[发明专利]从含有甲烷的原煤气中分离二氧化碳的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过使用物理活性溶剂(physically acting solvent)的压力洗涤方法从含有甲烷的原煤气，尤其是沼气中去除二氧化碳的方法。其中，受污染的洗涤液再生后循环在回路中。此外，本发明涉及一种实施该方法的设备。

背景技术

从含有甲烷的原煤气，尤其是沼气中去除二氧化碳的压力洗涤过程，是基于将气体溶于液体的操作原理。

在专利DE102008025971A1和DE10200806030A1中，已知纯化原料或沼气的方法。在这两个专利中，水被用作为去除CO₂的洗涤液。为了减少甲烷损失，在多步下行纯化步骤中，通过抽提空气或抽提空气和氧气，从受污染的洗涤液中分离溶入洗涤液的甲烷，产生燃烧品质级的氧气抽提气。

实践中已知的天然气脱硫方法中，聚乙二醇醚，尤其是乙二醇二甲醚被用作物理活性溶剂。这种方法也被看作为一种压力洗涤方法。

这种压力水洗涤方法的主要优点为：CO₂更加溶于洗涤液(聚乙二醇醚，Selexol)，因此损耗被极大的降低。这种洗涤液的缺点为：相比于水，有机化合物和无机化合物更易于溶于该洗涤液。

另一主要缺点为，受污染的洗涤液仅在温度为55℃～80℃时再生，从而损失大量的甲烷，且存在其他的有机可燃物质的损失，其中，有0.1％以上的其它有机可燃物质包含在沼气中。

发明内容

本发明的目的是提出一种通过采用物理活性洗涤剂的压力洗涤、从含有甲烷的原煤气尤其是沼气中去除二氧化碳的方法，使得由于甲烷滑脱导致的甲烷损失显著降低，且该方法的整体能量平衡得到改善。

根据本发明，这一目的通过权利要求1中说明的特征得以实现。本发明的优选发展是权利要求2-14的主题。适合于实施本发明方法的设备是权利要求14的主旨。权利要求16和17涉及设备权利要求的附加实施例。

根据所提出的方法，在第一气体抽提阶段上行的至少一个闪蒸阶段(flash stage)处理压力洗涤后生成的负载洗涤液。优选的，通过将系统压力降低到1.5～5巴(bar)，以给压力负载洗涤液降压。在闪蒸塔(flash column)中，负载洗涤液的温度可至少被升高5℃，由此强化从洗涤液中去除甲烷。

为了确保本方法实施的经济性，将洗涤阶段合并入成套设备是很重要的。在该洗涤阶段中，从闪蒸阶段排出的包含氮、氧气、二氧化碳和甲烷的气体混合物，由第二气体抽提气阶段排出且逆向提供的洗涤液纯化。闪蒸气体中的甲烷含量为20～40％，且构成总甲烷含量的至少7％。通过在具有已被纯化的洗涤液的整体设备中，处理该闪蒸气体，将产生具有体积超过90％甲烷含量的高纯度甲烷气体。该甲烷气体可用作其他目的。

溶解平衡的发展导致以下不期望的过程发生，尤其当聚乙二醇醚被用作洗涤剂的成分时：在压力洗涤过程中，由于沼气中的甲烷含量增加，更多的甲烷结合到洗涤液中，导致甲烷损失大量增加。当水被用作洗涤剂的时候，这个影响的程度减小。当水被用作洗涤剂的时候，相比于聚乙二醇醚，减少50％的甲烷损失。

所提出的方法，使得在闪蒸阶段溶解到洗涤液中的气体成分、氮、氧气、二氧化碳和甲烷，释放为气体混合物。并通过在回路中循环的纯化洗涤液，将二氧化碳从气体混合物中洗出，以便洗涤塔的顶部排出高纯度的甲烷气体。由此，滑脱到整个系统的甲烷，可减少到0.2％以下。在洗涤过程中，仅需要较小部分数量的纯化洗涤液。大部分数量的纯化洗涤液用于压力洗涤。

现有的通过含有乙二醇醚的洗涤液从沼气中去除二氧化碳的方法的另一缺点为，虽然洗涤液有高吸水率，但可实现沼气的露点仅上升每标方(Nm³)200～500mg水。由此，需要额外的吸附干燥，以实现沼气中的水含量为50mg/Nm³。

优选的，从在第二气体抽提阶段产生的纯化洗涤液中去除一部分数量。然后，加热这个部分数量到超过100℃，并提供给一容器。在该容器中来自热洗涤液的残留水被去除。冷却后，几乎无水的该洗涤液被重加到纯化洗涤液中。加热洗涤液的所需的能量在设备内重新获得。

由此，采用含有乙二醇醚的洗涤液来纯化沼气的方法的经济性极大的提高了。

在第一气体抽提阶段和第二气体抽提阶段，分别将缺氧或含氧的气体和预压空气用作气体抽提气。这取决于上行脱硫作用的氧气需求量。