RU2715636C1 - Способ криогенного разделения сырьевого потока, содержащего метан и газы воздуха, устройство для производства биометана путем очистки биогазов, полученных из хранилищ безопасных отходов (nhwsf), обеспечивающее осуществление способа - Google Patents

Способ криогенного разделения сырьевого потока, содержащего метан и газы воздуха, устройство для производства биометана путем очистки биогазов, полученных из хранилищ безопасных отходов (nhwsf), обеспечивающее осуществление способа Download PDF

Info

Publication number
RU2715636C1
RU2715636C1 RU2018140911A RU2018140911A RU2715636C1 RU 2715636 C1 RU2715636 C1 RU 2715636C1 RU 2018140911 A RU2018140911 A RU 2018140911A RU 2018140911 A RU2018140911 A RU 2018140911A RU 2715636 C1 RU2715636 C1 RU 2715636C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stream
methane
adsorption
column
distillation column
Prior art date
Application number
RU2018140911A
Other languages
English (en)
Inventor
Гвенаэль ПРЭНС
Николя ПАЖЕ
Жан-Ив ЛЕМАН
Original Assignee
Вага Энерджи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Вага Энерджи filed Critical Вага Энерджи
Application granted granted Critical
Publication of RU2715636C1 publication Critical patent/RU2715636C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/38—Processes or apparatus using separation by rectification using pre-separation or distributed distillation before a main column system, e.g. in a at least a double column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/66—Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/04—Mixing or blending of fluids with the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/50—Oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/60—Natural gas or synthetic natural gas [SNG]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/66—Landfill or fermentation off-gas, e.g. "Bio-gas"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/60—Methane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/40—Separating high boiling, i.e. less volatile components from air, e.g. CO2, hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/62—Separating low boiling components, e.g. He, H2, N2, Air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/66—Separating acid gases, e.g. CO2, SO2, H2S or RSH
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2280/00—Control of the process or apparatus
    • F25J2280/02—Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/90—Details about safety operation of the installation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Предложен способ криогенного разделения сырьевого потока, содержащего метан и газы воздуха, содержащие азот и кислород. Сырьевой поток (1) охлаждают (4) с получением охлажденного потока (7), который является по меньшей мере частично конденсированным. По меньшей мере часть потока (7) направляют на один уровень дистилляционной колонны (18). Поток (20) нижней части, обогащенный метаном, удаляют из дистилляционной колонны (18). Поток, обогащенный кислородом и азотом (23), удаляют из дистилляционной колонны (18). Поток (7) подвергают декомпрессии (8). Разбавляющий поток (17) получают посредством разделения в сепараторе с закругленным дном газовой фракции, получаемой на выходе этапа декомпрессии потока (7), и добавляют в дистилляционную колонну (18) ниже уровня, на котором добавляют охлажденный поток. Предложено также устройство для производства биометана путем очистки биогазов, получаемых из хранилищ безопасных отходов, обеспечивающее осуществление способа. Техническим результатом является повышение безопасности и сокращение затрат. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для криогенного разделения потока, содержащего метан, диоксид углерода, азот и/или кислород и, в общем случае, газы воздуха, для производства обогащенного метаном потока.
Способ согласно настоящему изобретению имеет особенно преимущественное применение в связи с производством биометана посредством очистки биогаза из хранилищ безопасных отходов (nonhazardous waste storage facilities, NHWSF).
Биогаз представляет собой газ, получаемый путем биологического процесса разложения органического вещества в анаэробной среде, который в основном состоит из метана, диоксида углерода, водяного пара и примесей в переменных количествах, зависящих от органического вещества, из которого был получен биогаз. Обнаруживаемыми примесями являются, главным образом, сероводород и, если органическое вещество происходит из отходов домашних хозяйств или промышленности, летучие органические соединения (volatile organic compounds, VOC).
Биогаз можно производить в специализированных реакторах (также называемых «автоклавами»), где биологическая реакция действует в идеально анаэробной среде и при регулируемой температуре. Также он может в значительных количествах вырабатываться естественным образом в хранилищах безопасных отходов (NHWSF), в которых отходы домашних хозяйств хранятся в емкостях, накрываемых мембраной после их заполнения. После закрытия емкости может начинаться процесс выработки метана из органического вещества. Произведенный таким образом биогаз затем собирают в накопителе путем отсасывания через сборные трубки, вводимые в емкости, из-за чего в указанных емкостях создается несколько пониженное давление. Поскольку они изолированы не идеально, воздух всасывается и с переменной долей находится в биогазе. Поэтому для данного источника газа к ранее упомянутым примесям добавляются газы воздуха, которые необходимо удалить для извлечения биогаза.
Также имеются источники газа, содержащего метан, диоксид углерода, примеси и газы воздуха в переменной концентрации, такие как газ из шахт, образующийся при дегазации угольных пластов в заброшенных шахтах и смешивании с воздухом, присутствующим в шахтных выработках. С целью извлечения этого газа для вышеупомянутых применений необходимо устранить содержащиеся в нем примеси.
Более конкретно, для получения обогащенного метаном потока необходимо удалить содержащие диоксид углерода, азот и кислород примеси до такого уровня, чтобы обогащенный метаном поток, произведенный таким образом, можно было использовать в качестве природного газа, сжиженного природного газа или моторного топлива. В зависимости от указанных применений требуемый уровень примесей может изменяться. Таким же образом типичной целью для данных примесей в обогащенном метаном потоке является: менее 2 мол. % диоксида углерода, менее 1 % кислорода и менее 1 % азота. Если обогащенный метаном поток больше не содержит диоксид углерода, требуемый уровень примесей составляет: менее 2,5 мол. % азота и менее 1 % кислорода.
В дальнейшем в данной заявке составы выражены в молярных процентах.
В случае биогаза, производимого посредством NHWSF, требуется первичная обработка для удаления большей части диоксида углерода и примесей. Для этого существует множество способов, таких как использование газопроницаемых мембран в сочетании с обработкой примесей путем адсорбции (документ US-2004-0103782), использование процессов адсорбции при переменном давлении, использование промывных колонн с водой или аминами и использование процессов криоулавливания. При помощи данных процессов можно отделить примеси биогаза и большую часть диоксида углерода, однако нельзя отделить от обогащенного метаном газового потока газы воздуха. Поэтому требуется дополнительный этап обработки.
Этот дополнительный этап обработки может состоять в адсорбции при переменном давлении с использованием специальных адсорбентов, селективных по отношению к азоту и кислороду (документ US 8,221,524). Однако очень низкая концентрация кислорода и азота достигается в данном способе в ущерб скорости извлечения метана, что делает его экономически непривлекательным.
Еще одним решением для удаления газов воздуха из метана является криогенная дистилляция, при помощи которой можно достичь высокой разделительной способности между метаном, извлекаемым в нижней части колонны, с одной стороны, и кислородом и азотом, извлекаемыми на головке колонны, с другой стороны, благодаря разностям летучести этих компонентов.
Однако наличие кислорода, летучесть которого является промежуточной между метаном и азотом, приводит к стремлению этого соединения концентрироваться в зоне дистилляции даже при небольших концентрациях кислорода в загрузке колонны. Увеличение концентрации кислорода в газовой фазе в дополнение к уменьшению концентрации метана в газовой фазе может приводить к газовой смеси, которая, вследствие ее состава, является взрывоопасной.
Известны как принцип дистилляции смеси метана и газов воздуха при криогенных температурах, так и возникновение в колонне потенциально взрывоопасных газовых смесей. Так, в документе DE 981,875 предложено управление дистилляцией таким образом, чтобы газ, выходящий из головки колонны, находился вне верхнего предела взрываемости (upper explosiveness limit, UEL). Однако не упоминается естественная концентрация кислорода в дистилляционной колонне, и поэтому образования взрывоопасной газовой смеси в данном способе избежать нельзя.
В документе FR 1,410,494 определен риск образования этой взрывоопасной смеси и предложены средства, позволяющие избежать воспламенения смеси путем размещения между уровнями дистилляционной колонны металлической пены, с помощью которой рассеивают теплоту реакции окисления метана и таким образом избегают взрыва. Однако предложенные средства не позволяют избежать реакции окисления метана, приводящей к образованию диоксида углерода и воды, которые являются нежелательными соединениями, поскольку они могут блокировать колонну при криогенных температурах.
В документе US 3,989,478 предложено регулирование дистилляции таким образом, чтобы газ, выходящий из головки колонны, содержал по меньшей мере 20% метана, так, чтобы состав газовых фаз в зоне дистилляции не был взрывоопасным. Недостатком такого регулирования является то, что, если газ в головке колонны содержит как 20% метана, так и остальную часть в виде воздуха, то он чрезвычайно близок к взрываемости. Кроме того, значительной является потеря метана в головке. Наконец, не упоминается естественная концентрация кислорода в дистилляционной колонне, и поэтому образования взрывоопасной газовой смеси в данном способе избежать нельзя.
Еще одним решением является разбавление газообразных и/или жидких смесей из дистилляционной колонны так, чтобы указанная концентрация возвращалась к значению, делающему смесь невзрывоопасной в зонах, имеющих обогащенную концентрацию кислорода.
Так, в документе FR 2,971,331 предложено разбавление путем откачивания жидкого метана в нижней части дистилляционной колонны и его повторного введения в головке колонны. Хотя предложенные средства позволяют избежать образования взрывоопасной смеси в колонне, они приводят к увеличению запасов жидкого метана в колонне, а значит и запасенной энергии, что не является желательным с точки зрения безопасности процесса. Кроме того, необходима установка насоса для жидкого метана, который является источником потенциально опасных утечек.
В документе FR 2,971,332 предлагается избегать образования взрывоопасной смеси в колонне путем разбавления азотом, который берут из внешнего источника. Таким образом, необходимым является использование для разбавления текучей среды, азота. Текучая среда имеет цену и поэтому повышает эксплуатационные издержки для данного способа. Следует отметить, что в данном документе метан в газообразном состоянии, вводимый в нижнюю часть колонны, представляет собой горючий поток, поступающий из конденсатора-испарителя. Он используется исключительно в качестве восходящей газовой фазы в связи с дистилляцией сырьевого потока. Без такого потока дистилляция невозможна.
В документе US 2,519,955 описан способ производства смеси метана и кислорода. В отличие от настоящего изобретения, идея заключается не в отделении метана от кислорода для снижения риска взрыва, но в их объединении. По существу способ состоит в декомпрессии потока биологического газа, богатого метаном, но обедненным по кислороду, а затем в извлечении тепла, производимого в обменнике, расположенном в дистилляционной колонне. В обменнике часть сырьевого потока, состоящая из жидкого метана, повторно вводится в нижнюю часть колонны, тогда как другая часть, состоящая из азота, повторно вводится в головку колонны на уровне выше уровня сырьевого потока. Поток азота, таким образом, не используется в качестве разбавляющего потока, но служит для ограничения потерь метана за счет того, что занимает объем головки колонны.
Задача, решение которой предлагает настоящее изобретение, заключается в усовершенствовании способа криогенного разделения смеси, для которого концентрации всегда находятся за пределами зоны взрываемости, и который не обладает вышеописанными недостатками.
Кроме того, для обеспечения возможности выполнения отделения O2 и N2 от CH4 путем криогенной дистилляции, необходимо иметь поток, концентрация CO2 в котором является особо низкой. Общепринятое допустимое значение составляет 50 об.м.д. – объемных миллионных долей – диоксида углерода во избежание образования кристаллов, которые могут забивать криогенные обменники. Аналогично, во избежание замерзания, необходимо устранять воду.
Для решения данной задачи в документе FR 2,917,489 предложено регенерировать адсорбенты, используемые в адсорберах с модуляцией по давлению или температуре, посредством обогащенного метаном газа, собираемого у основания дистилляционной колонны в жидком состоянии и затем испаряемого. Недостатком использования этой текучей среды для регенерации является необходимость регулирования количества диоксида углерода с поддержанием постоянного значения на выпускном канале слоя адсорбента путем смешивания потока на выходе из слоя с потоком, обогащенным метаном. Это регулирование становится необходимым, поскольку обогащенный метаном поток, содержащий небольшое количество диоксида углерода, поступающего из этапа регенерации, как предполагается, должен использоваться в форме биометана. Однако для того чтобы его можно было ввести в распределительную сеть природного газа, он должен строго удовлетворять требованиям оператора сети к качеству.
Поэтому вторая задача, решение которой предложено в настоящем изобретении, заключается в регенерации адсорбентов, используемых в адсорберах с модуляцией по давлению или температуре, из потока, поступающего с этапа криогенного разделения, без получения вышеупомянутых недостатков.
Для решения всех этих задач, Заявитель разработал способ криогенного разделения, в котором поток, разбавляющий O2, состоит по существу из азота и поступает из сырьевого потока, а не из внешнего источника. Это приводит к очевидному сокращению издержек.
Более точно, целью настоящего изобретения является способ криогенного разделения сырьевого потока, содержащего метан и газы воздуха, в котором:
- сырьевой поток охлаждают с получением охлажденного потока;
- по меньшей мере часть охлажденного потока направляют на один уровень дистилляционной колонны;
- поток нижней части удаляют из дистилляционной колонны, при этом поток нижней части обогащен метаном по сравнению с сырьевым потоком;
- поток, обогащенный кислородом и азотом по сравнению с сырьевым потоком, удаляют из дистилляционной колонны;
- по меньшей мере один разбавляющий поток, являющийся негорючим и более летучим, чем кислород (что означает поток, содержащий по существу азот) добавляют в дистилляционную колонну на по меньшей мере один уровень ниже уровня, на котором добавляют охлажденный поток.
Способ характеризуется тем, что разбавляющий поток извлекают из сырьевого потока.
В предпочтительном варианте осуществления:
- охлажденный поток является по меньшей мере частично конденсированным;
- по меньшей мере частично конденсированный охлажденный поток затем подвергают декомпрессии;
- разбавляющий поток получают посредством разделения газовой фракции, получаемой на выходе этапа декомпрессии.
На практике сырьевой поток содержит 60–97% метана, от 3 до 50% азота и кислорода и 3% или менее диоксида углерода.
Заявитель показал, что предварительная декомпрессия сырьевого потока для дистилляционной колонны в сепараторе с закругленным дном и затем впуск полученной таким образом газовой фазы, содержащей по существу азот, в нижнюю часть насадки дистилляционной колонны, что означает выше по потоку относительно газового потока, приведет к достаточному разбавлению газообразного кислорода, концентрации которого, благодаря указанному продувочному потоку, будут достаточно низкими для того, чтобы смесь с метаном не была воспламеняющейся. Жидкую фракцию сырьевого потока, содержащую по существу жидкий метан, в свою очередь, затем впускают в головку колонны для дистилляции.
Благодаря отделению газовой фазы от жидкой фазы сырьевого потока и повторному впуску всей или части этой газовой фазы нет необходимости использовать газообразный азот, поступающий из внешнего источника, в качестве продувочной текучей среды, так что потребление азота сокращается.
Таким же образом, использование газа, поступающего из сырьевого потока для его обработки в качестве разбавляющего потока, независимо от того, поступает он с этапа декомпрессии охлажденного потока или в конце другого этапа его обработки, не исключает его объединения с разбавляющим потоком, поступающим из внешнего источника. Два разбавляющих потока могут быть добавлены в дистилляционную колонну в форме одной единой смеси или по отдельности.
На практике головку колонны необходимо охлаждать для конденсации восходящего богатого азотом газа в указанной головке колонны и, при необходимости, части газа, поступающей из сырьевого потока из сепаратора.
В первом варианте осуществления головку колонны охлаждают путем охлаждения сырьевого потока, поступающего с этапа декомпрессии, посредством его смешивания с охлаждающей текучей средой. Иными словами, поток охлаждающей текучей среды используется в качестве источника холода для конденсации газа в головке колонны и принимает участие в воздействии по разбавлению кислорода в дистилляционной колонне за счет обеспечения конденсации только части газа, поступающего с этапа декомпрессии сырьевого потока, при этом другая часть составляет разбавляющий поток.
Согласно настоящему изобретению сырьевой поток охлаждают либо перед сепаратором путем смешивания указанного потока с охлаждающей текучей средой, либо в сепараторе путем добавления охлаждающей текучей среды непосредственно в сепаратор.
Во втором варианте осуществления головку колонны охлаждают посредством охлаждающей текучей среды, которую добавляют непосредственно в головку колонны.
На практике охлаждающей текучей средой является жидкий азот.
В конкретном варианте осуществления колонна содержит несколько дистилляционных сегментов, и подачу разбавителя вводят между двумя сегментами.
На практике дистилляционные сегменты имеют форму насадки или дистилляционной тарелки. Во всех случаях дистилляционные сегменты расположены таким образом, что жидкая фаза высвобождает свои наиболее летучие соединения в газовую фазу, а газовая фаза высвобождает свои наименее летучие соединения в жидкую фазу.
Как уже указано, способ согласно настоящему изобретению имеет особенно преимущественное применение в связи с производством биометана посредством очистки биогаза из NHWS.
Для обеспечения возможности выполнения отделения O2 и N2 от CH4 путем криогенной дистилляции, необходимо иметь поток, концентрация CO2 в котором является особо низкой. Общепринятое допустимое значение составляет 50 об.м.д. – объемных миллионных долей – диоксида углерода во избежание образования кристаллов, которые могут забивать криогенные обменники. Аналогично, по той же причине должна быть устранена вода.
Иными словами, согласно настоящему изобретению, перед криогенным разделением предоставляют сырьевой поток, который богат метаном, содержит азот и кислород и имеет концентрацию CO2, которая была сокращена ранее.
Для этого концентрацию CO2 уменьшают путем добавления богатого CO2 сырьевого потока в по меньшей мере один блок очистки, предпочтительно путем адсорбции, например адсорбции с модуляцией по давлению (PSA) или температуре (PTSA), который заполнен адсорбентом, выполненным с возможностью обратимой адсорбции большей части CO2.
Очиститель этого типа известен специалистам в данной области техники. На практике для непрерывной работы параллельно используют по меньшей мере два PSA или PTSA, один из которых находится в фазе адсорбции для устранения диоксида углерода, в то время как второй находится в фазе регенерации. Регенерацию осуществляют путем понижения давления и продувки предварительно нагретым газом, поставляющим энергию, необходимую для десорбции.
В первом варианте осуществления адсорбенты, используемые в адсорберах, регенерируют посредством богатого кислородом и азотом газового потока, удаляемого из головки колонны. На практике обедненный по метану поток, удаляемый из головки колонны, содержит от 60 до 100 % азота и кислорода.
Фактически было обнаружено, что газ головки колонны, обедненный по метану, а также содержащий газообразный азот, введенный в колонну, имел скорость потока, которая, по причине введения азота, является достаточной для выполнения цикла нагрева и охлаждения адсорбирующего сита, который необходим для десорбции диоксида углерода, осуществляемой во время периода регенерации. В этом случае для регенерации адсорбентов и, таким образом, для поддержания постоянной концентрации диоксида углерода в слое выходного потока больше не нужно использовать поток метана, отводимый из нижней части колонны. Таким образом, можно отводить обогащенный метаном поток в жидкой форме и использовать его в качестве сжиженного природного газа.
На практике обогащенный метаном поток в нижней части колонны содержит от 95 до 100% метана.
Насыщенный CO2 газ, поступающий с этапа регенерации, можно затем использовать двумя разными способами: насыщенные газы либо направляют в систему для деструкции кислородом, либо, если концентрация метана является достаточной, насыщенные газы направляют в систему сгорания для выработки электроэнергии (микротурбину или двигатель комбинированного производства энергии).
Во втором варианте осуществления адсорбенты, используемые в адсорберах, регенерируют посредством богатого метаном газа, удаляемого из нижней части колонны.
Еще одним объектом настоящего изобретения является устройство для производства биометана путем очистки биогаза из хранилищ безопасных отходов (NHWSF), обеспечивающее осуществление вышеописанного способа и последовательно содержащее:
- блок очистки от диоксида углерода путем адсорбции, выполненный с возможностью обеспечения обеднения сырьевого потока по диоксиду углерода;
- теплообменник, выполненный с возможностью охлаждения обедненного по CO2 потока;
- конденсатор-испаритель, выполненный с возможностью конденсации обедненного по CO2 потока путем теплообмена с жидкостью, удаляемой из нижней части колонны;
- средство для декомпрессии конденсированного потока;
- сепаратор с закругленным дном для жидкой и газовой фаз из конденсированного потока;
- дистилляционную колонну;
- трубопровод, выполненный с возможностью переноса жидкой фазы из сепаратора с закругленным дном на один уровень дистилляционной колонны;
- трубопровод, выполненный с возможностью переноса газовой фазы (разбавляющего потока) из сепаратора с закругленным дном в колонну на по меньшей мере один уровень ниже уровня, на котором добавляется жидкая фаза;
- средство, соединенное с источником охлаждающей текучей среды, для направления потока жидкого азота в место смешивания с сырьевым потоком или непосредственно в сепаратор с закругленным дном.
Устройство согласно настоящему изобретению дополнительно содержит:
- средство для отведения обогащенного метаном жидкого потока из нижней части колонны для его направления в конденсатор-испаритель и получения обогащенного метаном газового потока;
- средство для возврата обогащенного метаном газового потока в нижнюю часть колонны;
- средство для сбора обедненного по метану газового потока из головки колонны и его направления в теплообменник;
- средство для сбора обогащенного метаном газового потока из нижней части колонны и его направления в теплообменник;
- средство для сбора обедненного по метану потока, повторно нагретого в обменнике, или обогащенного метаном потока, повторно нагретого в обменнике, в блок очистки.
Настоящее изобретение и вытекающие из него преимущества станут ясны из нижеследующих примеров, подкрепленных приложенными фигурами.
На фиг. 1 приведена диаграмма взрываемости смеси метана, кислорода и азота.
На фиг. 2–4 приведены схемы блока криогенного разделения, встроенного в устройство (показано частично) для производства биометана путем очистки биогаза, поступающего из хранилища безопасных отходов (NHWS). Эти графические материалы отличаются завершающим использованием потоков после криогенного разделения.
Диаграмма взрываемости для смеси метана, кислорода и азота приведена на фиг. 1. На этой диаграмме серым цветом показана зона взрываемости. Состав газовой фазы по всей высоте колонны показан штриховой линией для случая, когда сепаратор с закругленным дном не установлен; тогда паровая фаза заходит в зону взрываемости. В сценарии, в котором сепаратор фаз с закругленным дном установлен и получаемая газовая фаза используется для продувки насадки, газовая фаза, восходящая по колонне, не является взрывоопасной.
Для каждой из фиг. 2–4 сырьевой газовый поток (1) под давлением от 5 до 15 бар абс., содержащий от 60 до 97% метана, от 3 до 50% азота и кислорода и 3% или менее диоксида углерода, вводят в блок для очистки посредством адсорбции (2), преимущественно PTSA, с целью снижения концентрации воды и диоксида углерода до значения, меньшего или равного 50 об.м.д.
Полученный таким образом поток (3) затем охлаждают в теплообменнике (4) посредством теплообмена с обогащенным метаном жидким потоком (20) и обедненным по метану потоком (23). Охлажденный поток (5) направляют в конденсатор-испаритель (6), где его снова охлаждают посредством теплообмена с жидкостью из нижней части так, что жидкость из нижней части может закипать и образовывать богатый метаном газ, который будет использоваться в дистилляции, а также для конденсации сырьевого потока.
Конденсированный поток (7) затем подвергают декомпрессии в элементе (8) декомпрессии до рабочего давления колонны (18), составляющего от 1 до 5 бар. абс.
Согласно фиг. 2 и 3, поток (13) жидкого азота, поступающий из накопителя (12) жидкого азота, подвергают декомпрессии в элементе (14) декомпрессии, и прошедший декомпрессию поток (15) смешивают с сырьевым потоком (9), в пункте 16, для последующего введения в резервуар с закругленным дном для разделения жидкой и газовой фаз (11). В варианте осуществления, который не показан, жидкий азот вводят непосредственно в сепаратор с закругленным дном.
Данный вариант осуществления отличается от показанного на фиг. 4 тем, что жидкий азот вводят непосредственно в верхней части дистилляционной колонны, например, посредством впрыскивающего сопла (16).
Для всех вариантов осуществления богатую жидким азотом жидкую фазу (19), поступающую из сепаратора (11) с закругленным дном, затем добавляют в верхнюю часть дистилляционной колонны (18). Газовую фазу (17) добавляют в нижнюю часть насадки дистилляционной колонны (18), для того чтобы она составила продувочный газ и приняла участие в дистилляции.
Таким образом при дистилляции создают два потока: обогащенный метаном поток (20), в нижней части дистилляционной колонны, и обедненный по метану поток (23), который богат O2 и N2, в головке дистилляционной колонны.
Фракцию обогащенного метаном жидкого потока (20) направляют в обменник (4) для испарения и образования газообразного потока (22). Этот газообразный поток можно использовать двумя способами.
Как показано на фиг. 2, этот газообразный поток (22) используется как есть. Его направляют для введения в распределительную сеть природного газа через газонагнетательную станцию или на компрессорную станцию для производства сжатого природного газа, например, для использования в качестве моторного природного газа.
Как показано на фиг. 3, этот газообразный поток (22) используют для регенерации блока (2) очистки и образования обогащенного метаном потока (26), содержащего диоксид углерода, поступающий с этапа регенерации блока очистки. Поток (26) затем направляют на компрессорную станцию для производства сжатого природного газа, например, для использования в транспортных средствах, работающих на природном газе.
В варианте осуществления, который не показан, обогащенный метаном поток (20) удаляют в жидкой форме и используют в качестве сжиженного природного газа.
Для всех вариантов осуществления другую фракцию обогащенного метаном жидкого потока в нижней части колонны направляют в конденсатор-испаритель (6) для испарения. Полученный таким образом газовый поток (21) направляют в дистилляционную колонну для создания восходящего пара, принимающего участие в дистилляции.
Газовый поток (23), содержащий кислородную, азотную и метановую фракцию, затем направляют в обменник (4) для повторного нагрева.
В варианте осуществления, приведенном на фиг. 2, поток (24), выходящий из обменника, используют для регенерации блока (2) очистки и производства потока (25), который затем обрабатывают для сжигания остаточного метана в окислителе.
Если концентрация метана составляет более 25 %, поток (25) может быть использован в двигателе или микротурбине комбинированного производства энергии с целью выработки электроэнергии.
В варианте осуществления, приведенном на фиг. 3, поток (25) направляют непосредственно в системы окисления метана или потребления, упомянутые выше.

Claims (30)

1. Способ криогенного разделения сырьевого потока, содержащего метан и газы воздуха, содержащие азот и кислород, в котором:
- сырьевой поток (1) охлаждают (4) с получением охлажденного потока;
- охлажденный поток является по меньшей мере частично конденсированным (7);
- по меньшей мере часть по меньшей мере частично конденсированного (7) охлажденного потока направляют на один уровень дистилляционной колонны (18);
- поток (20) нижней части удаляют из дистилляционной колонны (18), при этом поток (20) нижней части обогащен метаном по сравнению с сырьевым потоком (1);
- поток, обогащенный кислородом и азотом (23) по сравнению с сырьевым потоком, удаляют из дистилляционной колонны (18), отличающийся тем, что
- по меньшей мере частично конденсированный охлажденный поток (7) подвергают декомпрессии (8);
- по меньшей мере один разбавляющий поток (17) получают посредством разделения в сепараторе с закругленным дном газовой фракции, получаемой на выходе этапа декомпрессии по меньшей мере частично конденсированного охлажденного потока (7);
- по меньшей мере один разбавляющий поток (17), который является негорючим и более летучим, чем кислород, добавляют в дистилляционную колонну (18) на по меньшей мере один уровень ниже уровня, на котором добавляют охлажденный поток.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что головку (18) колонны охлаждают путем охлаждения сырьевого потока, поступающего с этапа декомпрессии (9), посредством его смешивания с охлаждающей текучей средой (13).
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что головку (18) колонны охлаждают посредством охлаждающей текучей среды (13), которую добавляют непосредственно в головку колонны.
4. Способ по любому из п. 2 или 3, отличающийся тем, что охлаждающая текучая среда (13) представляет собой жидкий азот.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что колонна (18) содержит несколько дистилляционных сегментов, и по меньшей мере один разбавляющий поток (17), поступающий из сепаратора с загругленным дном, добавляют между двумя сегментами.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что предоставляют сырьевой поток (3), который богат метаном, содержит азот и кислород и имеет концентрацию CO2, которая была сокращена ранее, в блок для очистки путем адсорбции.
7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что концентрацию CO2 сокращают предпочтительно посредством адсорбции, путем добавления богатого CO2 сырьевого потока в по меньшей мере один блок (2) очистки, заполненный адсорбентом, выполненным с возможностью осуществления обратимой адсорбции большей части CO2.
8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что блок (2) очистки представляет собой блок очистки посредством адсорбции, относящейся к типу адсорбции с модуляцией по давлению или адсорбции с модуляцией по температуре, при этом адсорбцию с модуляцией по давлению или адсорбцию с модуляцией по температуре регенерируют посредством богатого кислородом и азотом газового потока (22), удаляемого из головки (18) колонны.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что блок (2) очистки представляет собой блок очистки посредством адсорбции, относящейся к типу адсорбции с модуляцией по давлению или адсорбции с модуляцией по температуре, причем адсорбцию с модуляцией по давлению или адсорбцию с модуляцией по температуре регенерируют посредством богатого метаном газового потока, удаляемого из нижней части колонны.
10. Устройство для производства биометана посредством очистки биогаза из хранилищ безопасных отходов, обеспечивающее осуществление способа по любому из пп. 1–9 и последовательно содержащее:
- блок очистки (2) от диоксида углерода путем адсорбции, выполненный с возможностью обеспечения обеднения сырьевого потока (1) по диоксиду углерода;
- теплообменник (4), выполненный с возможностью охлаждения обедненного по CO2 потока (3);
- конденсатор-испаритель (6), выполненный с возможностью конденсации обедненного по CO2 потока путем теплообмена с жидкостью (20), удаляемой из нижней части дистилляционной колонны (18);
- сепаратор (11) с закругленным дном для жидкой и газовой фаз из конденсированного потока;
- дистилляционную колонну (18);
- трубопровод, выполненный с возможностью переноса жидкой
фазы (19) из сепаратора (11) с закругленным дном на один уровень дистилляционной колонны (18);
- средство для отведения обогащенного метаном потока из нижней части дистилляционной колонны;
- средство для отведения обогащенного азотом и кислородом потока (23) из головки дистилляционной колонны (18),
- отличающееся тем, что содержит:
- средство для декомпрессии (8) конденсированного потока (7);
- трубопровод, выполненный с возможностью переноса газовой
фазы (17) из сепаратора (11) с закругленным дном в колонну (18) на по меньшей мере один уровень ниже уровня, на котором добавляется жидкая фаза (19);
- средство, соединенное с источником (12) охлаждающей текучей среды, для направления потока (13) жидкого азота в место смешивания (16) с сырьевым потоком (9) или непосредственно в верхнюю часть дистилляционной колонны (18).
RU2018140911A 2016-05-27 2017-03-20 Способ криогенного разделения сырьевого потока, содержащего метан и газы воздуха, устройство для производства биометана путем очистки биогазов, полученных из хранилищ безопасных отходов (nhwsf), обеспечивающее осуществление способа RU2715636C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1654798A FR3051892B1 (fr) 2016-05-27 2016-05-27 Procede de separation cryogenique d'un debit d'alimentation contenant du methane et des gaz de l'air, installation pour la production de bio methane par epuration de biogaz issus d'installations de stockage de dechets non-dangereux (isdnd) mettant en œuvre le procede
FR1654798 2016-05-27
PCT/FR2017/050651 WO2017203112A1 (fr) 2016-05-27 2017-03-20 Procede de separation cryogenique d'un debit d'alimentation contenant du methane et des gaz de l'air, installation pour la production de bio methane par epuration de biogaz issus d'installations de stockage de dechets non-dangereux (isdnd) mettant en œuvre le procede

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715636C1 true RU2715636C1 (ru) 2020-03-02

Family

ID=56511766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018140911A RU2715636C1 (ru) 2016-05-27 2017-03-20 Способ криогенного разделения сырьевого потока, содержащего метан и газы воздуха, устройство для производства биометана путем очистки биогазов, полученных из хранилищ безопасных отходов (nhwsf), обеспечивающее осуществление способа

Country Status (15)

Country Link
US (2) US11713920B2 (ru)
EP (1) EP3465035B1 (ru)
CN (1) CN109257937B (ru)
AU (1) AU2017270649B2 (ru)
BR (1) BR112018074225B1 (ru)
CA (1) CA3024382C (ru)
ES (1) ES2791491T3 (ru)
FR (1) FR3051892B1 (ru)
HU (1) HUE050463T2 (ru)
MX (1) MX369339B (ru)
PL (1) PL3465035T3 (ru)
PT (1) PT3465035T (ru)
RS (1) RS60676B1 (ru)
RU (1) RU2715636C1 (ru)
WO (1) WO2017203112A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3075658B1 (fr) * 2017-12-21 2022-01-28 Air Liquide Procede de limitation de la concentration d'oxygene contenu dans un courant de biomethane
FR3075660B1 (fr) * 2017-12-21 2019-11-15 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede de distillation d'un courant gazeux contenant de l'oxygene
CA3102417A1 (en) 2018-07-10 2020-01-16 Iogen Corporation Method and system for producing a fuel from biogas
CN109405413B (zh) * 2018-11-17 2024-01-30 杭州宏盛中弘新能源有限公司 一种避开爆炸极限的含氧煤层气低温精馏系统及方法
WO2021003564A1 (en) 2019-07-09 2021-01-14 Iogen Corporation Method and system for producing a fuel from biogas
US20210055046A1 (en) 2020-11-11 2021-02-25 Waga Energy Facility For Producing Gaseous Methane By Purifying Biogas From Landfill, Combining Membranes And Cryogenic Distillation For Landfill Biogas Upgrading
US20210060486A1 (en) 2020-11-11 2021-03-04 Waga Energy Facility For Producing Gaseous Biomethane By Purifying Biogas From Landfill Combining Membranes, Cryodistillation And Deoxo
FR3116445B1 (fr) 2020-11-23 2023-11-17 Waga Energy Procédé de séparation cryogénique d'un débit d'alimentation à base de biométhane, procédé de production de biométhane intégrant ladite séparation cryogénique et installation associée.

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1482196A (en) * 1973-09-27 1977-08-10 Petrocarbon Dev Ltd Upgrading air-contaminated methane gas compositions
RU2034210C1 (ru) * 1990-06-12 1995-04-30 Юнион Карбайд Индастриал Гэзиз Текнолоджи Корпорейшн Способ криогенной обработки сырья, содержащего азот и метан, и устройство для его осуществления
RU2099654C1 (ru) * 1988-11-21 1997-12-20 Элкор Корпорейшн Способ разделения газов и устройство для его осуществления
FR2971331A1 (fr) * 2011-02-09 2012-08-10 Air Liquide Procede et appareil de separation cryogenique d'un debit riche en methane
FR2971332A1 (fr) * 2011-02-09 2012-08-10 Air Liquide Procede et appareil de separation cryogenique d'un debit riche en methane

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE481875C (de) 1929-09-02 E H Heinrich Koppers Dr Ing Kammerofen zur Destillation von Kohle u. dgl.
US2519955A (en) * 1946-09-03 1950-08-22 Shell Dev Production of hydrocarbon-oxygen mixtures
DE951875C (de) * 1955-02-16 1956-11-08 Linde Eismasch Ag Verfahren zum Abscheiden von Methan aus methanreichen Gemischen mit Luft
BE652537A (ru) 1963-09-06 1964-12-31
EP0144430B1 (en) * 1983-03-08 1989-01-11 Daidousanso Co., Ltd. Apparatus for producing high-purity nitrogen gas
GB0116960D0 (en) * 2001-07-11 2001-09-05 Boc Group Plc Nitrogen rejection method and apparatus
US6425266B1 (en) * 2001-09-24 2002-07-30 Air Products And Chemicals, Inc. Low temperature hydrocarbon gas separation process
US7025803B2 (en) 2002-12-02 2006-04-11 L'Air Liquide Societe Anonyme A Directoire et Counsel de Surveillance Pour L'Etude et L'Exploration des Procedes Georges Claude Methane recovery process
FR2917489A1 (fr) * 2007-06-14 2008-12-19 Air Liquide Procede et appareil de separation cryogenique d'un debit riche en methane
US8221524B2 (en) 2009-10-23 2012-07-17 Guild Associates, Inc. Oxygen removal from contaminated gases
DE102010020282A1 (de) * 2010-05-12 2011-11-17 Linde Aktiengesellschaft Stickstoff-Abtrennung aus Erdgas
AU2016372709B2 (en) * 2015-12-14 2019-09-12 Exxonmobil Upstream Research Company Method and system for separating nitrogen from liquefied natural gas using liquefied nitrogen
FR3046086B1 (fr) * 2015-12-24 2018-01-05 Waga Energy Procede de production de biomethane par epuration de biogaz issu d'installations de stockage de dechets non-dangereux (isdnd) et installation pour la mise en œuvre du procede

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1482196A (en) * 1973-09-27 1977-08-10 Petrocarbon Dev Ltd Upgrading air-contaminated methane gas compositions
RU2099654C1 (ru) * 1988-11-21 1997-12-20 Элкор Корпорейшн Способ разделения газов и устройство для его осуществления
RU2034210C1 (ru) * 1990-06-12 1995-04-30 Юнион Карбайд Индастриал Гэзиз Текнолоджи Корпорейшн Способ криогенной обработки сырья, содержащего азот и метан, и устройство для его осуществления
FR2971331A1 (fr) * 2011-02-09 2012-08-10 Air Liquide Procede et appareil de separation cryogenique d'un debit riche en methane
FR2971332A1 (fr) * 2011-02-09 2012-08-10 Air Liquide Procede et appareil de separation cryogenique d'un debit riche en methane

Also Published As

Publication number Publication date
ES2791491T3 (es) 2020-11-04
WO2017203112A1 (fr) 2017-11-30
US20200318896A1 (en) 2020-10-08
EP3465035B1 (fr) 2020-05-13
CA3024382C (fr) 2022-06-14
FR3051892B1 (fr) 2018-05-25
PT3465035T (pt) 2020-06-17
CN109257937A (zh) 2019-01-22
PL3465035T3 (pl) 2020-08-10
RS60676B1 (sr) 2020-09-30
FR3051892A1 (fr) 2017-12-01
EP3465035A1 (fr) 2019-04-10
HUE050463T2 (hu) 2020-12-28
BR112018074225A2 (pt) 2019-03-06
US11713920B2 (en) 2023-08-01
MX2018014400A (es) 2019-02-14
BR112018074225B1 (pt) 2023-04-04
US20230384027A1 (en) 2023-11-30
AU2017270649B2 (en) 2023-03-23
CA3024382A1 (fr) 2017-11-30
CN109257937B (zh) 2020-04-10
AU2017270649A1 (en) 2018-12-06
MX369339B (es) 2019-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2715636C1 (ru) Способ криогенного разделения сырьевого потока, содержащего метан и газы воздуха, устройство для производства биометана путем очистки биогазов, полученных из хранилищ безопасных отходов (nhwsf), обеспечивающее осуществление способа
AU2016378831B2 (en) Method for producing biomethane by purifying biogas from non-hazardous waste storage facilities and facility for implementing the method
EP1869385B1 (fr) Procede et installation integres d'adsorption et de separation cryogenique pour la production de co2
US20090288556A1 (en) Carbon dioxide purification
US20240019205A1 (en) Facility for producing gaseous methane by purifying biogas from landfill, combining membranes and cryogenic distillation for landfill biogas upgrading
EA009089B1 (ru) Установка и способ удаления кислых газов
RU2599582C2 (ru) Удаление тяжелых углеводородов из потока природного газа
EA023224B1 (ru) Способ очистки диоксида углерода с использованием жидкого диоксида углерода
KR20200096541A (ko) 배출 가스로부터 질소를 제거하는 극저온 방법
AU2011263712B2 (en) Process and apparatus for drying and compressing a CO2-rich stream
US20210086129A1 (en) Method for distilling a gas stream containing oxygen
FR2884304A1 (fr) Procede integre d'absorption et de separation cryogenique pour la production de co2 et installation pour la mise en oeuvre du procede
JP7020735B1 (ja) ゼオライト吸着および除去システム、ならびにゼオライト吸着および除去方法
RU2787770C1 (ru) Способ удаления метанола из раствора амина
US11624032B2 (en) Process for extracting gasoline from a gas containing condensable hydrocarbons
CN111432912B (zh) 用于限制生物甲烷流中含有的氧气浓度的方法
RU2331461C2 (ru) Усовершенствованное использование и регенерация растворителя
EA032340B1 (ru) Способ извлечения диоксида углерода из абсорбента с уменьшенной подачей отгоночного пара