[发明专利]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

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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：

-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；