[发明专利]通过结晶系统与液化交换器的组合提纯和液化生物气

说明书

由包含至少甲烷和二氧化碳的进料气体料流(1)生产液态甲烷的装置，其在所述气体料流的循环方向上包括：用于二氧化碳结晶的连续运行系统(5)，其包括与进料气体料流逆流的主要包含液态甲烷的料流(6)的循环，并且可产生富甲烷气体料流(7)，和用于液化离开结晶系统的富甲烷气体料流的交换器(8)。

本发明涉及由包含至少甲烷和二氧化碳的进料气体料流生产液态甲烷的装置和方法。其特别涉及由生物气生产液态甲烷的装置和方法。

生物气是在有机物的无氧分解(厌氧发酵)，也称为甲烷化的过程中产生的气体。这可以是自然分解，并因此在沼泽地或在生活垃圾填埋场观察到，但生物气的产生也可来自在被称为甲烷化装置(methanizer)或消化器的专用反应器中的废物甲烷化。

由于其主要成分是甲烷和二氧化碳，生物气是强温室气体；同时，其也构成在化石燃料日益短缺的背景下有前途的可再生能源。

生物气主要含有甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)，比例可取决于其获得方式而变，但也含有较小比例的水、氮气、硫化氢、氧气以及痕量形式的其它有机化合物。

取决于已分解的有机物和根据所用技术，组分的比例不同，但平均而言，生物气包含，在干气体基础上，30％至75％甲烷、15％至60％CO₂、0％至15％氮气、0％至5％氧气和痕量化合物。

生物气以各种方式被经济地利用。其可在温和处理后在生产现场附近被经济地利用，以供应热、电或两者的混合物(热电联产)；高二氧化碳含量降低了其热值，提高了压缩和运输的成本并限制了在附近经济地利用其的经济优势。

生物气的更强力净化能使其更广泛使用；特别地，生物气的强力净化可获得已净化到天然气规格并可替代天然气的生物气；如此净化的生物气被称为“生物甲烷”。生物甲烷因此用境内生产的可再生部分(renewable part)补充天然气资源；其可用于与化石来源的天然气完全相同的用途。其可供入天然气网络或车辆加气站；其也可液化从而以液化天然气(LNG)的形式储存，等等。

在欧洲和全世界的许多地区，天然气网络并非总是到达可发酵废物的生产区域附近。此外，尽管在生物气生产现场不需要热，但根据电力的购买价格，热电联产并非总是具有足够的输出量从而使对消化单元作出重大投资是有利润的。因此在这两种情况下有利的是将生物气运输到分配或消费点。净化后的生物气的液化使得可以更低成本运输生物甲烷。

如今，生物气的净化方法主要基于吸收、渗透或吸附原理。这些系统随后需要增加补充模块以获得液体形式的生物甲烷。此外，在大多数情况下，在这一净化段结束时生物气体的CO₂含量仍然太高以致无法供入这样的液化系统。

由此出发，提出的一个问题在于提供单个装置用于由包含至少甲烷和二氧化碳的气体料流分离和液化甲烷，所述气体料流优选是生物气，目标是获得液态甲烷，优选液态生物甲烷，以使其储存和/或运输更容易。

本发明的一个解决方案是一种由包含至少甲烷和二氧化碳的进料气体料流1生产液态甲烷的装置，其在所述气体料流的循环方向上包括：

-用于二氧化碳结晶的连续运行系统5，其包括与进料气体料流逆流的主要包含液态甲烷的料流6的循环，并且可产生富甲烷气体料流7，和

-用于液化离开结晶系统的富甲烷气体料流7的交换器8。

视情况而定，根据本发明的装置可呈现一个或多个下列特征：

-所述装置包括，在结晶系统上游的可使进料气体料流达到-50℃至-85℃，优选-57℃至-75℃的温度的措施C；

-所述进料气体料流包含水，且措施C包括并联布置的至少两个交换器3a和3b，所述交换器均伴随包括生产段和再生段的周期，其中在所述周期的每一时刻，有交换器在生产段中并且有交换器在再生段中；