从含CH4的气态进料物流中分离污染物或污染物混合物的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于从含CH4的气态进料物流中分离污染物或污染物混合物的方法，该方法包括如下步骤：a)使包含污染物或污染物混合物的含CH4的气态进料物流流入和流过冷多孔体，该多孔体的温度低于污染物或污染物混合物的凝华温度，和在高压下将含CH4的气态进料物流与冷多孔体的表面接触以获得包含固体污染物或污染物混合物的多孔体和贫含污染物的产品气体；和b)降低压力以获得流体污染物或污染物混合物和冷多孔体；c)去除流体污染物或污染物混合物；其中污染物选自CO2、硫化氢、硫醇、硅氧烷和羰基硫或它们的混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供了一种从含CH4的气态进料物流中分离污染物或污染物混合物的方法。
技术介绍
填埋场的有机废料厌氧分解而形成填埋垃圾废气(LFG)。LFG主要由CH4和CO2构成，二者均被称为温室气体。避免排放的最廉价方法是收集LFG并将它送至火炬。然而由于CH4是有价值的组分，因而LFG具有用作可再生能源的潜质。为将LFG转化为商业等级的CH4,需要几个分离和 纯化步骤，例如去除污染物C02、H2O和有时的H2S。在生物气体处理领域，正在应用或研究几种分离技术，如吸附、膜和低温法。每种技术都有其优势和不足。一种应用特别广泛的分离技术是吸附。通过吸附从气体混合物中分离例如CO2是基于吸附剂表面平衡容量的差异(例如沸石13X)，或者基于摄入率的差异(例如碳分子筛3K)。吸附过程通常包括三个填料床，它们在不同的循环例如吸附、排空、再加压和产品冲洗步骤中进行操作。在Grande和Rodrigues的文章(Grande C.A., RodriguesA.E., (2007), Biogas to Fuel by Vacuum Pressure Swing Adsorption 1.Behavior ofEquilibrium and Kinetic-Based Adsorbents.1nd.Eng.Chem.Res., 46, 4595-4605)中，描述了使用两种不同的吸附剂(即碳分子筛3K和沸石13X)的真空变压吸附方法分离CH4与C02。该过程的不足之处是得到的CH4纯度相对低和能耗高。另外,在Grande和Rodrigues的方法中，假定水和其它污染物已被预先去除，原因是这些污染物会干扰CO2的吸附。其它方法利用CO2的三相点(约为5.2bara和-56.7V )和如下事实:液体CO2仅存在于CO2三相点以上的一定温度和压力下。US7, 073，348中公开了一种在大气压下从烟道气中捕集CO2的方法，该方法通过将烟道气与换热器的外表面接触，同时在内部蒸发冷冻剂流体。固体CO2沉积在换热器的外表面上。一定操作时间后，换热器外部上的烟道气流和换热器内部的冷冻剂流体分别转换到第二并联换热器。在5.2巴的压力下将沉积在第一换热器外表面上的固体CO2由-78.5°C再加热至-56.5°C和以液相的形式回收C02。换热器价格昂贵而且可用于换热和固体CO2沉积的面积有限。由于冷冻剂连续向蒸发器表面供冷，所以大部分CO2将沉积在蒸发器的上游侧，导致固体CO2分布不均匀。而且，由于固体CO2层的积累，蒸发器的压降在操作过程中显著增大。另外，随着沉积的固体CO2层厚度的增大，传热阻力增大，导致冷冻剂使用效率低下。因此，必须在短的沉积/移除周期内操作昂贵和相对敏感的蒸发器装置，因而使蒸发器装置暴露于温度的快速变化，从机械的观点来看这是不利的。US4，265，088公开了一种使用两个或更多个填料塔处理热的废气的方法。在US4, 265，088的方法中，将热的废气引入填料塔，该废气被冷却至低于CO2凝华温度的温度。CO2凝华，因此从废气中将其捕集。随后，通过向填料塔施加真空使固体CO2蒸发，从而从填料塔中去除凝华的固体co2。然而，该方法只能用于处理包含低浓度CO2的废气。当废气包含高浓度CO2时，使用真空变得不切实际。替代地，US4, 265，088公开了使用经处理的废气从填料塔中去除固体C02。但其不足之处是在至少部分经处理的废气中再次引入C02。在W02009047341中，描述了一种基于三个并联填料床的动态操作从烟道气中分离CO2的方法，该方法以冷却、捕集和回收循环进行。在W02009047341的方法中，将烟道气与冷的颗粒固定床接触，其中CO2作为固体在冷的颗粒上凝华。随后，将其上具有固体CO2的颗粒与温暖气体接触以加热颗粒和蒸发二氧化碳。最后，将经加热的颗粒再次冷却。W02009047341的方法集中于回收纯CO2,因此用来加热其上具有固体CO2的颗粒的温暖气体本身即是基本上纯的co2。这使得需要在各自在单独的固定床中进行的三个单独的循环步骤中操作该方法，其中在中间步骤中，将固体CO2暴露于凝华温度以上的温度以去除填料床CO2，因此提高了填料床的温度，而在后一步骤中需要将经加热的固定床冷却回低于CO2凝华温度的温度。本领域需要纯化含CH4气体如填埋垃圾废气的方法，该方法要更简单、更低能量密集度和允许生成高纯度的CH4。
技术实现思路
已经发现，可以通过去除至少CO2来纯化含CH4的气体如填埋垃圾废气，而没有本文上面提到的不足。类似地，可去除污染物如硫化氢(H2S)、硫醇(或硫醇RSH)、硅氧烷和羰基硫(COS)纯化含CH4的气体。 因此，本专利技术提供了一种用于从含CH4的气态进料物流中分离污染物或污染物混合物的方法，该方法包括如下步骤:a)使包含污染物或污染物混合物的含CH4的气态进料物流流入和流过冷多孔体，该多孔体的温度低于污染物或污染物混合物的凝华温度，和在高压下将含CH4的气态进料物流与冷多孔体的表面接触以获得包含固体污染物或污染物混合物的多孔体和贫含污染物的产品气体；和b)降低压力以获得流体污染物或污染物混合物和冷多孔体，c)去除流体污染物或污染物混合物，其中污染物选自CO2、硫化氢、硫醇、硅氧烷和羰基硫或它们的混合物。特别地，本专利技术提供了一种用于从含CH4的气态进料物流中分离CO2的方法，该方法包括如下步骤:a)使包含CO2的含CH4的气态进料物流流入和流过冷多孔体，该多孔体的温度低于CO2的凝华温度，和在至少4巴的绝对压力下将含CH4的气态进料物流与冷多孔体的表面接触以获得包含固体CO2的多孔体和贫含CO2的产品气体；和b)将压力降低至少2巴以获得流体CO2和冷多孔体，c)去除流体C02。本专利技术的方法利用预先冷却的具有表面的多孔体来沉积C02。该多孔体可以仅储存有限的冷量，因此可沉积的CO2的量也有限。作为结果，不会发生CO2沉积的大量积累，因此最大程度地避免了分离器产生压降。通过使用多孔体，可获得单位体积大的比表面积用于热交换和CO2沉积。这会提高方法的效率。通过在步骤(b)中允许压力降低至少2巴，固体CO2蒸发，而同时多孔体冷却。这显著地减少了将多孔体冷却回到低于CO2凝华温度的温度所需的能量，因此多孔体可在步骤(a)中重复使用。该方法可以使用相对简单的过程装置操作，与现有技术方法中使用的昂贵蒸发器相比限制了基建费用。另外，该方法可仅使用两个单独的并联固定床操作。附图说明图1提供了用于捕集CO2的系统的示意图。图2提供了用于捕集CO2的系统的另一示意图。图3提供了 CO2沉积过程中填料床中温度曲线的图示。图4提供了 CO2沉积过程中填料床中质量沉积曲线的图示。图5提供了从填料床中去除CO2过程中填料床中温度曲线的图示。图6提供了从填料床中去除CO2过程中填料床中质量沉积曲线的图示。 图7提供了当将CH4/H2S/C02混合物进料至初始冷冻床时140秒后模拟的(a)轴向温度和(b)质量沉积曲线的图示。图8提供了 CO2和H2S的饱和蒸汽压作为温度函数的图示。具体实施例方式本专利技术涉及冷多孔体在例如从含CH4的气态进料物流中分离CO2中的用途。将冷多孔体与含CH4的气态进料物流接触，由此冷多孔体用作中间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·文森特安那兰德，M·J·图伊尼尔，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：
国别省市：