Спосіб і система очищення сирих газів, зокрема біогазу, для отримання метану

Номер патенту: 101708

Опубліковано: 25.04.2013

Автор: Гюнтер Лотар

Є ще 5 сторінок.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб очищення сирого газу, зокрема біогазу, для отримання метану, де компоненти, що містяться у біогазі або в сирому газі, такі як діоксид вуглецю, з'єднання сірки, аміаку і інші водорозчинні речовини, видаляють в ході багатоетапного процесу очищення, який відрізняється тим, що процес очищення здійснюють щонайменше в три етапи очищення, що йдуть відразу ж один за іншим, і при яких використовують прісну воду, що не містить добавок, циркулюючу в контурі, при цьому:

a) на першому очисному етапі, сирий газ, що очищується, або біогаз, що забирається з установки, пропускають через очисну колону (К1) з фільтруючим шаром при стандартному тиску або при надмірному тиску до 6 бар в протитечію прісній воді, що подається, і діоксид вуглецю, сірководень, аміак і інші органічні водорозчинні речовини, що містяться в сирому газі, зв'язуються в прісній воді, і метановий газ з вмістом метану щонайменше 60 % відбирають у голови очисної колони (К1);

b) у другому етапі очищення, метан, розчинений в забрудненому очисному розчині, що виводиться з очисного ступеня (К1), майже повністю (щонайменше на 90 %) видаляють при стандартному тиску, за принципом протитечії, при температурі до 80 °C в першій випарній колоні (К2), що має фільтруючий шар, або набиття фільтра, з додаванням аеруючого повітря або аеруючого повітря і кисню, або аеруючого повітря і діоксиду вуглецю, окремо або спільно, у кількості 0,1 %-20 %, виходячи з кількості газу, що подається, причому при цьому виробляють аераційний газ, що містить кисень, з якістю паливного газу;

c) на третьому етапі очищення діоксид вуглецю, розчинений в забрудненому очисному розчині, випускається з першої випарної колони (К2), видаляють до залишкового вмісту менше 300 мл/л в другій випарній колоні (К3), що має фільтруючий шар або набиття фільтра, під вакуумом паралельно або в протитечію аеруючому повітрю, очищений очисний розчин подають до випарного ступеня (К1), а відпрацьований газ відводять.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що циркулююча в контурі прісна вода має температуру до 65 °C.

3. Спосіб за одним з пунктів 1 або 2, який відрізняється тим, що аераційний газ (відпрацьований газ), який відводять на першому етапі очищення з першої випарної колони (К2), або повертають у біореактор біогазової установки, або подають в потік метанового газу, видалений з першого очисного ступеня, або використовують як паливний газ.

4. Спосіб за одним з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що на другому етапі очищення першу випарну колону (К2) для видалення метану із забрудненого очисного розчину виконують у вигляді двох східців, при цьому кисень подають в перший ступінь, а аеруюче повітря подають в другий ступінь або vice verca, і роблять два різні паливні гази з різним вмістом кисню.

5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що паливний газ з високим вмістом кисню використовують як джерело кисню для біологічної десульфуризації біогазу.

6. Спосіб за одним з пунктів 1-5, який відрізняється тим, що метановий газ, що забирається в очисну колону (К1 подають на подальший етап обробки для збільшення вмісту метану або окремо, або разом з аераційним газом, що забирається з першої випарної колони (К2).

7. Спосіб за одним з пунктів 1-6, який відрізняється тим, що вміст сірки в сирому газі або біогазі доводить до < 5 ppm перед тим, як його направляють в очисний ступінь (К1).

8. Спосіб за одним з пунктів 1-7, який відрізняється тим, що очисний розчин, циркулюючий в контурі, частково або повністю замінюють прісною водою після певного часу роботи, якщо вміст сірки в забрудненому очисному розчині, що відводиться з очисного ступеня (К1), перевищує рівень більше 50 ppm.

9. Спосіб за одним з пунктів 1-8, який відрізняється тим, що частину очисного розчину, що забирається біля основи другої випарної колони (К3), видаляють з контуру, додають до вказаного розчину реагент, що зв'язує сірководень, і повертають очисний розчин в контур після осадження дисульфіду заліза (II).

10. Спосіб за одним з пунктів 1-9, який відрізняється тим, що здатність видалення діоксиду вуглецю, розчиненого в очисному розчині, регулюють за допомогою параметрів: кількості очисного розчину/год. і температури очисного розчину в очисній колоні (К1), при цьому більша кількість очисного розчину і менша температура очисного розчину приводять до більш високої здатності видалення діоксиду вуглецю.

11. Спосіб за одним з пунктів 1-10, який відрізняється тим, що очищений сирий газ або біогаз, що відводиться від очисної колони (К1), для збільшення концентрації метану і місткості біогазу у біореакторі подають безпосередньо у біореактор біогазової установки.

12. Спосіб за одним з пунктів 1-11, який відрізняється тим, що захоплене повітря подають до вакуумного насоса (V2) в другій випарній колоні (К3) для створення вакууму на третьому етапі очищення.

13.Спосіб за одним з пунктів 1-12, який відрізняється тим, що захоплене повітря, що подається до вакуумного насоса (V2), заздалегідь нагрівають.

14. Спосіб за одним з пунктів 1-13, який відрізняється тим, що газоподібний діоксид вуглецю, що виходить з випарної колони (К3), подають на ступінь конденсації, на якій воду, що міститься в газоподібному діоксиді вуглецю, конденсують при парціальному тиску менше 100 мбар.

15. Система очищення сирого газу, зокрема біогазу, для отримання метану, що містить очисну колону (К1), виконану у вигляді газоочисника для видалення за допомогою очисного розчину компонентів, що містяться у біогазі або сирому газі, таких як діоксид вуглецю, з'єднання сірки, аміаку і інших водорозчинних речовин, першу випарну колону (К2) для видалення розчиненого в забрудненому очисному розчині метану, і другу випарну колону (К3), виконану у вигляді вакуумної колони, для видалення діоксиду вуглецю із забрудненого очисного розчину, що накопичується біля основи першої випарної колони, при цьому очисна колона і дві випарні колони сполучені послідовно і очисна колона (К1) має фільтруючий шар або набиття фільтра з площею поверхні 300-900 мм2/м3 і висотою шару 2-16 м, перша випарна колона (К2) має фільтруючий шар або набиття фільтра з площею поверхні 350-900 мм2/м3 і висотою шару 1-4 м, і друга випарна колона (К3) має фільтруючий шар або набиття фільтра з площею поверхні 100-300 мм2/м3 і висотою шару 1-10 м, і основа другий випарний колона (К2) сполучений з головою очисної колони (К1) лінією (04), що несе очисний розчин, при цьому в цю циркуляційну лінію (04) вбудований насос (Р1).

16. Система за п. 15, яка відрізняється тим, що в циркуляційну лінію (04) вбудований теплообмінник (W1) для охолодження очисного розчину.

17. Система за одним з пунктів 15 або 16, яка відрізняється тим, що очисна колона (К1) і дві випарні колони (К2, К3) мають однаковий діаметр колони і різну висоту фільтруючого шару, із співвідношенням висот шарів - очисний ступінь (К1): перша випарна колона (К2): друга випарна колона (К3) - 3:1:2 до 3:0,5:1.

18. Система за одним з пунктів 15-17, яка відрізняється тим, що відношення площ поверхні фільтруючих шарів - перша випарна колона (К2): друга випарна колона (К3) - 1:0, 2-1:0,8, переважно 1:0,5.

19. Система за одним з пунктів 15-18, яка відрізняється тим, що перша випарна колона (К2) розділена на дві колонні секції (К2А, К2В), при цьому кожна колонна секція (К2А, К2В) оснащена фільтруючим шаром або набиттям фільтра, і верхня колонна секція (К2А) сполучена з лінією (09b), що подає кисень, а нижня колонна секція (К2В) сполучена з лінією (09а), що подає повітря.

20. Система за одним з пунктів 15-19, яка відрізняється тим, що очисна колона (К1) і дві випарні колони (К2, К3) розміщені у вежі.

21. Система за одним з пунктів 15-20, яка відрізняється тим, що розділові пластини очисної колони (К1) і випарних колон (К2, К3) сконструйовані так, щоб технічно захищати від витоку при газовому навантаженні і бути повністю проникними при рідинному навантаженні.

Текст

Реферат: Даний винахід належить до способу очищення біогазу для отримання метану, в якому компоненти, що містяться у біогазі, такі як діоксид вуглецю, з'єднання сірки і аміаку відділяються в ході декількох етапів процесу, і до відповідної установки для здійснення способу. Мета забезпечення способу очищення біогазу для отримання метану, що характеризується низьким споживанням енергії і дозволяє збільшити вміст метану щонайменше на 10 %, досягається таким чином: на першому етапі очищення діоксид вуглецю, сірководень, аміак і інші водорозчинні органічні речовини, присутні в сирому газі, видаляються в промивній колоні при стандартному тиску або при надмірному тиску до 6 бар прісною водою, при цьому метановий газ, що має вміст метану щонайменше 65 %, відводиться у голові промивної колони. Розчинені в промивальній воді метан і діоксид вуглецю послідовно виділяються із забрудненої промивальної води, що випускається з промивного ступеня, в першій випарній колоні при стандартному тиску, а потім в другій випарній колоні під вакуумом. Аераційний газ, що містить кисень та має якість паливного газу, отримують в першому випарному ступені. Очищена промивальна вода, що накопичується в другому випарному ступені, повертається в промивальний ступінь К1. UA 101708 C2 (12) UA 101708 C2 UA 101708 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Даний винахід відноситься до способу очищення сирих газів, зокрема біогазу, для отримання метану, при цьому компоненти, що містяться в сирому газі або біогазі, такі як діоксид вуглецю, з'єднання сірки і аміаку відділяють в результаті ряду різних етапів процесу, і до відповідної системи для здійснення способу. Біогаз утворюється за допомогою анаеробного (безкисневого) розщеплювання органічного матеріалу і використовується як поновлюване джерело енергії. Вироблювані гази діляться на газ стічних вод, газ вторинної переробки, газ з органічних відходів і біогаз, залежно від відповідних використовуваних сировинних матеріалів, таких як шлам стічних вод, мул, гній, відходи рослинного або тваринного походження і біологічну сировину. Посилання на біогаз, які робитимуться надалі, включатимуть усі вищезазначені гази. Сирі гази включають газ, основними компонентами якого є СН4 і СО2, такі як метановий газ або факельний газ (попутний газ). Основними компонентами біогазів є метан і діоксид вуглецю, разом з неосновними компонентами, що включають азот, з'єднання сірки, кисень, водень і аміак. Для того, щоб використати метан, що міститься у біогазі, необхідно піддати біогаз багатостадійній переробці для того, щоб видалити небажані з'єднання. Звичайні етапи процесу, які, як правило, здійснюються окремо, включають осушення (видалення води), десульфурацію і видалення діоксиду вуглецю і аміаку. Відомі біологічні способи (з використанням мікроорганізмів), також як і способи хімічної адсорбції десульфурації, при яких сірководень різними способами перетвориться в елементарну сірку. Діоксид вуглецю, так само як і невеликі кількості сірководня, віддаляється (фізичними або хімічними засобами), наприклад, очищенням натиском води, мембранними процесами, процесом Selexol (під високим тиском), адсорбцією з коливаннями тиску або аміновим очищенням. Деякі з цих способів також сприяють видаленню води або аміаку. Більшість з вищеназваних способів є енергоємними і призводять до втрат метану. Відносно високі втрати метану відбуваються при способах очищення натиском води і адсорбції з коливаннями тиску, складаючи, приблизно, 2-5% метану, що міститься у біогазі. Крім того, цей метан, що міститься в діоксиді вуглецю, який був видалений, може використовуватися як паливо тільки за допомогою допоміжної системи спалення, оскільки він є присутнім в таких малих концентраціях. До того ж, із-за конструкції системи адсорбції з коливаннями тиску, відбуваються різкі коливання виділень метану, які вимагають згладжування. Більше того, сирий газ повинен містити тільки дуже маленьку концентрацію H 2S і видалення використаного активованого вугілля є тривалим і складним. Очищення за допомогою очисного розчину, така як амінове очищення, економічно виправдана, тільки якщо забруднений очисний розчин може бути регенерований. З DE 10 200 051 952 В3 відомий процес виробництва метану і рідкого діоксиду вуглецю з нафтового газу і/або біогазу. Сирий газ очищається на попередньому етапі (видалення домішок, таких як NH3, H2SO4, H2S, SO2 і COS) і потім подається в убирну колону, в якій діоксид вуглецю, що міститься в сирому газі, зв'язується в очисному розчині при тиску, переважно, 5-30 бар, з використанням аміновмістного очисного розчину, Очищений газ, що накопичується, містить приблизно 98% метану за об'ємом і може безпосередньо використовуватися для інших цілей. Забруднений очисний розчин проходить регенеративну обробку у випарній колоні під тиском і при підвищених температурах (180-230°С). Спосіб, що використовує тиск, вимагає високого рівня витрат на устаткування. Спосіб видалення метану і діоксиду вуглецю з біогазу відомий з WO 2008/034473 А1, що дозволяє провести видалення діоксиду вуглецю без використання тиску і що дозволяє отримати метановий газ з чистотою більше 99,5%. Як при будь-якому аміновому очищенні для регенерації очисного розчину споживається 3 відносно велика кількість енергії, що становить 0,5-0,8 кВт.год/м біогазу за нормальних умов. Метою винаходу є розробка способу очищення сирого газу або біогазу для отримання метану, який характеризується низьким споживанням енергії і дозволяє збільшити зміст метану, щонайменше, на 10% при низьких втратах метану. Крім того, має бути розроблена відповідна система для здійснення способу. Вищезгадана мета досягається згідно з винаходом за допомогою ознак, вказаних в п. 1 формули винаходу. Переважні варіанти здійснення способу є об'єктами пунктів 2-14 формул винаходу. Ознаки системи для здійснення способу зазначені в п. 12. Переважні розробки цієї системи є об'єктами пунктів 16-21 формули винаходу. Процес очищення відбувається, згідно із запропонованим способом, щонайменше, в три очисні етапи, які відбуваються відразу ж один за іншим, з використанням прісної води, що не 1 UA 101708 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 містить домішок, яка циркулює в контурі. В якості прісної води може використовуватися вода, що забирається з міської мережі водопостачання, свердловин, або підготовлена дощова вода. Вода, що використовується, не містить домішок. Три очисні етапи, які необхідно здійснити, наступні: Сирий газ, що очищається, або біогаз, який відводиться від біогазової установки або іншої установки, наприклад, установки для виробництва газу вторинної переробки, газу із стічних вод або газу з органічних відходів, протікає через очисну колону з фільтруючим шаром під стандартним тиском, або при підвищеному до 6 бар тиску, в протитечію прісній воді, що подається. У цьому процесі діоксид вуглецю, сірководень, аміак і інші органічні водорозчинні речовини, що містяться в сирому газі, зв'язуються в чистій воді. Десульфуризація сирого газу або біогазу переважно відбувається на першому етапі очищення. Метановий газ зі змістом метану, щонайменше, 65% відбирається у голови очисної колони. Це очищення газу здійснюється, як правило, під стандартним тиском. У виняткових випадках, проте, система також може працювати з підвищеним, аж до 3-4 бар, тиском, піддаючись максимальному тиску 6 бар. При більш високому тиску, більша кількість діоксиду вуглецю, яке може бути в три рази більше при 3 барах, розчиняється в очисному розчині. Кількість необхідного очисного розчину, отже, менше в три рази, а очисна колона може бути менших розмірів із-за меншого об'єму газу. Усі традиційні способи очищення стислим газом потребують тиску більше 6 бар, для того, щоб економічно виробляти метан з концентрацією більше 96% за об'ємом. Проте більш високий тиск веде до значно більш високого споживання енергії, оскільки система потім має бути знову декомпресована. Більше того, відбуваються більш високі втрати метану. Два викладених нижче очисних етапи, здійснювані з використанням випарних колон, важливі для забезпечення успішного здійснення способу. Забруднений очисний розчин, випущений з очисного етапу, очищається в першій випарній колоні, що має фільтруючий шар, або набиття фільтру, аеруючим повітрям під стандартним тиском, за принципом протитечії при температурах до 80°С, що при цьому аерує повітря і кисень або аеруюче повітря і діоксид вуглецю подають або окремо або спільно в кількостях, що змінюються від 0,1 до 20%, ґрунтуючись на кількості газу, що подається, при цьому метан майже повністю видаляється (щонайменше, 90%) з очисного розчину, в якому він був розчинений. У цьому процесі у вигляді відпрацьованого газу утворюється аераційний газ, що містить кисень та має якість паливного газу, з додаванням повітря або кисню в очисний розчин. Додавання діоксиду вуглецю, переважно отриманого з сирого газу, усуває необхідність подання газу-носія. Відпрацьований газ, утворений на другому очисному етапі, може бути або повернений у біореактор біогазової установки, або поданий в потік метанового газу, що видаляється з очисного ступеня, для підвищення змісту метану, або використовуватися як паливний газ. Перша випарна колона, переважно, може також бути сконструйована у вигляді двоступінчатої колони, при цьому кисень подається в перший ступінь, а аеруюче повітря подається в другий ступінь, або навпаки, або у поєднанні з діоксидом вуглецю. Це дає можливість отримувати два різні паливні гази, що мають різний вміст кисню. Паливний газ з високим вмістом кисню, наприклад, може використовуватися як джерело кисню для біологічної десульфурації біогазу всередині біореактора або ззовні. Альтернативно, паливний газ, отриманий в контурі, може бути повторно спрямований до біореактора без подання повітря або кисню у разі комбінації діоксиду вуглецю. Паливний газ, збагачений СО2, може також бути отриманий за допомогою додавання СО 2. На третьому очисному етапі забруднений очисний розчин, що випускається з першої випарної колони, очищається переважно під вакуумом, за принципом протитечії або, при необхідності, за принципом паралельного потоку в другій випарній колоні, що має фільтруючий шар, або набиття фільтру, при цьому розчинений в очисному розчині діоксид вуглецю віддаляється до залишкового змісту, щонайменше, менше 300 міліграм/л. Тиск для вакууму повинен переважно не перевищувати 0,01 бару. Чим вище значення вакууму, тим менше залишковий зміст розчиненого СО 2 в очисному розчині. Цільовий залишковий зміст СО2 буде досягнутий при вакуумі, що становить приблизно 0,5 бар. Використовуваний вакуум має бути, щонайменше, 100 мілібар. Забруднений очисний розчин очищають на цьому етапі без додавання аеруючого повітря або з дуже незначними кількостями аеруючого повітря. Виконання процесу під вакуумом запобігає розчиненню аераційного газу в очисному розчині або значному зниженню розчинності. Це стосується СО2, повітрю, кисню і метану. Зміст СО2 в 2 UA 101708 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 очисному розчині може бути понижений без додавання повітря за допомогою створення вакууму. Тільки невеликі кількості повітря можуть бути розчинені в очисному розчині. Навпаки, видалення СО2, розчиненого в очисному розчині, може бути виконане з певними складнощами, коли виконання процесу відбувається під стандартним тиском. Більше того, використання повітря як очищаючого середовища потрібне при стандартному тиску, що спричиняє за собою ризик розчинення повітря у воді і розчинене повітря в очисній колоні потрапить у біометан. Очищений очисний розчин повертається на очисний ступінь газоочисника, а відпрацьований газ випускається в довкілля або використовується для інших цілей. Пропонований спосіб призводить до порівняно невеликих втрат метану до 0,05%. Коли система працює при стандартному тиску, споживання енергії для цих трьох етапів очищення 3 складає менш ніж 0,04 кВт.год/м за нормальних умов біогазу, що дає системі можливість працювати украй економічно. Більше того, відпрацьований газ, що накопичується в першому випарному ступені, і що має якість паливного газу, може використовуватися для виробництва енергії. Це особливо важливо, якщо біогаз планується використати для подання в газорозподільну мережу природного газу, або для виробництва палива, де відсутнє надмірне тепло від виробництва електроенергії. Надмірного тепла від стискання біометану недостатньо для нагрівання біореактора і, в цьому випадку, необхідно забезпечити додаткове органічне паливо. Паливний газ, що виробляється в якості побічного продукту, може знайти хороше застосування для нагріву біореактора. Альтернативно, очищений біогаз, що відбирається з очисної колони, для збільшення концентрації метану і місткості біогазу у біореакторі, може спрямовуватися безпосередньо у біореактор біогазової установки. Таким чином, сполучаючи спосіб згідно з винаходом з біогазовою установкою можна виробляти біогаз зі значно більш високим вмістом метану у біореакторі, і місткість біогазу може бути значно збільшена. Тоді, відібраний з біореактора біогаз зі збільшеною концентрацією метану, стає доступним для безпосереднього комерційного використання без подальшої переробки. Очищений біогаз (метановий газ), що відбирається з очисної стадії, вже досить чистий для безпосереднього подальшого застосування, наприклад, для подання в газорозподільні мережі природного газу або для роботи теплоелектростанцій. Якщо потрібно природний газ більшої чистоти, цей метановий газ може бути доведений до необхідного рівня чистоти подальшою переробкою або аміновим очищенням. Метановий газ може подаватися або сам по собі, або разом з аераційним газом (паливний газ), що випускається з першої випарної колони, на подальший етап переробки для збільшення змісту метану. Подальше амінове очищення, як і регенерація очисного розчину, може виконуватися зі значно меншою витратою енергії і значно меншими втратами метану, оскільки основна частина домішок вже була видалена з біогазу. Потім до першого очисного етапу, очисної колони, подається прісна вода при температурі до 65°С, переважно, до 20°С. В якості прісної води може бути використана ґрунтова вода при 10-15°С. Чим менше температура очисного розчину, тим вище здатність видаляти діоксид вуглецю. Отже, при високих температурах довкілля, очисний розчин повинен охолоджуватися до його напряму в газоочисник. Здатність видаляти діоксид вуглецю, розчиненого в очисному розчині, може задаватися за допомогою таких параметрів, як кількість очисного розчину/год і температура очисного розчину в очисній колоні. Більша кількість очисного розчину і менша температура очисного розчину призводять до поліпшення здатності видаляти діоксид вуглецю. Відношення кількості аеруючого повітря до кількості біогазу (сирого газу) на першому випарному етапі повинне, таким чином, складати 1:50-1:1000, переважно, 1:100. Більш висока концентрація метану в аераційному газі (відпрацьованому газі) досягається при малому співвідношенні 1:50, чим при великих співвідношеннях. В той же час, слід мати на увазі, що може виникнути емульсія метану. Переважно, в якості аераційного повітря, переважно слід використати звичайне повітря, хоча підходять кисень, діоксид вуглецю і азот, або окремо, або у вигляді суміші. Зміст сірки біогазу, що подається, повинно бути доведено до < 5 ррт перед його напрямом на етап очищення або швидше в газоочисник. Це може робитися за допомогою відомої установки десульфуризації у біореакторі, або за допомогою окремої установки попередньої десульфуризації. Якщо зміст сірки в забрудненому очисному розчині очисного етапу занадто високо, наприклад, більше 30 ррm, то може бути необхідно частково або повністю замінити прісною водою циркулюючий в контурі очисний розчин. Для того, щоб уникнути цього, частина очисного розчину, що відбирається з основи другої випарної колони, може бути видалена з 3 UA 101708 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 контуру, і до вказаного очисного розчину можна додати реагент, що зв'язує сірководень, наприклад, хлорид заліза (III) або оксид заліза (III), за допомогою чого, розчинений сірководень хімічно зв'язується, і очисний розчин повертається в контур після випадання в осад дисульфіду заліза (II). При концентраціях сірководня у біогазі, що перевищують 30 ррm, газоочищення може одночасно використовуватися для зовнішньої десульфуризації, в цьому випадку, вниз по потоку аераційного газу від другого випарного ступеня має бути розміщена відповідна установка десульфуризації, наприклад, з використанням біофільтрів. Запропонована система здійснення способу має просту і недорогу конструкцію і детальніше описана нижче. У графічному матеріалі міститься наступне: Фіг. 1 початковий варіант здійснення системи для здійснення способу, представлений спрощено. Фіг. 2 другий варіант здійснення очисної установки А, представлений спрощено. Система, показана на фіг. 1, включає очисну установку А згідно з винаходом для отримання метану з сирого газу або біогазу і установку В, яка поєднується факультативно, для подальшого амінового очищення відомим способом. Основні складові елементи установки В для амінового очищення включають установку абсорбції АЕ для подальшого видалення діоксиду вуглецю з біогазу, заздалегідь очищеного в очисній установці А і регенераційній установці RE для регенерації забрудненого очисного розчину, що накопичується, містить аміни, що пропускається через контур. Очисна установка А включає три очисні колони, сполучені послідовно, очисна колона (газоочисник) К1, перша випарна колона К2 і друга випарна колона К3, виконана як вакуумна колона, з такими компонентами, що містяться у біогазі (сирому газі), як діоксид вуглецю, з'єднання сірки, аміаку, і інших водорозчинних речовин, що видаляються в очисній колоні К1. Очисна колона К1 містить очисну вежу з фільтруючим шаром, або набиттям фільтру F1, 2 3 виконаними з поліетиленових часток з площею поверхні 200-850 м /м , і висотой шару 2-16 м залежно від необхідної міри видалення СО2. Перша випарна колона К2 і друга випарна колона К3, кожна складається з вежі з фільтруючим шаром F2 і F3, виконаним з поліетиленових часток відповідно. Перша випарна 2 3 колона К2 містить частки поліпропілену з площею поверхні 250-900 м /м , переважно 300-790 2 3 м /м і висотою шару 2-4 м. У другій випарній колоні К3 висота шару складає 2-8 м, при цьому 2 3 частками з нержавіючої сталі і поліпропілену, поверхні 100-480 м /м , що мають площу, використовуються як набиття фільтру. Друга випарна колона К3 виконана як вакуумна випарна колона і переважно виконана з нержавіючої сталі. Очисні колони К1, К2 і К3 з'єднані між собою за допомогою циркуляційної лінії 04, 05, 06, при цьому в лінію 04 вбудований насос Р1, який забезпечує циркуляцію очисного розчину, що подається, забирається зі свердловини або міської мережі водопостачання, або зібраної дощової води. Біогаз, що очищується, спрямовується в очисну колону К1 через лінію 01 нижче фільтруючого шару F1. Очисний розчин подається у голову очисної колони К1 через лінію 04, і протікає через фільтруючий шар, або набиття фільтру F1 в протитечію біогазу, що подається. Очищений біогаз (метановий газ) відбирається у голови очисної колони К1 через лінію 02. Забруднений очисний розчин відбирається біля основи очисної колони К1 через лінію 05 і спрямовується до голови першої випарної колони К2. Перший потік аеруючого повітря входить у випарну колону К2 нижче фільтруючого шару F2 вказаної випарної колони, через лінію 09. Аераційний газ (відпрацьований газ), що утворюється, відбирається у голови випарної колони К2 через лінію 10. Забруднений очисний розчин, що накопичується біля основи випарної колони К2, відбирається через лінію 06 і спрямовується до голови другої випарної колони К3. Тиск очисного розчину, що відбирається з лінії 06, знижено, щоб поєднуватися зі зниженим тиском, переважаючим у вакуумній випарній колоні К3, так щоб аераційний газ від випарної колони 2 не міг проникнути через вказану вакуумну випарну колону (0.1 бар =1м занурення). Другий потік аераційного газу (наприклад повітря і/або діоксид вуглецю) подають шару F3 вакуумної випарної колони К3, що нижче фільтрує, через лінію 07. Накопичений аераційний газ (відпрацьований газ) відбирають в голові вакуумної випарної колони К3 за допомогою лінії 08 і вакуумного насоса V2, вбудованого у вказану випарну колону. Вакуум в другій випарній колоні К3 створюють вакуумним насосом V2. Захоплене повітря додають до вакуумного насоса V2 через лінію 12 для створення заданого вакууму, необхідного у вакуумній колоні К3. Це захоплене повітря може побут заздалегідь нагрітий для запобігання конденсації. 4 UA 101708 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Крім того, теплообмінник W2 вбудований в лінію 08 для того, щоб охолоджувати і осушувати аераційний газ, відібраний з голови вакуумної колони К3, при цьому освічений конденсат відбирають через лінію 13. Очищений очисний розчин, що накопичується в основі випарної колони К3 відкачують через лінію 04 до голови першої очисної колони К1. Аераційний газ і очисний розчин в очисних колонах К2 і К3 наводяться в контакт за допомогою протитечії або, якщо необхідно, за допомогою паралельного потоку (випарна колона К3). Обвідна лінія 11, приєднана до установки абсорбції АЕ, може бути вбудована в лінію 01 для подання біогазу. Очисні процеси проходять під стандартним тиском (випарна колона К3) і вакуумом (випарна колона К3). Альтернативно, очисні процеси здійснюються під стандартним тиском. Якщо операторові потрібне подальше збагачення метаном метанового газу, що відбирається через лінію 02, цей газ може подаватися на установку амінового очищення (складовий елемент В), що знаходиться нижче за течією. Після амінового очищення метановий газ високої міри чистоти відбирається у голови установки абсорбції АЕ через лінію 03, в яку вбудований компресор біометану. Також очисна установка А може працювати без подальшого амінового очищення. Різниця між очисною установкою А, показаною на фіг. 2, і очисною установкою А, показаною на фіг. 1, полягає в тому, що індивідуальні очисні етапи К1-К3 розміщені в одноступінчатій вежі, і випарна колона К2 сконструйована у вигляді двох частин, розділених на верхню секцію колони К2А і нижню секцію колони К2В, кожна з яких має фільтруючий шар F2A і F2B, відповідно. Кисень подається в секцію колони К2А через лінію 09b і повітря подається в секцію колони К2В в якості аеруючого середовища через лінію 09а. 3 Якщо, наприклад, тільки 0,5 м /год кисню за нормальних умов подається в секцію колони 3 К2А, 4 м /год розчиненого метану за нормальних умов видаляється з очисного розчину. Метановий газ з високим вмістом кисню, використовуваний як джерело кисню для біологічної десульфуризації біогазу (сирого газу), відбирається через лінію 10b. Залишковий метан, що як і раніше міститься в забрудненому очисному розчині, видаляється за допомогою повітря в розташованій нижче за течією секції колони К2В. Паливний газ, що відводиться через лінію 10а, подається в систему термічної утилізації. Забруднений очисний розчин, що накопичується, виходить через кожний з чотирьох зливів 11 з очисної колони К1 в першу випарну колону К2 і з неї в другу випарну колону К3, яка сконструйована як вакуумна колона. Розділові пластини, розміщені між індивідуальними колонами, сконструйовані так, щоб технічно захищати від витоку при газовому навантаженні і бути повністю проникними при рідинному навантаженні. Крім того, теплообмінник W1 для охолодження очисного розчину вбудований в циркуляційну лінію 04 нижче за течією від насоса Р1. Спосіб роботи систем пояснюється за допомогою представлених нижче прикладів. Приклад 1 Біогаз, вироблений у біореакторі біогазової установки і вже очищений від сірки у біореакторі без додавання повітря або кисню, має наступний склад: Метан 52% за об'ємом Діоксид вуглецю 44% за об'ємом Вода 3,4% за об'ємом Водень 0,1% за об'ємом Кисень 0,1% за об'ємом Азот 0,4% за об'ємом H2S 3 ррm NH3 20 ррm 3 Біогаз (500 м /год за нормальних умов) при температурі 38-45°С подається безпосередньо з біореактора очисної колони К1 і протікає через фільтруючий шар (висота 4 м), контактуючи при цьому з очисним розчином, який забирається з міської мережі водопостачання, і циркулює в контурі і подається в напрямі протилежному до потоку. Очищення відбувається при 3 стандартному тиску (від -10 до +20 мбар) і витраті води 400 м /год, виходячи з кількості біогазу, що подається. Очисний розчин, очищений в очисній колоні К1, містить 300 міліграм/л СО2. СО2, H2S і NH3, видалених з біогазу в ході очищення газу без додатка тиску і розчинених в очисному розчині. Пропорція СО2 у використаному очисному розчині складає приблизно 800 мл/л. Таким чином, 200 кг/год СО2 розчинені в очисному розчині, при цьому видалена частина СО2 складає приблизно 46,4%. 5 UA 101708 C2 3 5 10 15 20 25 30 35 40 45 З голови очисної колони К1 відбирається 333 м /год очищеного біогазу (метанового газу) за нормальних умов, що має нижченаведений склад: Метан 65,43% за об ємом Діоксид вуглецю 30,44% за об'ємом Вода 3,36% за об'ємом Водень 0,13% за об'ємом Кисень 0,13% за об'ємом Азот 0,51% за об'ємом H2S

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method and system for purifying raw gases, in particular biogas for producing methane

Автори англійською

Gunther, Lothar

Назва патенту російською

Способ и система очистки сырых газов, в частности, биогаза для получения метана

Автори російською

Гюнтер Лотар

МПК / Мітки

МПК: B01D 53/14

Мітки: очищення, система, зокрема, сирих, отримання, газів, метану, спосіб, біогазу

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/13-101708-sposib-i-sistema-ochishhennya-sirikh-gaziv-zokrema-biogazu-dlya-otrimannya-metanu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб і система очищення сирих газів, зокрема біогазу, для отримання метану</a>

Подібні патенти