[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明提供了一种从含CH₄的气态进料物流中分离污染物或污染物混合物的方法。

背景技术

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CO₂、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.,Rodrigues A.E.,(2007),Biogas to Fuel by Vacuum Pressure Swing Adsorption I.Behavior of Equilibrium and Kinetic-Based Adsorbents.Ind.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CO₂。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-56.7℃)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℃再加热至-56.5℃和以液相的形式回收CO₂。

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CO₂。但其不足之处是在至少部分经处理的废气中再次引入CO₂。