CN111050880A - 使用吸收系统和热泵生产生物甲烷的方法 - Google Patents
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Abstract
披露了一种用于使用吸收系统和热泵系统从沼气(2)生产生物甲烷(1)的方法,所述方法包括以下系列步骤:a)通过使所述吸收剂溶液(5)与在所述制冷剂(6)的热力学循环的低压下的所述制冷剂接触来将所述吸收剂溶液冷却至低于45℃的温度,所述制冷剂汽化,b)将在0℃与50℃之间的温度以及0与15巴绝对压力之间的压力下的沼气和在步骤a)中冷却的所述吸收剂溶液(5)引入所述吸收器(3)中,c)在所述吸收器的顶部回收生物甲烷(1),并且在所述吸收器(3)的底部回收至少富含CO2的吸收剂溶液(5),d)将所述制冷剂(6)在其热力学循环的高压下进行压缩,e)通过使在步骤c)中回收的所述富含CO2的吸收剂溶液(5)与来自步骤d)的所述制冷剂(6)接触来将所述吸收剂溶液加热至高于50℃的温度,所述制冷剂冷凝,f)将所述富含CO2的吸收剂溶液(5)在所述解吸器(4)中解吸,g)在所述解吸器(4)的底部回收再生的吸收剂溶液(7),使得其可以在步骤a)中再次使用,以及h)使所述制冷剂(6)在其热力学循环的低压下膨胀,使得其可以在步骤a)中再次使用。
Description
本发明涉及一种用于采用利用胺进行洗涤操作的吸收系统和热泵系统从沼气生产生物甲烷的方法。
沼气是有机物质在不存在氧气的情况下分解(厌氧发酵)(也被称为甲烷化)期间产生的气体。这可以是天然分解-因此其在沼泽地或家庭废物填埋场观察到-但沼气的产生还可以由废物在专用的反应器(称为甲烷化器或消化器)中的甲烷化产生。
由于其主要成分-甲烷和二氧化碳-沼气是强有力的温室气体;同时,在越来越缺乏化石燃料的背景下沼气也构成了相当可观的可再生能源的来源。
沼气主要含有比例可以根据其获得方式而变化的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2),但是还含有较小比例的水、氮气、硫化氢、氧气和痕量形式的其他有机化合物。
取决于已经分解的有机物质和所使用的技术,组分的比例不同,但是平均来说,沼气基于干气体包含从30%至75%的甲烷、从15%至60%的CO2、从0%至15%的氮气、从0至5%的氧气以及痕量的化合物。
沼气以各种方式被经济地利用。沼气可以在温和的处理之后在生产场所附近被经济地利用以便供应热量、电力或两者的混合物(共同产生);高二氧化碳含量降低了其热值,增加了压缩和运输成本,并且将经济地利用其的经济优势限制在该附近的用途。
沼气的更强力的纯化允许其被更广泛地利用;特别地,沼气的强力纯化使得能够获得已经被纯化至天然气规格并且可以替代后者的沼气;如此纯化的沼气被称为“生物甲烷”。因此,生物甲烷向天然气资源补充了在领域内生产的可再生部分;它可以用于与化石来源的天然气完全相同的用途。它可以进料天然气网络或车辆加油站;它还可以被液化以便以液化天然气(LNG)等形式储存。
经济地利用生物甲烷的方式是根据局部环境确定的:局部能量需求,经济地利用生物甲烷作为生物甲烷燃料的可能性,特别是靠近天然气分配或运输网络存在。通过产生在给定领域操作的各方(农民、制造商、政府当局)之间的协同作用,生物甲烷的生产帮助这些领域获取更大的能量自主性。
在收集沼气与获得生物甲烷(能够被压缩或液化的最终产物)之间需要完成几个阶段。
特别地,几个阶段在旨在分离二氧化碳以生产纯化的甲烷流的处理之前是必要的。第一阶段包括将已经生产并且在大气压力下运输的沼气压缩;该压缩可以使用润滑的螺杆压缩机常规地获得。之后的阶段旨在使沼气不含腐蚀性组分(这些组分是硫化氢和挥发性有机化合物(VOC));使用的技术常规地为变压吸附(PSA)和活性炭捕获。接下来的阶段包括分离二氧化碳,以便最终具有可用的其后续用途所需纯度的甲烷。
然而,迄今为止,不存在使得能够以高产率(>99.5%)、高纯度(CO2<0.5%)和减少的能量消耗生产生物甲醇的方法。
由这开始,提出的问题是提供一种用于生产生物甲烷的改进的方法。
本发明的解决方案是一种用于采用吸收系统和热泵系统从沼气2生产生物甲烷1的方法,所述吸收系统特别地具有可用的吸收器3、解吸器4和吸收剂溶液5,所述热泵系统特别地具有可用的遵循热力学循环的制冷剂6,所述方法包括以下连续阶段:
a)通过使所述吸收剂溶液5与在所述制冷剂6的热力学循环的低压下的所述制冷剂接触来将所述吸收剂溶液冷却至小于45℃的温度,所述制冷剂汽化,
b)将在0℃与50℃之间的温度以及0与15巴绝对压力之间的压力下的所述沼气和在阶段a)中冷却的所述吸收剂溶液5引入所述吸收器3中,
c)在所述吸收器的顶部回收生物甲烷1,并且在所述吸收器3的底部回收至少富含CO2的吸收剂溶液5,
d)将所述制冷剂6在其热力学循环的高压下进行压缩,
e)通过使在阶段c)中回收的所述富含CO2的吸收剂溶液5与从阶段d)得到的所述制冷剂6接触来将所述吸收剂溶液重新加热至大于50℃的温度,所述制冷剂冷凝,
f)将所述富含CO2的吸收剂溶液5在所述解吸器4中解吸,
g)在所述解吸器4的底部回收再生的吸收剂溶液7,以使其能够在阶段a)中再次使用,
h)使所述制冷剂6在其热力学循环的低压下膨胀,以使其能够在阶段a)中再次使用。
根据本发明的方法是与热泵结合的吸收方法(使用胺或胺类的混合物或包括热敏性共聚物的氨基聚合物)。这使得能够将解吸器和吸收器热连接。这是因为制冷剂遵循的热力学循环使得能够将热量从吸收器转移至解吸器,并且因此大大减少了所述方法的能量消耗。在热力学循环期间,制冷剂经历4次转变:
-蒸发,
-压缩,
-冷凝,
-膨胀。
为了将CO2从沼气中去除,必须使后者与胺类型的吸收剂溶液接触。胺溶液是吸引并吸收CO2的碱性溶液。在吸收剂溶液(弱碱)与CO2(弱酸)之间存在化学反应。该化学反应必须在低温下发生。出于这个原因,吸收剂溶液是通过制冷剂冷却的。在使其与制冷剂接触的操作期间,制冷剂捕获了吸收剂溶液的热量;吸收剂溶液因此被冷却。该反应发生在吸收器中。存在于塔顶处的气体含有小于0.5%的CO2。然而,这些浓度尤其取决于使用的吸收剂溶液的类型。存在于塔底处的吸收剂具有吸收的CO2。富含CO2的吸收剂必须被再生,以便能够被再次使用。
再生包括将吸收的CO2解吸。所述操作在被称为“解吸器”的塔中进行。解吸要求热量的贡献。该热量的贡献是通过制冷剂从气态改变为液态贡献的。在解吸阶段期间,水性吸收剂溶液的水的一部分可以在CO2流中蒸发。因此,有必要补充水以补偿该损失。
取决于使用的吸收剂溶液,可以在解吸器的上游10(图1)或解吸器的罐11(再沸器,图2)中贡献热量。
视情况而定,根据本发明的方法可以展现出以下特征中的一个或多个:
-在阶段g)中,在解吸器的顶部回收CO2流8;
-在阶段c)中,在吸收器的底部回收富含CO2和H2S的吸收剂溶液12;
-在阶段e)中,在重新加热所述吸收剂溶液期间,所述吸收剂溶液中含有的水的一部分蒸发并且该水损失通过补充水来补偿;
-重新加热所述吸收剂溶液的阶段e)是在所述解吸器的上游10或在所述解吸器11中进行的;
-所述沼气包含硫化氢,并且所述方法在阶段a)之前包括将包含在所述沼气中的硫化氢去除的阶段;
-所述制冷剂是异丁烷;
-在阶段h)中,所述制冷剂的膨胀是通过阀门9进行的;
-所述吸收剂溶液是基于胺、胺类的混合物、氨基聚合物;
-所述胺的溶液选自乙醇胺(MEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、活化的甲基二乙醇胺(aMDEA)、二乙醇胺(DEA)或哌嗪(Pz)。
Claims (9)
1.一种用于采用吸收系统和热泵系统从沼气(2)生产生物甲烷(1)的方法,所述吸收系统特别地具有可用的吸收器(3)、解吸器(4)和吸收剂溶液(5),所述热泵系统特别地具有可用的遵循热力学循环的制冷剂(6),所述方法包括以下连续阶段:
a)通过使所述吸收剂溶液(5)与在所述制冷剂(6)的热力学循环的低压下的所述制冷剂接触来将所述吸收剂溶液冷却至小于45℃的温度,所述制冷剂汽化,
b)将在0℃与50℃之间的温度以及0与15巴绝对压力之间的压力下的所述沼气和在阶段a)中冷却的所述吸收剂溶液(5)引入所述吸收器(3)中,
c)在所述吸收器的顶部回收生物甲烷(1),并且在所述吸收器(3)的底部回收至少富含CO2的吸收剂溶液(5),
d)将所述制冷剂(6)在其热力学循环的高压下进行压缩,
e)通过使在阶段c)中回收的所述富含CO2的吸收剂溶液(5)与从阶段d)得到的所述制冷剂(6)接触来将所述吸收剂溶液重新加热至大于50℃的温度,所述制冷剂冷凝,
f)将所述富含CO2的吸收剂溶液(5)在所述解吸器(4)中解吸,
g)在所述解吸器(4)的底部回收再生的吸收剂溶液(7),以使其能够在阶段a)中再次使用,
h)使所述制冷剂(6)在其热力学循环的低压下膨胀,以使其能够在阶段a)中再次使用。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在阶段g)中,在所述解吸器的顶部回收CO2流(8)。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在阶段c)中,在所述吸收器的底部回收富含CO2和H2S的吸收剂溶液(12)。
4.如权利要求1至3之一所述的方法,其特征在于,在阶段e)中,在重新加热所述吸收剂溶液期间,所述吸收剂溶液中含有的水的一部分蒸发并且该水损失通过补充水来补偿。
5.如权利要求1至4之一所述的方法,其特征在于,重新加热所述吸收剂溶液的阶段e)是在所述解吸器的上游(10)或在所述解吸器(11)中进行的。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述沼气包含硫化氢,并且所述方法在阶段a)之前包括将包含在所述沼气中的所述硫化氢去除的阶段。
7.如权利要求1至6之一所述的方法,其特征在于,所述制冷剂是异丁烷。
8.如权利要求1至7之一所述的方法,其特征在于,在阶段h)中,所述制冷剂的膨胀是通过阀门(9)进行的。
9.如权利要求1至8之一所述的方法,其特征在于,所述胺的溶液选自乙醇胺(MEA)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、活化的甲基二乙醇胺(aMDEA)、二乙醇胺(DEA)或哌嗪(Pz)。
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