K01中对冷却后的混合物进行蒸馏以在塔顶部生产甲烷并在塔底部生产富含CO2的液体的步骤；
[0035]e)在交换器E02中使在塔顶部生产的甲烷液化的步骤；
[0036]f)用于将液化的甲烷分成以下两个部分的分流步骤:“回流”部分3和“产品”部分2；
[0037]g)在交换器E01中膨胀和加热在塔底部回收的富含CO2的液体，并从富含CO2的液体中回收冷量的步骤；和
[0038]h)在分离器容器V01中将来自交换器E01的富含CO2的流分离成液态CO
2 4和顶部蒸气的步骤，
[0039]其中，再循环气体R对应于在步骤h)中生产的顶部蒸气。
[0040]根据情况，根据本专利技术的方法可具有以下特征中的一者或多者：
[0041]‑
该方法在步骤a)的上游/之前包括干燥和脱硫步骤。
[0042]‑
该方法在步骤a)之前包括将生物气压缩至再循环气体R的压力的步骤。
[0043]‑
该方法在步骤a)之前包括将生物气冷却至环境温度的步骤。
[0044]‑
该方法在步骤h)之后包括加热液态CO2以使其气化的步骤。
[0045]‑
通过借助制冷剂流体冷却所生产的甲烷来进行步骤e)。塔顶部的产品是纯甲烷蒸气。这种蒸气在交换器中被液化，该交换器由与该过程热集成的闭环制冷循环冷却。一部分液态甲烷作为产品离开回路，另一部分用作塔回流物。
[0046]‑
在步骤b)中，混合物被压缩至7巴至46巴的压力。
[0047]根据本专利技术的方法使得能够在单个的组合的蒸馏/液化操作中分离和液化生物气的产品。已经计算了塔的入口和出口处以及再循环部分中的产品的操作条件，以防止固体CO2的形成。
[0048]分离部分的流和制冷循环的流之间的热集成能够回收在CO2液化和液体甲烷循环中使用的冷量。如果不期望本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于低温分离和液化包含在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；
‑
蒸馏塔K01，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；
‑
装置M2，其用于将液化的甲烷分成以下两个部分：“回流”部分(3)和“产品”部分(2)；
‑
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
‑
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(4)，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
‑
所述交换器E01和所述装置M3是组合为一体的。2.根据权利要求1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。3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，该设备在所述装置M1的上游包括用于将生物气压缩至所述再循环气体R的压力的装置C01。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的上游包括用于将生物气冷却至环境温度的装置C01E和/或装置C02E。5.根据权利要求1至4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。6.根据权利要求5所...

【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：