从含甲烷的气体中去除CO2的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于从含甲烷的气体中去除CO2的方法，该方法具有以下步骤：提供至少含有CO2作为杂质的含甲烷的气体(103)，冷却该气体(103)以通过冻结而从该含甲烷的气体(103)中去除CO2，并且使用变压变温吸附装置(PTSA)(111)额外地降低该气体(103)的CO2浓度，由此获得富含甲烷的产物气体(117)。产物气体(117)的至少一部分(127)随后用作处理气体(129)并通过PTSA(111)以处理PTSA(111)，由此CO2被处理气体(129)吸收并作为富含CO2的处理气体(133)从PTSA(111)中去除。然后将处理气体(133)再循环并与含甲烷的气体(103)混合。(133)再循环并与含甲烷的气体(103)混合。(133)再循环并与含甲烷的气体(103)混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从含甲烷的气体中去除CO2的方法
[0001]本专利技术涉及从含甲烷的气体中去除CO2的方法和装置。
[0002]由于全球变暖，CO2中性能源对于现代社会变得越来越重要。获得这种能源的流行方法是在发酵罐中发酵食物废物以产生生物气。由于食物如水果或蔬菜结合来自大气的CO2，因此在该食物的发酵过程中产生的生物气和其含有的甲烷是气候中性的。
[0003]除了甲烷之外，生物气通常还含有各种杂质，在一些情况下含有可观量的CO2。由于CO2是不可燃烧的，其在生物气中的存在阻碍了甲烷的有效燃烧并降低了生物气的能量密度。为此，通过发酵产生的生物气通常被纯化以增加甲烷含量。纯化后获得的富含甲烷的产物气体(通常也称为生物甲烷)可以直接用于能量产生的目的，进料至供气网中或为了中间储存或运输而液化。
[0004]为了液化，产物气体通常被相当大地冷却。在此过程中，包含在产物气体中的杂质，特别是CO2，具有不利影响：如果在产物气体中存在显著的CO2浓度，则其在液化所需的冷却过程中冻结并可能堵塞例如液化装置的阀。就此而言，产物气体中最低可能的CO2浓度不仅在其作为能量载体的用途方面是期望的，而且在其用于储存或运输的液化方面也是期望的。已经表明，在液化的情况下，产物气体中的CO2浓度低于215ppm是理想的。然而，这种低CO2浓度仅可通过使用时间和成本密集的纯化工艺利用已知方法(如果有的话)实现。
[0005]已知用于从生物气中去除或减少CO2的各种分离方法和分离装置，例如胺洗涤、变压吸附(“PSA”)、变压变温吸附(“PTSA”)或膜。这些方法中的许多方法的缺点在于：所涉及的分离装置(膜、吸附器、过滤器)需要复杂的复原/再生或更换，因为它们的分离性能在没有再生的情况下逐渐降低。此外，通常需要多级方法(即串联布置的分离装置或串联的分离步骤)以实现产物气体中CO2的显著减少。每个分离步骤通常涉及额外的成本和产物气体的损失(所谓的“甲烷逸出(methane slip)”)。这些问题仍然存在于目前的方法中。
[0006]US 2019/0001263A1描述了例如用于生产生物甲烷的方法，其中在第一步骤中压缩待纯化的气体混合物并且在第二步骤中使用PSA从气体混合物中去除气态杂质(挥发性有机化合物(VOC))。然后，在第三步骤中，从气体混合物中分离一部分CO2和氧气。在第四步骤中使用PTSA进行另一部分CO2减少，而在第五步骤中通过低温分离去除残余的氧和氮。在该复杂过程结束时，获得富含甲烷的纯化产物气体，即生物甲烷。PTSA的再生以已知的方式通过使含甲烷的再生气体通过PTSA来实现，该再生气体随后被供应到下游回收装置用于甲烷回收。尽管纯化步骤复杂且成本密集，但使用该方法实现的CO2减少在产物气体的有效液化方面是不足的。另一个缺点是气体混合物中存在的一部分生物甲烷在各种处理步骤的过程中损失(甲烷逸出)，因此就最高可能的生物甲烷产率而言降低了方法的效率。
[0007]WO2016/126159A2公开了一种用于处理甲烷含量为至少50体积％的含甲烷的气体的系统，该系统包括压缩单元和具有膜分离器的预处理单元，以将CO2含量降至低于2体积％并将甲烷含量提高至高于85体积％。该系统还包括液化单元和倾析装置，该倾析装置包括在其中产生闪蒸气体的容器。
[0008]US 5062270公开了一种用于启动包括受控冻结区的蒸馏塔的方法，在该方法中产生具有60
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85％的优选CO2含量的富含CO2的气体流。
[0009]现有技术中的方法的缺点在于，如果不同样损失相当一部分的甲烷，则含甲烷的气体的CO2含量便不能足够地降低。
[0010]因此，本专利技术的目的是消除现有技术的上述缺点，并提供一种从含甲烷的气体混合物中去除CO2的改进的方法，该方法允许有效且高效地降低CO2含量，同时使甲烷逸出最小化。
[0011]根据本专利技术，该目的通过权利要求1所述的方法和权利要求17所述的装置来实现。本专利技术的优选实施方法在从属权利要求中阐述。
[0012]在本专利技术的方法中，在第一步骤中提供至少含有CO2作为杂质的含甲烷的气体(步骤a)。
[0013]在第二步骤中，通过冻结将CO2与气体分离(步骤b)。为此，将含甲烷的气体在大气压下冷却，优选冷却到
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78.5℃或低于
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78.5℃。
[0014]在第三步骤中，含甲烷的气体的CO2浓度随后在变压变温吸附(PTSA)装置中进一步降低以获得富含甲烷的产物气体(步骤c)。
[0015]在第四步骤中，至少一部分产物气体随后作为处理气体通过PTSA以用于PTSA的处理/再生，由此CO2被处理气体吸收并与后者一起从PTSA中去除(步骤d)。
[0016]在第五步骤中，在PTSA的处理过程中承载CO2的处理气体与来自第一步骤a)的含甲烷的气体混合(步骤e)。
[0017]在本专利技术的上下文中，含甲烷的气体被定义为包含甲烷作为成分的气体。含甲烷的气体不仅包括甲烷，还包括CO2，并且通常还包括其它化合物，特别是杂质，例如“挥发性有机化合物”(VOC)。
[0018]在本专利技术的上下文中，富含甲烷的产物气体定义为相对于最初提供的含甲烷的气体甲烷浓度更高且CO2浓度更低的气体。
[0019]在本专利技术的上下文中，处理气体定义为从产物气体或从基于产物气体的气体中分离并通过PTSA以处理PTSA的气体。处理气体可以在通过PTSA之前在其温度和/或其压力方面进行改变，特别是可以首先进行加热和/或减压。
[0020]在本专利技术的上下文中，冻结应理解为意指其中气体的温度被冷却到低于CO2的压力依赖性升华点的过程。在大气压下，此为
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78.5℃。
[0021]已出乎意料地发现，使用产物气体作为用于处理PTSA的处理气体使得可以产生PTSA的能量消耗。可以特别地避免使用外部气体来处理PTSA的需要。
[0022]还出乎意料地发现，处理气体的再循环及其与最初提供的含甲烷的气体的混合使得可以提高该方法的效率，因为冻结步骤允许从气体中可靠且有效地分离大部分CO2。冻结期间的甲烷逸出同时非常低。在冻结步骤b)之前将承载CO2的再生气体再循环到步骤a)中提供的含甲烷的气体中减轻了步骤c)中的PTSA。这总共允许减少步骤c)中的分离步骤的数目并且最小化该方法的甲烷逸出。
[0023]因此，本专利技术的方法具有优于现有技术的优点，即上游冻结步骤与处理气体的使用(用于处理PTSA)和再循环(在PTSA的处理之后)的结合允许后者以显著更成本有效、能量有效和环境友好的方式操作。
[0024]最初在步骤a)中提供的含甲烷的气体在一些情况下可以通过发酵产生，例如在生物气厂中，并且优选包含生物气、填埋气和/或来自有机材料热解的气体。气体可以更优选
是非发酵来源的，例如以天然气、矿井气或煤层气的形式。含甲烷的气体也可以由上游气体处理装置提供。
[0025]如上所述，含甲烷的气体的CO2比例的降低和甲烷比例的伴随增加提供了富含甲烷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从含甲烷的气体中去除CO2的方法，其包括以下步骤：a)提供至少含有CO2作为杂质的含甲烷的气体(103)；b)冷却所述含甲烷的气体(103)，以便通过冻结而从来自步骤a)的所述含甲烷的气体(103)中去除CO2；c)使用变压变温吸附装置(PTSA)(111)进一步降低来自步骤b)的所述含甲烷的气体(103)的CO2浓度，以获得富含甲烷的产物气体(117)；d)使用来自步骤c)的所述产物气体(117)的至少一部分(127)作为处理气体(129)，所述处理气体(129)通过所述PTSA(111)以处理所述PTSA(111)，由此CO2被所述处理气体(129)吸收并作为富含CO2的处理气体(133)从所述PTSA(111)中去除；并且e)将已经通过PTSA(111)的所述富含CO2的处理气体(133)再循环，并将其与步骤a)中的所述含甲烷的气体(103)混合。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤d)之前，通过冷却将所述产物气体(117)完全或至少部分液化以获得液化产物气体(125)。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，为了实现至少部分液化，将所述产物气体(117)冷却到
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140℃至
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100℃，优选
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130℃至
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110℃，特别优选
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125℃至
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115℃。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，使所述液化产物气体(125)减压，优选减压到约1巴，以获得闪蒸气体(127)和减压的液化产物气体(126)，其中所述闪蒸气体(127)作为处理气体(129)通过PTSA(111)。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，所述含甲烷的气体(103)的CO2浓度降至低于6000ppm。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，所述产物气体(117)的CO2浓度降至低于5200ppm，优选低于830ppm，更优选低于215ppm，特别优选低于100ppm，非常特别优选低于50ppm。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理气体(129)被减压并且优选被加热，然后其作为减压的和任选加热的处理气体(131)在步骤d)中通过所述PTSA(111)。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤d)中通过PTSA (111)之后并且在步骤e)中再循环并与所述含甲烷的气体(103)混合之前，将减压和任选加热的处理气体(131)压缩至所述含甲烷的气体(103)的压力。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)中被供应至所述PTSA(111)之前...

【专利技术属性】
技术研发人员：U，
申请(专利权)人：日立造船爱诺瓦公司，
类型：发明
国别省市：